Unibertso kuantikoa

Lau indarrak

Indar nuklear ahula eta bortitza, denbora motzetako indarrak dira, beren eragina oso distantzia txikietan nabarmentzen delako. Beren eragina gainera bizkor desagertzen da distantzia handitzen bada. Era honetako indarrak, nukleo atomikoen munduan nagusitzen dira. Nukleoaren diametroa gaindituz, indar horiek desagertu egiten dira efektu praktikoetarako. Indar nuklearrek eragiten duten mudua oso txikia da eta bere barnean gertatzen diren fenomenoak aztertzeko, fisika kuantikoaren beharra dugu. Eguneroko esperientziatik hain urrun dagoen azpimundu horretan, Heisenberg-en indeterminazio-legeak ditugu nagusi.

Indar elektromagnetikoak kontrolatzen duen eremua, trantsiziorako zonaldean daukagu. Zonalde honetan, anitz fenomeno desberdin gertatzen da, erreakzio kimikoak nabarmenenak direlarik. Are gehiago, eguneroko esperientzian ezagutzen dugun bizitza-mota sortzeko beharrezkoak diren konposatu konplexuak, indar elektromagnetikoaren eremuan bakarrik ematen dira. Horregatik bizitza, energia elektromagnetiko eratu bezala definitu izan da noizbait. Dimentsio ertaineko mundua egoki ulertzeko hain garrantzitsua den indar hori, inportantzia galtzen hasten da eskala espazialean distantziak gero eta handiagoak direnean, eta izarrarteko eta galaxiarteko eremuetan, bere eragina desagertu egiten da.

Materiaren eta unibertso espazio-denborazko geometriaren artean zegoen erlazioa lehenengo aldiz Einstein-ek azaldu egin zuen. Argazkian Einstein fisika-mintegia irakasten ari dela.

Makroskosmo-mailan, bere osotasunean nagusi azaltzen den indar bakarra tzeko hain garrantzitsua den indar hori, inportantzia galtzen hasten da eskala espazialean distantziak gero eta handiagoak direnean, eta izarrarteko eta galaxiarteko eremuetan, bere eragina desagertu egiten da.

Makrokosmo-mailan, bere osotasunean nagusi azaltzen den indar bakarra grabitazioarena da. Indar horrek, planeten, izarren, galaxien, galaxi-multzoen, unibertso astronomikoaren egitura zertzen du. Eskala horretako fenomenoak, erlatibitatearen legeen menpe (erlatibitate orokorraren menpe zehatzago esanda) aurkitzen dira.

Eremu bateratuaren teoria

Fisika eraiki baino lehen, Newton-en mekanikan ingurune konkretu bat postulatzen da, ingurune horretan materiazko gorputzak higitzen direlarik. Aurrez suposatutako markoa espazio eta denbora absolutuz zertuta dago. Bera gabe ez dago ez neurketarik eta ez fisikarik. Inguruaren eta materiazko gorputzen arteko elkarrekintza ezin daiteke existitu; alegia, ontzia edukinarekiko independentea da.

Einstein-ek erlatibitate orokorraren teorian, marko horren espazioa eta denbora batu egiten ditu, era horretara lehen kategoria independenteak zirenak elkar lotuz. Bigarren urratsean, espazio/denborazko erreferentzi-sistema hori, Unibertsoaren errealitate fisiko bakartzat hartzen du.

2. irudia. Naturan dautzan oinarrizko hierarkizazioa.

Errealitate berri hau, ez da jadanik marko geldoa izango; ekintzailea baizik, eta marko eraginkor horren bidez ulertu beharko ditugu Naturan azaltzen diren fenomeno guztiak. Espazio/denborazko lerroa metrika baten bitartez definituko da, metrika horren forma Riemann-en lau dimentsiotako barietatearena izanik. Lerroaren edozein puntu, hiru koordenatu espazialen bidez definituko da, laugarrena denbora izanik

Azkeneko aurkikuntza astronomikoek diotenez, espazio/denborazko metrika hori dinamikoa da eta bere burua zabaltzen ari da Big bang-ek emandako jatorrizko bultzadaren bitartez. De Sitter-en lanaren ondorioz, badakigu metrika horren hedatzea Einstein-en eremu-ekuazioekiko konpatiblea dela. Era honetara definitutako Unibertsoan, espazio/denborazko lerroak kurbadura dauka, kurbadura hori Unibertsoaren hedatzearekin aldakorra izanik.

Gauzak horrela direla eta, non aurki datieke Newton-en espazio eta denborazko markoan zetzan materia?. Erlatibitate orokorraren teorian, materiak parte ekintzaile bezala jarraitzen du, baina espazio/denborazko lerroak duen pareko status ontologikoan.

Materia, barietateak definitzen du, eta materia hori espazio/denborazko lerroaren irregulartasun lokal bezala deskribatuko da. Materia beraz, lerro ez-euklidearraren kurbadura handia duen zonalde bat izango da.

Zulo beltz bat ordenadore batek simulatua. Zulo beltz hauetan grabitazio kuantikoa da nagusi.

Kosmo osoari batezbesteko kurbadura eransten baldin badiogu, Kosmo horren tarte motz batean (planetarteko tartean adibidez) kurbadura hori alde batera utz daiteke. Arrazoi berbera are eta baliogarrigoa da atomo-eskalan edo eskala azpiatomikoan lan egiten badugu. Puntu honetara helduta, kontraesan nabarmen bat sortzen da, zeren eta erlatibitate orokorraren arabera materia izango bait da V ₄ espazio/denborazko lerroaren deformazioa, eta beraz atomo mailan, atomoaren materialtasunak lerroaren deformazioaren emaitza izan beharko du, lehen esandakoaren aurka.

Mamu hau erlatibitatearen atzetik ibili da bera sortu zenetik, eta dagoen konponbide bakarra, makrokosmoaren geometrizazio erlatibista mikrokosmora zabaltzea da. Abiapuntu horretatik hain zuzen sortzen dira Einstein, Kaluza, Weyl, Eddington edo Schrodinger-en eremu bateratuen teoriak lortzeko saiakerak.

Hasiera batean, Einstein-ek eremu elektromagnetikoa eta grabitatorioa batzeko irrika azaldu zuen. Baina, ez zuen lortu. Gaur egun jarraitzen du lan horrek, baina Einstein-en garaian baino konplexuagoa azaltzen da, zeren eta orain batu behar diren eremuak lau bait dira lehen esan bezala (nuklear bortitza, nuklear ahula, elektromagnetikoa eta grabitatorioa).(2)

Grabitazio kuantikoa

Erlatibitate orokorraren arabera, materiak espazio-denbora eraldatzen du. Argazkian bidimentsiotako jarraiki baten deformazioa dentsitate handiko masa batek eragindua.

Lehen aipatua izan denez, gaurko fisika esperimentalak arakatzen dituen eskala espazialetan, indar-graduazio bat azaltzen da eta indar bakoitza espazio-eskalarekin oso lotuta dago. Indar eta espazio-eskala horiek hierarkizatzen baldin baditugu, ondoko eskema lor daiteke:

Egoera hau ikusirik, berehalaxe, galdera bat datorkigu burura. Zer gertatuko da 10 ^-14 cm distantziaz azpitik? Posible ote litzateke horren distantzia supertxikiak hatzematea?. Kasu horretan, zeintzu izango lirateke dimentsio horietan eragiten duten indarrak? Nola planteia daiteke indar guztien batasuna?.

Egungo fisikariek, zenbait arrazoi dela medio, distantzia supermotz horietan nagusitzen den indarra grabitazioarena dela uste dute. Baina, zein distantziaz ari gara?. Nola aukeratu distantzia bat fenomeno fisiko guztiekiko erreferentzia izan dadin?

Erreferentziarako hain garrantzi handikoa den distantzia hori, existitzen da Fisikan, eta 1899 urte inguruan eman zen argitara. Distantzia horri Planck-en distantzia daitzen diogu.

Erlatibitate murriztua, erlatibitate orokorra eta mekanika kuantikoa hiru teoria dira, teoria bakoitzari funtsezko konstante bat dagokiola. Horrela

Hiru konstante horiekin oinarrizko luzera bat lortzeko aukera bakarra daukagu eta lortzen den luzera 2.10 ^-33 cm-koa da.

Luzera hori izango litzateke luzeraren kuantoa; alegia, zentzu fisikoaz lor daitekeen distantziarik txikiena.

3. irudia: Sheldon Glashow-ren sugea.

Hemen oztopo itzela sortzen da fisikari dagokionez. Fisika esperimentalak ez dauka sartzerik hain izugarriki txikia den azpimundu horretara. Gogoratu Planck-en luzera, neutroiaren erradioaren dimentsioa baino 100 trilioi aldiz txikiagoa denaz. Distantziaren sakontasun horietara sartzeko, gure galaxiaren tamainako zatiki-azeleragailu bat beharko genuke.

Dena dela, ez daukagu guztia galduta, zeren eta fisika esperimentala heltzen ez den tokietara, fisika teorikoa hel bait daiteke. Eta bide horretatik hain zuzen ari dira esfortzu guztiak bideratzen gaur egun eremu bateratuaren teoria bat lortu ahal izateko.

Lehen esan bezala, fisikariek distantzia supertxiki horietan nagusitzen den indarra grabitazioarena dela uste dute. Egoera hau, Sheldon Glashow-ek, Nobel saria irabazitakoak era berezi baten bidez deskribatzen zuen. Berarentzat, Naturaren indarrak eta dagozkion ekintzetarako eremuak azaltzeko, isatsa hozkatzen duen sugeraren irudia asmatu zuen. Horren arabera, Planck-en eskalako fisikak zirkulu bat itxiko luke (sugeak isatsa ahoarekin lotzen duenean egiten duen bezala), non distantzia makrokosmikoak eta mikrokosmikoak grabitazioaren menpe kokatuko bait lirateke.

Gure galaxiatik hurbilado daukagun Andromeda izeneko galaxia. Dimentsio hauetan grabitatea dugu nagusi.

Zentzu honetan, oraingo fisika biribiltzeko eta egoki finkatzeko, Planck-en eskalako fenomenoak grabitazioarekin batu behar dira, eta dimentsio mikroskopiko horietan edozein azterketa egiteko, mekanika kuantikoa beharko dugu. Horregatik, azkeneko urtetan fisikaren adar berri bat boteretsu sortu da: Grabitazio kuantikoa.

OHARRAK:

Artikulu hau idazten ari nintzela, bostgarren indarraren aurkikuntzaren berria zabaldu da. Bostgarren indar hori ere grabitatorioa izango litzateke. Datu eta kontrastazio gehiago izan arte, ez dugu indar berri hori aipatuko. Dena dela, artikuluaren mamiak bere osotasunean baliagarria izaten jarraitzen du.
Honetaz gogoratu (1) oharrean aipatutakoa.

Bibliografia:

ASHTEKAR, A.: La gravitación cuántica " . La Recherche, Enero 1985.
GEORGI, H.: " Teoria unificada de las particulas elementales y de las fuerzas " . Scientific American, Junio 1981.
HILGER, A.: " Quantum Theory Of Gravitation: Essays in honor of B.B. De Witt ". 1984.
PENROSE, R.: " Large Scale Structure Of Space-Time ". Cambridge University Press, 1973.
WILSON, K: " Problemas físicos con muchas escalas de longitud ". Scientific American, Agosto 1980.