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INTRODUCCIÓN ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA

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El Bin Bang

La teoría del Todo

 

Las partículas y las fuerzas
Los fermiones: quarks y leptones
Los bosones: portadores de fuerzas
Las teorías de gran unificación
La teoría del Todo
Las partículas virtuales

La era de Planck y la inflación
La era de Planck
La era inflacionaria
La homogeneidad del Universo
La planitud del Universo
La aparición de la materia y la bariogénesis

La evolución de la materia
El confinamiento de los quarks y la era hadrónica
El desacoplamiento de los neutrinos y la era leptónica
La nucleosíntesis primordial
La recombinación y la radiación fósil
Las fluctuaciones de densidad primordiales

Algunas curiosidades
La dualidad onda-partícula
La paradoja EPR y la no separabilidad
El ajuste de las constantes fundamentales
El gato de Schrödinger
Los universos paralelos

 

 

 

Universe_expansion_es

Según la teoría del Big Bang, el Universo se originó en una singularidad espaciotemporal de densidad infinita matemáticamente paradójica. El universo se ha expandido desde entonces, por lo que los objetos astrofísicos se han alejado unos respecto de los otros.

 

La teoría del Todo

Después de la elaboración de una teoría de gran unificación, la última etapa en la búsqueda de una visión unificada de las fuerzas fundamentales sería una “teoría del Todo”, unificando la gravedad con las otras tres interacciones.

Esta última etapa es la más difícil, ya que se apoya en un obstáculo mayor: la incompatibilidad de la relatividad general y la mecánica cuántica. La relatividad general de Einstein trata del espacio-tiempo y la gravedad, y supone en particular que el espacio y el tiempo son continuos. La mecánica cuántica describe a su vez el comportamiento de las partículas y ha introducido el concepto de cuantificación, que impone, por ejemplo, que la gama de energía disponible para una partícula no es continua, sino limitada a valores discretos. Es allí donde se encuentra el fondo del problema: ¿cómo reconciliar continuidad y cuantificación?

A partir de los años setenta, aparecieron teorías que intentaban superar estas dificultades. Como en el caso de la gran unificación, estas teorías son difíciles, incluso imposibles de decidir o confirmar debido a la limitación de nuestros medios experimentales.

Un ejemplo: la teoría de las supercuerdas

Uno de los enfoques más prometedores es la teoría de las supercuerdas. En esta última, las partículas elementales no son ya entidades específicas de tamaño cero, sino minúsculas cuerdas con forma de bucle cerrado que vibran a ciertas frecuencias. El tamaño de estas cuerdas es infinitesimal, del orden de 10-35  metros. Nuestros mejores medios de observación son obviamente incapaces de confirmar esta hipótesis, pero, a nivel matemático, la hipótesis de las cuerdas permite reconciliar los principios de la relatividad general y la mecánica cuántica.

La supersimetría

El prefijo “super” en la teoría de las supercuerdas viene debido a que esta última se basa en la existencia hipotética de la supersimetría entre fermiones y bosones. Recordemos que en el modelo estándar las partículas pueden clasificarse en dos categorías: los fermiones (quarks y leptones) que constituyen la materia y los bosones (fotones o gluones, por ejemplo) que son responsables de las diferentes fuerzas. Según la supersimetría, cada partícula de uno de estos grupos debe tener un compañero en el otro. Por ejemplo, el fotón y el gluón se asocian con fermiones llamados fotino y gluino, mientras que los quarks y los electrones tienen por compañeros bosones llamados squarks y selectrones.

La teoría de las supercuerdas prevé que todas estas nuevas partículas son extremadamente masivas, pero no permite determinar masas precisas. Es posible que la próxima generación de aceleradores pueda poner en evidencia ciertos compañeros supersimétricos, pero puede también que estas partículas sean demasiado masivas para ser un día detectadas en un experimento. Tengamos en cuenta que estas partículas son excelentes candidatas para explicar en parte la materia oscura exótica del Universo.

¿Un Universo con diez dimensiones?

Otro aspecto interesante de la teoría de las supercuerdas es el cuestionamiento del número de dimensiones del Universo. Estamos acostumbrados a vivir en un mundo de cuatro dimensiones: tres para el espacio y uno para el tiempo. Pero la teoría de las supercuerdas predice que el Universo posee de hecho diez dimensiones, una para el tiempo y nueve para el espacio. El mundo que nos rodea sólo nos revela, así pues, cuatro de estas dimensiones, al ser indetectables las otras seis.

Consideremos una analogía con un tubo de riego. Visto de lejos, un tubo se parece a una línea. Para definir la posición de un punto sobre esta línea, basta un solo número, por ejemplo, la distancia a una de las extremidades. De lejos, el tubo sólo posee, así pues, una sola dimensión. Por el contrario, cuando se acerca, la sección circular aparece claramente. Para definir la posición de un punto sobre la superficie hacen falta ahora dos números, por ejemplo, una distancia y un ángulo. Visto de cerca, el tubo posee dos dimensiones.

Esta diferencia viene del hecho de que una de las dimensiones del tubo es mucho más pequeña que la otra. De la misma forma, la presencia de diez dimensiones en nuestro Universo es posible a condición de que seis de ellas sean replegadas sobre ellas mismas y posean una extensión microscópica. La extensión de estas dimensiones suplementarias podría ser tan minúscula como 10-36 metros, mucho más allá del alcance de nuestros experimentos más precisos.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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