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¿Podremos explicar el Universo con una sola ecuación?

Michel Olguín Lacunza / Diana Rojas

En el Universo se forman las galaxias, las estrellas, los planetas e incluso la vida. La naturaleza es sabia y funciona sin ayuda. Esta idea ha seducido a la humanidad durante siglos y nos ha llevado a preguntarnos ¿cómo funciona el Universo? ¿hay alguna ley que lo explique todo?

Los físicos quisieran tener una sola explicación para todos los fenómenos de la naturaleza y a esto se le llama unificación de la física, explicó Julieta Fierro Grossman, investigadora del Instituto de Astronomía de la UNAM.

En el siglo pasado, Stephen Hawking pensaba que para el año 2000 habríamos unificado la física con una sola ecuación que explicara todo. Sin embargo, ahora nos sentimos muy lejos de la meta debido a diversos retos, como la mecánica cuántica, la expansión del Universo y la materia y la energía oscuras.

Los éxitos de la física

En la historia de la física han surgido varias leyes; la primera unificación la hizo Isaac Newton mientras estudiaba la manzana. Él se dio cuenta que esta fruta no caía del árbol, sino que había algo más. Así, realizó un experimento pensando “si yo lanzo esta pelota cae, pero si la lanzo más lejos caerá más lejos, y si la lanzo más lejos buscando la orilla del planeta se transformará en un satélite de la Tierra”.

Encontró que la atracción gravitacional que atrae a la manzana es la misma que mantiene a la Luna en la órbita de la Tierra, y es la misma que mantiene a los planetas girando alrededor del Sol. Esa fue la primera unificación: los fenómenos terrestres y celestes siguen las mismas leyes.

La segunda surgió gracias a James Maxwell, quien explicó que la electricidad y el magnetismo son parte de lo mismo. Por ejemplo, si acerco un alambre a un imán se produce electricidad, y si produzco electricidad en un alambre, se crea un campo magnético.

Por eso funcionan las turbinas de las presas: mueven una bobina en un imán y eso genera electricidad. Así se combinó la electricidad y el magnetismo.

Posteriormente se descubrieron los átomos y surgió la tercera unificación de la física. Por ejemplo, si inflamos un globo podemos medir la presión y la temperatura en gran tamaño, pero esto se debe a la presión debido a sus átomos. Así, se unificó el mundo microscópico (átomos) con lo macroscópico (presión y temperaturas).

Más tarde, Albert Einstein trabajó con las leyes de Newton para la siguiente unificación. “La Tierra no jala a la manzana, sino que los objetos siguen la curvatura del espacio y del tiempo, es decir, la Luna se mueve de acuerdo con la curvatura del espacio y del tiempo”.

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Los nuevos retos de la física

Cuando apareció la mecánica cuántica surgieron nuevos problemas para unificar la física porque estudia los objetos más pequeños, como los sistemas atómicos y subatómicos.

Para Julieta Fierro, la mecánica cuántica consiste en la probabilidad. “Es como tirar los dados; si yo los lanzo no sé qué número caerá, y cada vez que los tire saldrá un número diferente”.

A Einstein no le gustaba esta física porque decía que Dios no juega a los dados, ¿cómo podría ser probabilidad dónde está el electrón o el protón? Pero así es, no sabemos qué número caerá mientras los dados estén en el aire, puede ser cualquiera.

Otro punto que perturbaba a Einstein eran las partículas subatómicas enlazadas, porque de acuerdo con su lógica nada puede viajar más rápido que la luz. Sin embargo, cuando hay dos átomos enlazados y ubicados en lugares distintos de una galaxia, lo que le pasa a uno instantáneamente le pasa al otro. “Le parecía ilógico”.

Para unificar la mecánica cuántica con la teoría de la relatividad (que expone el funcionamiento de los objetos en el Universo), hay un problema muy serio: en la segunda se necesita el espacio y el tiempo para explicar la curvatura, en la primera, no.

El comportamiento de un protón o de un electrón no necesita el espacio, entonces ¿cómo unificar una teoría que necesita el espacio con otra que no lo necesita?

La cosmología apareció con nuevos contratiempos. En este contexto, el físico alemán logró explicar cómo es la geometría del espacio y el tiempo a grandes escalas y planteó la expansión del universo, que se dilata cada vez más y más rápido. Como no sabemos qué energía lo mueve, se le llamó energía oscura.

Otro misterio es la materia oscura. Sabemos que la gravedad del Sol mantiene unido al Sistema Solar, pero esa gravedad no alcanza para mantener unidas a todas las estrellas de una galaxia. Por consiguiente, se ha invocado la presencia de la materia invisible llamada materia oscura.

Varios astrónomos han tratado de detectarla, pero hasta el momento no lo han logrado. Así, el problema radica en que no sabemos cómo unificar la mecánica cuántica con la materia y la energía oscuras.

Otra propuesta para explicar el Universo es la Teoría de Cuerdas, que plantea la existencia de múltiples dimensiones. Todas las partículas elementales serían cuerdas oscilando. “Es cómo la cuerda de una guitarra, si yo la toco depende cómo esté oscilando la energía de la cuerda”.

Así, todas las partículas elementales son cuerdas y dependiendo de su movimiento son protones, electrones, gravitatones, neutrinos o partículas de Higgs. Aunque es una teoría elegante y bonita, hasta el momento no se han detectado las cuerdas y no sabemos cómo buscarlas.

Existe otro planteamiento llamado Teoría del Bucle Cuántico, que trata de detectar la gravedad y el espacio de Einstein en estructuras en forma de “donitas” cerradas. Pero tampoco se ha demostrado.

En conclusión, la ciencia avanza pero no siempre es elegante, comete errores, no es la verdad absoluta, siempre se modifica y se reinventa. “Quisiéramos tener una física que explique absolutamente todo, pero de momento no lo hemos logrado”.

Por eso, hay mucho campo de trabajo para los futuros científicos que pueden avanzar en la ciencia, descubrir y explicar estos misterios de la naturaleza, concluyó la académica universitaria.

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