LA TEORÍA DE CAMPO UNIFICADO Y LA TEORÍA CUÁNTICA

Por: José Márquez Ceas

MBA, Economista

02 agosto 2017

Después de haber producido la Teoría Especial y la Teoría General de la Relatividad, el gran físico-teórico Albert Einstein dedicó el resto de su vida a formular una Teoría de Campo Unificado, que explicara el campo de fuerzas de la gravitación y el campo de fuerzas del electromagnetismo, que en la época de Einstein eran las dos fuerzas fundamentales conocidas.

Con el surgimiento de la mecánica cuántica se agregaron otros dos campos de fuerzas: ¨el campo de la fuerza nuclear fuerte¨, que mantiene unido a los protones y neutrones en el núcleo atómico, y ¨el campo de la fuerza nuclear débil¨, que se refiere a los cambios en la configuración interna de las partículas de los protones y neutrones.

Al intento de construir una teoría que unificara las 4 fuerzas fundamentales de la naturaleza (gravitación, electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil) se le denominó Teoría del Todo, aunque también se le conoce bajo el nombre de Teoría de la Gran Unificación (TGU).

En los años 60 del siglo pasado se comprobó de manera experimental que la fuerza nuclear débil y la fuerza electromagnética (electro-débil) son una sola (Teoría Weingber-Salam). Otra teoría, pendiente de comprobación experimental, estableció que la fuerza nuclear fuerte es lo mismo que la electro-débil. Por lo tanto, sólo quedarían dos fuerzas por unificar en una sola teoría: por un lado, la fuerza de la gravedad, y por otro, la fuerza electro-débil-fuerte.

Cabe señalar que a pesar del genio científico y de la inmensa labor que Einstein realizó en el campo de la física, este notable científico adoptó 3 posiciones acientíficas, o desaciertos, que él mismo después reconoció como los mayores errores que había cometido en su carrera científica.

El primer desacierto, fue oponerse al carácter expansivo del Universo. Ese hecho había sido científicamente comprobado por el astrónomo Edwin Hubble, quien intentó comunicárselo a Einstein, encontrando la barrera del rechazo. Hubble es el astrónomo en cuyo honor se bautizó en 1990 al primer telescopio colocado por la NASA y la Agencia Espacial Europea en el espacio exterior (Telescopio Hubble).

Edwin Hubble explicó que el desplazamiento de la luz de las galaxias hacia el color rojo en el espectro de las radiaciones electromagnéticas (conocido como corrimiento hacia el rojo), de acuerdo con observaciones cuidadosamente realizadas, indica que la fuente luminosa de las galaxias se aleja del observador y que la velocidad de alejamiento es proporcional a la distancia de las galaxias, de lo cual se concluyó que el universo está expandiéndose.

El análisis de Hubble se basó en el ¨efecto doppler¨ del sonido. Dicho efecto se origina cuando hay un movimiento relativo entre la fuente sonora y el observador u oyente.  Si la fuente sonora se aproxima al oyente la frecuencia de las ondas aumenta y el sonido es agudo; se observa un corrimiento hacia el azul. Si la fuente sonora se aleja del oyente la frecuencia es baja (más espaciada) y el sonido es grave o bajo; hay un corrimiento hacia el rojo. Posteriores experimentos confirmaron la aseveración de Hubble.

El segundo desacierto de Einstein, fue haber introducido la constante cosmológica Lambda (λ) en su ecuación original del Campo Gravitatorio, con el propósito de obtener una solución de universo estático. Debemos entender que Einstein concebía el universo de acuerdo con el paradigma físico newtoniano, y por esa razón es probable que se haya sentido obligado a rechazar la posibilidad de un universo en expansión, como lo proponía Hubble, ya que tal idea no era compatible con el mencionado paradigma.

El tercer desacierto de Einstein fue haber rechazado ciertas conclusiones de la Mecánica Cuántica, posiblemente por el mismo empecinamiento que tuvo de juzgar las cosas exclusivamente desde la óptica del paradigma newtoniano.

El físico-teórico Werner Heisenberg, como resultado de sus investigaciones, estableció que un observador que mide un evento a escala atómica puede determinar la posición exacta en el espacio o el momento (el producto de la velocidad por la masa), pero nunca puede hacer ambas cosas simultáneamente, porque la medición misma afecta el resultado final.

Heisenberg concluyó que a nivel atómico no es posible realizar una medición exacta y sólo se puede lograr una distribución estadística (probabilística) de los eventos. Esta declaración fue bautizada con el nombre de ¨principio de incertidumbre¨ y fue adoptado como parte del andamiaje teórico que respalda la Interpretación de Copenhague de la Mecánica Cuántica (1927).

El argumento de Einstein para rechazar el ¨principio de incertidumbre¨ de Heisenberg, no fue nada científico, simplemente declaró no aceptar la conclusión de que las leyes del Universo son probabilísticas, ya que para él esas leyes son exactas de acuerdo con el paradigma newtoniano. Para enfatizar su posición Einstein pronunció la conocida frase ¨Dios no juega a los dados¨, expresión que fue replicada por Niels Bohr, sempiterno rival de Einstein en el campo de la física teórica (y premio Nobel de Física 1922), quien dijo: ¨Señor Einstein, ¡deje de decirle a Dios lo que debe hacer!¨.

El anhelo de contar con una Teoría unificadora de las 4 fuerzas fundamentales del Universo ha sido una constante en el campo de la investigación física desde que Einstein se empeñó en formular una Teoría de Campo Unificado.  En este sentido, la Teoría de Cuerdas, ha sido, entre otras, el intento más reciente, singular y prometedor, para explicar la unificación de esas fuerzas.

En la Teoría de Cuerdas las partículas fundamentales del Universo se sustituyen por cuerdas que vibran en un espacio-tiempo de más de 4 dimensiones. La característica de la vibración de estas cuerdas es lo que daría una forma de electrón, protón, neutrón, y otras partículas subatómicas. Diferentes versiones han propuesto la existencia de múltiples dimensiones, que van desde 10 hasta 26.

Otro intento en el mismo sentido es la Teoría ¨M¨, de Edward Witten, físico y matemático estadounidense conocido como el Einstein de nuestro tiempo, ganador de la Medalla Fields de matemáticas en 1990, y científico de planta del Instituto de Estudios Avanzados de la Universidad de Princeton, quien unificó las diferentes versiones de la Teoría de Cuerdas utilizando los conceptos de cuerdas y membranas de diferentes dimensiones (Teoría de Supercuerdas).

Aunque las limitaciones de la ciencia y el nivel de la técnica actual no permiten la comprobación experimental en laboratorios de altas energías todavía queda el camino de las observaciones astrofísicas para comprender más a fondo la fuerza de gravedad y, eventualmente, formular una Teoría Unificadora de las fuerzas de la Naturaleza.

En definitiva, el objetivo supremo de los físicos teóricos es formular una teoría unificadora de las 4 fuerzas fundamentales de la naturaleza. En esa teoría la fuerza de la gravedad debe concordar con los principios cuánticos y por supuesto con el ¨principio de incertidumbre¨ de Heisenberg. Esto equivale a decir que se debe buscar una teoría cuántica de la gravedad, que explique a la vez el campo de fuerzas electromagnéticas y el campo de fuerzas nucleares débil y fuerte. Este fue el sueño imposible de Einstein, en sus últimos años de vida.

(Artículo que será publicado en la edición de septiembre 2017 de la Revista Vox Populi, de la ciudad de Matagalpa, Nicaragua)