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F ÍSICA A VANZADA


Fнsica Vanguardia 5

La unificaciуn final o teorнa del Todo: їCuбntas fuerzas hay en la Naturaleza? їUna, dos, tres, cuatro.

Verdaderamente no lo sabemos a ciencia cierta. Hemos identificado hasta cuatro fuerzas (llamadas interacciones): la gravitatoria, la electromagnйtica, la cachas y la dйbil (ver el Prueba 1 donde se identifican en la clase). Pero pudiera ser que algunas fuerzas fueran en efectividad la misma, o sea que estemos dando nombres diferentes a lo que serнa la misma interacciуn. En ese caso habrнa menos de cuatro fuerzas. y quizб sуlo una si al final resultara que todas son lo mismo con diferentes nombres. A eso se le apasionamiento "unificaciуn" de las fuerzas. Por poner un ejemplo, la primera unificaciуn importante la hizo Newton al darse cuenta de que la fuerza que nos pega al suelo (el peso) es la misma que la fuerza que hace virar a la Espejo rodeando de la Tierra, a la Tierra cerca de del Sol, etc. Es la fuerza de la gravitaciуn universal.

Repasemos la historia del conocimiento de las fuerzas de la Naturaleza. Es divertido, porque, aunque parece que la humanidad (o los fнsicos, al menos) han estado dando bandazos sin aprender cuбntas fuerzas hay, esconde una hermosa historia de bъsqueda de lo simple y lo profundo. Al principio pensбbamos (Aristуteles) que habнa una sуla fuerza, la gravitatoria. Mбs tarde, aъn en la antigьedad, creнan que tres ( la gravitatoria, la electricidad y el hechizo). Pero luego supimos que la electricidad y el atracción son la misma cosa paisaje desde dos distintos puntos de horizonte (йsta fue la primera unificaciуn de verdad, obra de Oersted, Faraday y, finalmente, Maxwell, con sus ecuaciones del electromagnetismo propuestas en 1860), asн que pensбbamos que sуlo habнa dos fuerzas (la gravitatoria y la electromagnйtica). El siglo XX nos trajo un conocimiento hasta entonces difícil de la estructura microscуpica de la materia, y se identificaron la interacciуn dйbil y la robusto. Cuatro fuerzas, por consiguiente: la gravitatoria, la electromagnйtica, la cachas y la dйbil. Esto es lo que explican muchos libros de texto (las "cuatro fuerzas"), pero la historia no acaba ahн.

A la fuerza dйbil le durу muy poco su independencia, porque en los aсos 60 del pasado siglo, la teorнa Weinberg-Salam demostrу que la fuerza electromagnйtica y la dйbil son una. Esta teorнa ha sido comprobada experimentalmente, asн que nadie duda hoy de que hay tres fuerzas: la gravitaciуn, la electrodйbil y la válido. Eso es lo que sabemos de cierto en la ahora.

Sin secuestro, tenemos una excelente teorнa (aceptada por la mayorнa de los fнsicos) que demuestra que la fuerza cachas es lo mismo que la electrodйbil (como siempre, traza desde otro punto de aspecto), pero por desgracia aъn no ha podido ser comprobada con los experimentos. Si se comprobara experimentalmente, obviamente sуlo quedarнan dos fuerzas (la gravitatoria y la electro-magneto-fuerte-dйbil; habrнa que simplificar ese nombre, їno?) y a esto los fнsicos le llaman teorнa de la gran unificaciуn. Hay muchos fнsicos trabajando en esa teorнa; la premio es, seguro, el Premio Nobel (igual que a Steven Weinberg y a Abdus Salam se lo dieron en 1979 por la unificaciуn electrodйbil).

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Pero: їquй pasa con la gravitaciуn? їNadie se atreve con ella? No hemos mencionado intentos de unificarla. A primera clarividencia la cosa parece fбcil: tanto la gravitaciуn como el electromagnetismo son fuerzas que decaen como el cuadrado de la distancia (la resistente y la dйbil, no). Esto parece poco profundo, pero, sin bloqueo, nadie ha demostrado que sean aspectos diferentes de una misma cosa. No se han unificado.

Una de las razones es que, aunque tengan la misma dependencia con la distancia, son extremadamente diferentes en su intensidad: la fuerza de la seriedad es unas 10 40 veces mбs dйbil que, por ejemplo, la elйctrica. Esto hace que sea extremadamente difнcil estudiar con la pesadez a escalera microscуpica (que es donde conocemos acertadamente a las otras fuerzas). Pero otra de las razones, quizб la mбs importante, es que la seriedad, tal como la entendemos hoy (la relatividad universal de Einstein) es la mбs extraсa de las fuerzas. En verdad aъn no sabemos quй es la gravitación. El mismo Einstein, al proponer la conexiуn entre la gravitaciуn y la geometrнa del espacio-tiempo, se dio cuenta de que separaba completamente a la empeoramiento del resto de las fuerzas. La compromiso, estrictamente, ya no es una fuerza (una interacciуn): en sitio de afectar simplemente al firmeza o movimiento de un cuerpo (como las otras fuerzas), la compromiso transforma la geometrнa del espacio-tiempo a su en torno a. Para pasar esta separaciуn, Einstein intentу durante los aсos finales de su vida desarrollar una "teorнa de campo unificada" para todas las interacciones fнsicas. No lo consiguiу, y es claro que, si un talante como йl fracasa, mejor tomar otro camino. De hecho, la inmensa mayorнa de los fнsicos actuales van en sentido contrario: en vez de intentar describir las otras fuerzas en el situación de la gravitaciуn einsteniana tratan de describir la importancia en el ámbito de la mecбnica cuбntica.

A eso le llaman teorнa cuбntica de la pesadez. pero, siendo realistas, hay que opinar que no existe hasta hoy tal teorнa cuбntica de la compostura: los fнsicos han fracasado hasta ahora en su intento de inventarse una teorнa de la gravitaciуn que estй de acuerdo con los principios cuбnticos y de incertidumbre. Einstein fracasу en un sentido; el resto fracasу en el otro. hasta ahora. Entender la recaída es uno de los grandes retos (si no el decano) de la fнsica teуrica para el presente siglo.

Pero supongamos que llegamos a tener una teorнa cuбntica de la importancia que supere a la presente de Einstein (tal cosa no es fбcil porque, hasta el momento, todos y cada uno de los experimentos y observaciones astrofнsicas realizados estбn estrictamente de acuerdo con la relatividad militar de Einstein). Pero si tuviйramos tal teorнa de la gravitaciуn, habrнa que investigar ademбs si es o no "unificable" con las demбs interacciones. Para ello hay dos caminos que ya hemos indicado: la experimentaciуn en laboratorios de altas energнas y las observaciones astrofнsicas. El primer camino es prбcticamente inverosímil, ya que harнan yerro laboratorios que aceleraran a las partнculas de prueba hasta energнas inconcebibles (10 40 electron-voltios, en las unidades de los fнsicos de partнculas) cuando los mбs potentes aceleradores actuales llegan a 10 12 electron-voltios, o sea un-uno-seguido-de-28-ceros menos potentes que lo que necesitamos. Durante mucho, muchнsimo tiempo, todo avance en nuestro entendimiento de esa fuerza misteriosa que es la gravitaciуn debe venir de las observaciones astrofнsicas.

A la hipotйtica unificaciуn de todas las fuerzas se la flama Teorнa del Todo. Aъn estamos muy allí de ella.

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