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Ciencias y letras por Salvador Ruíz Fargueta

Ciencias y letras, trata de acercar las dos culturas , favorecer su mestizaje. En realidad, sólo es una cultura que nos puede acercar más a nosotros mismos, a las complejas relaciones humanas, al mundo y a sus interrogantes. El autor, ingeniero y físico, es editor de La bella teoría. Publica los días 1 de cada mes.

Cuando el espacio y el tiempo ya no son fundamentales

Durante los siglos XVI y XVII, cuando se estaban levantando los cimientos de la física moderna y de la revolución científica, para estudiar el movimiento de los cuerpos empezaron a representarse las distancias (espacio) y los tiempos en unos ejes de coordenadas. En base a estos ejes, el movimiento se podía seguir de una forma muy clara y sencilla, como una variación del espacio en el tiempo. Ambos entes se entendían fundamentales para estudiar cualquier fenómeno físico.

Hasta Einstein el espacio y el tiempo se creían absolutos, además de fundamentales, pero su teoría de la relatividad especial nos descubrió un nuevo concepto, siempre relativo al sistema de referencia elegido , que englobaba de forma íntima los dos fundamentos: el llamado espacio-tiempo. Poco después, con su relatividad general, sobre la fuerza gravitatoria, nos demostró que ese nuevo ente era capaz de deformarse en presencia de una masa o de una energía.

Gravedad cuántica

La relatividad general de Einstein es una teoría clásica (no cuántica), pero para ser completa debe poderse cuantificar, y ahí los físicos han tenido una serie de problemas con resultados infinitos al tratar de encontrar soluciones que, obviamente no lo son. La llamada gravedad cuántica trata de fundir en una sola las dos teorías físicas más soberbias con las que contamos, la relatividad general y la mecánica cuántica , que en el estado actual de nuestro conocimiento parecen no combinarse todo lo bien que deberían, para encontrar soluciones coherentes con la realidad. Su estudio, ahora mismo, es en algunos aspectos análogo a la física de hace cien años, cuando se creía en los átomos, pero se ignoraban los detalles de su estructura. A pesar de ello, Boltzmann, Einstein y otros pudieron comprender muchas cosas sobre la materia utilizando únicamente el hecho de que estaba compuesta por átomos. Sin conocer nada más que su tamaño aproximado fueron incluso capaces de realizar predicciones de efectos observables. De forma parecida se han podido derivar resultados importantes a partir de modelos sencillos basados en tres principios que suponemos básicos : que el espacio-tiempo es “emergente”, no fundamental, que la descripción más esencial debe ser “discreta” (no continua) y que esta descripción supone “causalidad” de una forma fundamental, es decir, que las relaciones causales pueden determinar la propia geometría del espacio-tiempo .

Cuando se dice que el espacio-tiempo es emergente y no fundamental, se quiere decir que el continuo del espacio-tiempo es una ilusión y que, del mismo modo que la materia está compuesta de átomos, el espacio-tiempo emerge como una aproximación de alguna entidad diferente formada por elementos esenciales discretos. Pero las ideas sobre el espacio o sobre el espacio-tiempo son mucho más radicales todavía. Desde la relatividad general sabemos que el espacio-tiempo no es la entidad absoluta e inamovible que siempre se había creído y que su esencia está ligada a la de la materia-energía, de manera que en las proximidades de una gran masa se deforma como una membrana lo haría por la acción de un peso. Esta geometría del espacio-tiempo, ligada a la materia-energía indica a los rayos de luz como propagarse (el camino más corto) pues nada puede viajar más rápido que la luz, y una vez conocemos cómo se propaga ésta, podemos determinar qué acontecimientos pueden haber causado otro acontecimiento concreto, de lo que se deduce que la geometría del espacio-tiempo contiene información de cuáles son los acontecimientos que pueden causar otros y de cuáles son estos últimos. Es lo que llamamos la estructura causal del espacio-tiempo.

En el ámbito de la gravedad cuántica se cree que en realidad ocurre al contrario de lo que parece, es decir que son las relaciones causales las que deben determinar la geometría del espacio-tiempo . Se cree que la propia causalidad es lo fundamental y significativo incluso a un nivel donde la noción del espacio haya desaparecido. La idea fundamental es que la geometría de espacio-tiempo está compuesta por una gran cantidad de bloques o ladrillos apilados, cada uno de los cuales representa un sencillo proceso causal. Las reglas que gobiernan cómo se apilan los bloques son sencillas y también una sencilla fórmula proporciona la probabilidad mecánico-cuántica para cada uno de estos modelos de un espacio-tiempo cuántico.

Una de las reglas que se imponen es que cada espacio-tiempo cuántico tiene que entenderse como una secuencia de espacios posibles que se suceden los unos a los otros, igual que los tic-tac de un reloj universal. La coordenada temporal es arbitraria, igual que sucede en la relatividad general, pero el hecho de que la historia del mundo pueda ser vista como una sucesión de geometrías que se suceden las unas a las otras no lo es. Con esta restricción y unas sencillas reglas, ya se han conseguido pruebas de que el espacio-tiempo clásico emerge de un simple juego de construcción a partir de un mundo puramente cuántico fundamentado tan sólo en lo discreto y en la causalidad.

La gravedad cuántica supondrá la completa reformulación del espacio y del tiempo, y nos dará una nueva mirada sobre lo fundamental y lo accesorio en la propia esencia de las cosas .

Salvador Ruiz Fargueta | 01 de junio de 2012

Comentarios

  1. esceptico
    2012-12-16 21:36

    como nosotros somos seres del espacio y del tiempo con nuestra fecha de caducidad y nuestras variables extensivas e intensivas incorporadas … que la realidad subyacente sea distinta de lo que percibimos medimos etc parece logico pero una teoria asi ¿seria falsable?

    Al final repetimos el esquema Einsteniano delas variables ocultas no es que me desagrade pero veo dificil de formular

    A partir de ese punto De ESE punto que ya ni podemos medir ni reproducir ni sacar conclusiones podemos inventarnos muchas novelas matematicas Novelas preciosas pero no verificables

    Solo recordar que ahora mismo la nanotecnoloogia se enfrenta a muchas especulaciones sobre todo porque ni siquiera la metrologia ha establecido las unidades y la medidas que deben aplicarse ni se han creado instrumentos que nos puedan decir ¿cuantas nanoparticulas hay en este vaso de agua? y ¿cuales son?

    Mutatis mutandi a distancias mas cortas… se “nota mejor el perfume” pero a la distancia de planck ni el perfume esperfume ni la temperatura temperatura ni blablabla…

    Vale
    Saludos

  2. jose
    2013-10-30 21:58

    Unificado el espacio-tiempo,para llevarlo al mundo cuantico ,lo reduzco a mónadas espacio-temporales a nivel Plank.El universo es asi una combinacion de monadas(bucles)espacio-temporales.Antes era una combinacion de moléculas,luego de átomos,despues de fermiones, hasta hace nada de bosones…¿para cuando de ondas de vacio? Espacio y tiempo son conceptos,interpretaciones linguisticas de una realidad que tenemos que medir y para hacerlo hay que presuponer parametros.Ahora tenemos la opcion de cuerdas unidimensionales vibrantes(geometria vectorial) o lazos espacio-temporales(aritmetica escalar) El problema de siempre de la ecuacion imaginaria que solo se resuelve dibujando a i(pasando de la aritmetica a la geometria,de las palabras a la pintura).No podemos unificar a nuestros dos lóbulos cerebrales,las emociones y las razones,las ciencias y a las letras.



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