Reflexiones sobre las teorías de la gran unificación. RP Feynman

Estas son las reflexiones de Richard P. Feynman , en 1983 durante unas conferencias en la Universidad de UCLA, sobre las “teorías de la gran unificación”. –  y que posiblemente sea uno de los mejores físicos teóricos de todos los tiempos, no ya por su méritos y capacidades,  si nó por esa tan difícil “asignatura” que es la comunicación del conocimiento -. Fallecido en  1988.

(La física cuántica…) es un lío terrible , y podrían decir que la física se ha convertido en un barullo descorazonador, pero siempre ha tenido esa apariencia. La Naturaleza ha parecido un barullo terrible, pero al avanzar vemos esquemas y aunamos teorías; Se aclaran un poco las cosas y se vuelven más sencillas. El lío que le he expuesto – electrodinámica cuántica – es mucho menor que el que hubiese tenido que contar hace diez años, hablándoles de más de un centenar de partículas . Y piensen en el lío de principio de siglo – siglo XX – cuando estaban el calor, magnetismo, la electricidad, la luz , los rayos X, los rayos ultravioletas, los índices de refracción, los coeficientes de reflexión y otras propiedades de diversas substancias, cosas todas que se han unificado desde entonces en una teoría, la electrodinámica cuántica.

Me gustaría resaltar algo: Las teorías del resto de la física son muy similares a la teoría de la electrodinámica cuántica, todas implican la interacción de objetos de espín ½ – como electrones y quarks – con objetos de espín 1 – como fotones, gluones ó W – dentro de un marco de amplitudes en donde la probabilidad de un suceso es el cuadrado de la longitud de una flecha. ¿Porqué todas las teorías físicas son tan similares en estructura?

Existe un cierto número de posibilidades. La primera, la limitada imaginación de los físicos: Cuando observamos un nuevo fenómeno tratamos de encajarlo en el marco que ya tenemos – hasta que no hemos realizado un número suficiente de experimentos, no sabemos que eso funciona –, de modo que cuando un físico loco da una conferencia en UCLA en 1983 y dice: “Esta es la manera en que ocurren las cosas y miren cuán maravillosamente similares son las teorías” no es porque la Naturaleza sea realmente similar, es porque los físicos sólo han sido capaces de pensar la condenada misma cosa una y otra vez.

Otra posibilidad es que sea la condenada misma cosa una y otra vez – que la Naturaleza sólo tenga una forma de realizar las cosas y que repita su historia de vez en cuando –

Una tercera posibilidad es que las cosas son similares porque son aspectos de una misma cosa – una amplia imagen subyacente de la que se pueden desgajar partes que parecen diferentes, análogo a los dedos de una mano – Muchos físicos están trabajando muy duro tratando de componer una gran imagen que unifique todo en un súper modelo. Es un juego delicioso, pero en la actualidad ninguno de los especuladores coincide con cualquier otro especulador en cuanto a cual es la gran imagen . Exagero sólo ligeramente cuando digo que la mayoría de éstas teorías especulativas no tienen mayor sentido que la suposición que hicieron Uds. sobre la posibilidad de un quark t, ¡Y les garantizo que no son mejores que Uds. a la hora de suponer la masa de un quark t!

Por ejemplo, parece que el electrón, el neutrino, el quark d, y el quark u van todos juntos – de hecho los dos primeros se acoplan con el W, como lo hacen los dos últimos – En la actualidad se piensa que un quark sólo puede cambiar “colores” ó “aromas”. Pero quizás un quark podría desintegrarse en un neutrino acoplándose con una partícula desconocida. Bonita idea ¿Que ocurriría? Significaría que los protones son inestables. Alguien construye una teoría : Los protones son inestables ¡Hacen un cálculo y encuentran que ya no existirían protones en el Universo! De manera que juegan con los números, ponen una masa más elevada a la nueva partícula y después de mucho esfuerzo predicen que el protón decaerá a una velocidad ligeramente menor que la medida por última vez cuando se demostró que el protón no decaía. Cuando aparece un nuevo experimento y mide con más cuidado el protón , la teorías se ajustan para escaparse de la presión. El experimento mas reciente demostró que el protón no decae a una velocidad cinco veces menor que la que se predijo en la última oleada de teorías ¿Que piensan que ocurrió? El fénix surgió de nuevo con una nueva modificación de la teoría que requiere experimentos aún más precisos para comprobarla. Si el protón decae , o no, es algo desconocido. Demostrar que no decae es muy difícil.

A lo largo de estas conferencias no he discutido la gravitación. La razón es que la influencia gravitacional entre objetos es extremadamente pequeña: Es una fuerza que es un 1 seguido de 40 ceros más débil que la fuerza eléctrica entre dos electrones (quizá son 41 ceros..) En la materia, casi todas las fuerzas eléctricas se emplean en mantener a los electrones próximos a los núcleos de los átomos, creando un fino equilibrio mezcla de mases y menos que se cancelan entre sí. Pero con la gravitación, la única fuerza es la atracción y crece y crece según hay más y más átomos hasta que, al final, cuando obtenemos esas grandes masas ponderables que somos, empezamos a poder medir los efectos de la gravedad – sobre los planetas, sobre nosotros mismos y así sucesivamente –

Dado que la fuerza gravitacional es mucho más débil que cualquiera otra de las interrelaciones, es imposible, en la actualidad, hacer cualquier experimento que sea lo suficientemente delicado como para medir cualquier efecto que requiera la precisión de una teoría cuántica de la gravitación para explicarlo – Cuando Einstein y otros trataron de unificar la gravitación con la electrodinámica , ambas teorías eran aproximaciones clásicas. En otras palabras, estaban equivocadas. Ninguna de estas teorías tenía el marco de amplitudes que hemos encontrado tan necesario en la actualidad –. Pero aunque no hay manera de probarlas, existen, sin embargo, teorías cuánticas de la gravedad que implican “gravitones”- que podría aparecer como una nueva categoría de polarizaciones, denominada espín 2 – y otras partículas fundamentales – algunas con spin ³/2 La mejor de éstas teorías no es capaz de incluir las partículas que encontramos , inventando, no obstante, muchas partículas que no se encuentran. Las teorías cuánticas de la gravitación, también tienen infinitos en los términos de acoplamiento, pero el “proceso de profundización”, que tanto éxito tiene eliminando infinitos en la electrodinámica cuántica, no puede eliminarlos en la gravitación . De modo que no sólo no tenemos experimentos con los que probar la teoría cuántica de la gravitación, si nó que tampoco tenemos una teoría razonable.

A lo largo de la totalidad de esta historia ha permanecido una característica particularmente insatisfactoria: Las masas observadas de las partículas m. No existe una teoría que explique adecuadamente estos números. Utilizamos los números en todas nuestras teorías, pero no los entendemos – ni lo que son, ni de donde vienen – Creo que desde un punto de vista fundamentalista, es un problema serio y muy interesante.


Referencias:

“Electromecánica cuántica” Richard P. Feynman (1985)

El principio antrópico

El principio antrópico ó porque el Universo es tal y como lo observamos. En términos aproximados el principio antrópico afirma que vemos el Universo tal como es, al menos en parte, porque existimos.

Este principio está basado en que la teoría M ó teoría de la unificación de las cinco teorías de cuerdas predice un gran número de posibles historias del Universo según la integral de multiples caminos de R. Feynman, es decir, habrían existido multiples posibilidades que nuestro Universo hubiera podido ser físicamente de otra manera.

Citando el libro “El Universo en una cascara de nuez” de Stephen Hawking”:

Como ejemplo de poder del principio antrópico…: Es un hecho de experiencia común que vivímos en un espacio tridimensional. Es decir podemos representar la posición de una punto en el espacio mediante tres números, por ejemplo, latitud, longitud y altura sobre el nivel del mar. Pero ¿Porqué el espacio es tridimensional ¿Porque no tiene dos dimensiones, ó cuatro ó cualquier otro número..? En la teoría M, el espacio tiene nueve o diez dimensiones, pero se cree que seis ó siete de ellas están enrolladas con radios de curvatura muy pequeños y sólo quedan tres dimensiones grandes y relativamente planas.

¿Porque  no vivímos en una historia (de las múltiples posibles) en que ocho de las dimensiones estén enrolladas… y haya sólo dós dimensiones observables? A un animal bidimensional le resultaría imposible (ó muy díficil, textuamente) hacer la digestión…Por lo tanto, dos dimensiones planas no bastan para algo tan complejo como la vida inteligente. Por otro lado, si hubiera cuatro ó más dimensiones aproximadamente planas, la fuerza gravitatoria entre dos cuerpos crecería más rápidamente cuando se aproximaran entre sí. Ello significaría que los planetas no tendrían órbitas estables alrededor de los soles, caerían hacia el sol ó bien escaparían a la oscuridad y el frío exteriores.

Análogamente, tampoco serían estables las órbitas de los electrones en los átomos, de manera que la materia no existiría tal y como la conocemos.

Muchas personas afirman la necesidad de un organizador, un selector de la leyes físicas del Universo ante la evidente complejidad de las interrelaciones de fuerzas y sus leyes. Mi impresión consiste en la multiuniversalidad donde infinitos universos se crean y se diluyen en diferentes formas al igual que el agua condensada en las nubes se prepara para componer infinitas gotas de lluvia al descargar la tormenta. La teoría de multiples histórias de Richard Feynman nos sugiere las condiciones por las cuales esos “proyectos” forman diferentes tipos, en este caso, de Universos. Universos que tendrán multitud de variantes físicas con respecto al nuestro, pero un mismo orígen y hay uno, en esa ingente cantidad, donde existen unos seres que se preguntan:

¿Porque el Universo es tal y como es?