L'univers quàntic

1986/08/01 Martinez Lizarduikoa, Alfontso Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astrofisika

Les quatre forces

La força nuclear feble i violenta són forces de temps curts, ja que la seva influència es manifesta a distàncies molt petites. El seu efecte desapareix ràpidament si augmenta la distància. Aquest tipus de forces es concentren en el món dels nuclis atòmics. Superant el diàmetre del nucli, aquestes forces desapareixen per a efectes pràctics. El nucli format per les forces nuclears és molt petit i per a estudiar els fenòmens que es produeixen en el seu interior necessitem de la física quàntica. En aquest submón, tan allunyat de l'experiència quotidiana, predominen les lleis d'indeterminació d'Heisenberg.

El camp controlat per la força electromagnètica es troba en la zona de transició. En aquesta zona es donen nombrosos fenòmens diferents, destacant les reaccions químiques. És més, els complexos composts necessaris per a crear el tipus de vida que coneixem en l'experiència diària només es donen en el camp de la força electromagnètica. Per això la vida s'ha definit en algun moment com a energia electromagnètica formada. Aquesta força tan important per a comprendre adequadament el món de les dimensions mitjanes comença a perdre importància quan les distàncies a escala espacial són cada vegada majors, i en les zones interestel·lar i intergaláctico la seva influència desapareix.

A nivell macroscòpic, aquesta força tan important de fons que és l'única força que apareix íntegrament, comença a perdre importància quan les distàncies a escala espacial són cada vegada majors, i en les zones interestel·lar i intergaláctico la seva influència desapareix.

A nivell de macrocosmos, l'única força que predomina íntegrament és la de la gravitació. Aquesta força construeix l'estructura de l'univers astronòmic de planetes, estrelles, galàxies, conjunts de galàxies. Els fenòmens d'aquesta escala depenen de les lleis de la relativitat, més concretament de la relativitat general.

Teoria de l'Espai Comú

Abans de construir la física, en la mecànica de Newton es postula un entorn concret en el qual es mouen els cossos de matèria. El marc preconfigurado està relacionat amb l'espai i el temps absoluts. Sense ell no hi ha mesura ni física. La interacció entre el mig i els cossos de matèria no pot existir, és a dir, l'envàs és independent del contingut.

Einstein, en la teoria de la relativitat general, uneix l'espai i el temps d'aquest marc, vinculant així a les primeres categories independents. En un segon pas, aquest sistema de referència espaciotemporal el considera l'única realitat física de l'Univers.

Aquesta nova realitat, que ja no serà un marc lent, sinó un marc emprenedor, a través del qual haurem d'entendre tots els fenòmens que apareixen en la Naturalesa. La línia espacial/temporal es definirà mitjançant una mètrica la forma de la qual correspon a la varietat en quatre dimensions de Riemann. Qualsevol punt de la línia es definirà mitjançant tres coordenades espacials, sent el quart temps

Segons els últims descobriments astronòmics, aquesta mètrica espacial/temporal és dinàmica i s'està expandint a través de l'impuls original del Big bang. Com a resultat del treball de De Sitter sabem que el desplegament d'aquesta mètrica és compatible amb les equacions de camp d'Einstein. En l'Univers així definit, la línia espacial/temporal presenta una curvatura que és variable amb l'expansió de l'Univers.

Així les coses, on es pot trobar la matèria en el marc espacial i temporal de Newton?. En la teoria de la relativitat general, la matèria segueix com a part activa, però en un estatus ontològic similar al de la línia espacial/temporal.

La matèria, definida per la varietat, es descriurà com una irregularitat local de la línia espacial/temporal. Per tant, es tracta d'una zona amb gran curvatura de la línia no euclidiana.

Si afegim curvatura mitjana a tot el cosmos, en un interval curt d'aquest Cosmo (per exemple, interplanetari) es pot obviar aquesta curvatura. La mateixa raó és encara més vàlida si treballem a escala atòmica o subatòmica. En arribar a aquest punt es produeix una contradicció evident, ja que, en funció de la relativitat general, la matèria serà la deformació de la línia espacial/temporal V 4, per la qual cosa a nivell atòmic, la materialitat de l'àtom haurà de ser el resultat de la deformació de la línia, en contra de l'anteriorment dit.

Aquest fantasma ha estat per darrere de la relativitat des del seu naixement, i l'única solució possible és estendre la geometrització relativista del macrocosmos al microcosmos. D'aquest punt de partida sorgeixen precisament els intents d'obtenir teories sobre camps convergents d'Einstein, Kaluza, Weyl, Eddington o Schrodinger.

Al principi, Einstein va expressar el seu desig d'unir el camp electromagnètic i el gravitatori. Però no ho va aconseguir. Avui dia aquesta obra continua sent més complexa que en l'època d'Einstein, ja que els camps que ara s'han d'unir són ja quatre com s'ha dit anteriorment (nuclear fort, nuclear feble, electromagnètica i gravitatòria). (2)

Gravitació quàntica

Com ja s'ha esmentat anteriorment, en les escales espacials que explora la física experimental d'avui, apareix una graduació de forces que estan molt relacionades amb l'escala espacial. La jerarquització d'aquestes forces i escales espacials permet obtenir el següent esquema:

Davant aquesta situació, de seguida ens arriba una pregunta. Què passarà per sota dels 10 - 14 cm? Seria possible detectar distàncies tan superpequeñas?. En aquest cas, quines serien les forces que actuen sobre aquestes dimensions? Com es pot plantejar la unitat de totes les forces?.

Els físics actuals, per diverses raons, consideren que la força que predomina en aquestes distàncies supercortas és la de la gravitació. Però, a quina distància ens referim?. Com triar una distància com a referència de tots els fenòmens físics?

Aquesta distància tan important per a la referència existeix en la Física i es va publicar cap a 1899. A aquesta distància li diem distància de Planck.

La relativitat reduïda, la relativitat general i la mecànica quàntica són tres teories que corresponen a cadascuna d'elles una constant fonamental. Així

Amb aquestes tres constants tenim una única possibilitat d'aconseguir una longitud bàsica que s'obté entre 2.10 i 33 cm.

Aquesta longitud seria el quàntic de la longitud, és a dir, la menor distància que es pot obtenir amb sentit físic.

Aquí es produeix un gran obstacle físic. La física experimental no pot accedir a aquest submón tan petit. Recorda que la longitud de Planck és 100 vegades menor que la dimensió del radi del neutró. Per a accedir a aquestes profunditats de la distància necessitaríem un accelerador de fraccions de la grandària de la nostra galàxia.

De totes maneres, no ho tenim tot perdut, perquè allí on no arriba la física experimental, pot arribar la física teòrica. I precisament per aquest camí s'estan concentrant tots els esforços per a poder obtenir una teoria del camp comú.

Com s'ha esmentat anteriorment, els físics creuen que la força que domina aquestes distàncies superpequeñas és la de la gravitació. Sheldon Glashow, guanyador del Premi Nobel, descrivia aquesta situació d'una manera especial. Per a ell, va inventar la imatge d'una serp que mossega la cua per a explicar les forces de la Naturalesa i els camps d'acció corresponents. Segons això, la física a escala de Planck tancaria un cercle (com fa la serp en lligar la cua amb la boca), en el qual les distàncies macrocósmicas i microcosmicas dependrien de la gravitació.

En aquest sentit, per a arrodonir i consolidar adequadament la física actual, els fenòmens de l'escala dels Planck han d'unir-se a la gravitació, i per a realitzar qualsevol estudi en aquestes dimensions microscòpiques necessitem una mecànica quàntica. Per això, en els últims anys s'ha creat poderosament una nova branca de la física: Gravitació quàntica.

OBSERVACIONS:

Mentre escrivia aquest article, s'ha difós el descobriment de la cinquena força. Aquesta cinquena força també seria gravitatòria. Fins que tinguem més dades i contrastacions no esmentarem aquesta nova força. No obstant això, l'essència de l'article continua sent útil íntegrament. Recordar l'indicat en (1) nota.

Bibliografia:

ASHTEKAR, A.: La gravitació '. La Recherche, Gener 1985. GEORGI, H.: "Teoria unificada de les particulas elementals i de les forces". Scientific American, Juny 1981. HILGER, A.: 'Quàntum 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: - Scientific American, Agost 1980.