Conceptos de física #7: 5 grandes problemas de la física

La semana pasada hemos hablado de los mitos en la física, es hora de llevar las cosas a otro nivel. En esta entrada vamos a hablar de los 5 grandes problemas de la física teórica. Como muchos saben, la física tiene sus grandes incógnitas, muchas de las cuales han sido tratadas en este blog, claro que lo más simplemente posible tratando de no espantar a nuestro querido lector. Generalmente si le preguntan a los físicos sobre los grandes problemas de la física todos o casi todos van a estar de acuerdo en los siguientes problemas:

1-El problema de la gravedad cuántica: Combina la relatividad general y la teoría cuántica en una única teoría que puede presumir de ser la teoría completa de la naturaleza.

2-Los problemas fundamentales de la mecánica cuántica: Resolver los problemas de la mecánica cuántica, ya sea por dar sentido a la teoría en su forma actual o por inventar una nueva teoría que tiene sentido.

3-La unificación fuerzas: Determinar si las diversas partículas y fuerzas se pueden unificar en una teoría que los explica todo como manifestaciones de una sola entidad fundamental.

Convergencia de las tres fuerzas. Fuente: wikipedia

4-El problema de sintonía: Explicar cómo los valores de las constantes libres en el modelo estándar de física de partículas son elegidos en la naturaleza, tarea complicada si las hay.

5-Y no podían faltar los problemas cosmológicos: Explicar la materia oscura y energía oscura. O si no existen, determinar cómo y por qué la gravedad se modifica a grandes escalas. De manera más general, explicar por qué las constantes del modelo estándar de la cosmología, incluyendo la energía oscura, tienen los valores que tienen. En fin acá si que hay para rato, y por eso me gusta la cosmología.

Porcentajes de materia y energía del universo. Fuente: wikipedia

Problema 1: El problema de la Gravedad Cuántica es el resultado del esfuerzo en la física teórica para crear una teoría que incluye tanto la relatividad general como el modelo estándar de física de partículas. En la actualidad, estas dos teorías describen diferentes escalas de la naturaleza y los intentos de explorar el punto donde se superponen los resultados no esta bien claro, o como la materia curva el espacio-tiempo.

Problema 2: Uno de los problemas fundamentales de la mecánica cuántica es la comprensión de los mecanismos físicos subyacentes que están involucrados en esta rama de la ciencia. Hay muchas interpretaciones de la física cuántica –la interpretación clásica de Copenhague, él polémico Hugh Everette y su interpretación de los universos paralelos, e incluso los hay más polémicos, como el Principio Antrópico Participativo.

La pregunta que surge en estas interpretaciones gira en torno a lo que realmente hace el colapso de la función de onda. La mayoría de los físicos modernos que trabajan con la teoría cuántica de campos ya no consideran estas interpretación relevantes.

El principio de la decoherencia es para muchos la explicación (la interacción con el medio ambiente hace el colapso de la función de onda). Más aún, los físicos son capaces de resolver ecuaciones, realizar experimentos, y realizar prácticas de física sin resolver la cuestión de qué es exactamente lo que está sucediendo en un nivel fundamental, por lo que la mayoría de los físicos no quieren acercarse a estas preguntas bizarras.

Problema 3: La unificación las fuerzas. Hay cuatro fuerzas fundamentales en la física, y el modelo estándar de física de partículas incluye sólo tres de ellas (el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil). La gravedad es dejada fuera del modelo estándar. Tratar de crear una teoría que unifique estas cuatro fuerzas en una teoría de campo unificado es una meta importante de la física teórica. Dado que el modelo estándar de física de partículas es una teoría cuántica de campos, a continuación, una unificación tendrá que incluir la gravedad como una teoría cuántica de campos, lo que resuelve este problema. Además, el modelo estándar de física de partículas muestra una gran cantidad de partículas diferentes: 18 partículas fundamentales en total.

Muchos físicos creen que una teoría fundamental de la naturaleza debe tener algún método de unificación de estas partículas, por lo que se deben describir en términos más fundamentales. Por ejemplo, la teoría de cuerdas, uno de modelos que más se ha aceptado, predice que todas las partículas son diferentes modos de vibración de los filamentos o cuerdas fundamentales de la energía.

Problema 4: El problema de optimización. Un modelo de la física teórica es una estructura matemática que, con el fin de hacer predicciones, requiere que ciertos parámetros se establezcan. En el modelo estándar de la física de partículas, los parámetros están representados por las 18 partículas predichas por la teoría, lo que significa que los parámetros se miden por la observación.

Algunos físicos, sin embargo, creen que los principios fundamentales de la física teórica deben determinar estos parámetros independientemente de la medida. Esto motivó gran parte del entusiasmo por una teoría de campo unificado en el pasado y provocó la famosa pregunta de Einstein¿Dios tuvo otra opción cuando creó el universo?” (nótese las comillas en esta pregunta) ¿Porque el universo tiene las propiedades que tiene? La respuesta a esto parece que se inclina fuertemente hacia la idea de que no sólo hay un universo, sino que hay una amplia gama de teorías fundamentales (o variantes de la misma teoría, en base a diferentes parámetros físicos, estados original de energía, y así sucesivamente) y nuestro universo es sólo uno de estos universos posibles.

En este caso, la pregunta es por qué nuestro universo tiene propiedades que parecen ser tan finamente sintonizadas que permitieron la existencia de vida. Esto se llama el problema de ajuste y ha impulsado a algunos físicos a postular el principio antrópico de la explicación, que dicta que nuestro universo tiene las propiedades que tiene porque si tuviera propiedades diferentes, no estaríamos aquí para hacer la pregunta (no me pongo epistemológico, solo que es lo que se dice en el jerga).

Problema 5: El problema de los misterios cosmológicos. El universo tiene todavía una serie de misterios, pero la mayoría de los físicos coincide que la materia oscura y energía oscura son por excelencia los misterios más grandes. Este tipo de materia y energía se detecta por su influencia gravitatoria, pero no pueden ser observados directamente, por lo que los físicos todavía están tratando de averiguar que es. Sin embargo, algunos físicos han propuesto explicaciones alternativas para estas influencias gravitacionales, que no requieren de nuevas formas de materia y energía, pero estas alternativas no son populares (en palabras entendibles no son aceptadas) para la mayoría de los físicos.

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4 respuestas a Conceptos de física #7: 5 grandes problemas de la física

  1. Gabinni dijo:

    Voy a utilizar el problema 5 a mi favor entonces, yo no estoy gordo, me rodea la materia oscura

  2. El puma dijo:

    Cuanta ignorancia, no?… ” Principio antrópico de la explicación”? robaron la idea de Kant de hace 200 años! fea la actitud 😛

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