FUNDAMENTOS DE FISICA (Temario)

2.1

Desarrollo de la Física y Física Clásica

SIGLO XVII El desarrollo de la física empezó en el siglo XVII y se inició con el físico italiano Galileo Galilei quien comprendió la necesidad de describir matemáticamente el movimiento. El mostró que la acción del medio sobre un cuerpo dado está definido no por la velocidad como consideraba Aristóteles, si no por la aceleración del cuerpo. Esta afirmación era la primera formulación del principio de Inercia. Galileo demostró que la aceleración de un cuerpo en caída libre no depende de la masa ni de su densidad, fundamentó la teoría de Copérnico y obtuvo resultados significativos en astronomía, en los estudios de los fenómenos ópticos y térmicos entre otros. El científico italiano Torricelli, alumno de Galileo, estableció la existencia de la presión atmosférica y creó el primer barómetro. El científico ingles Boyle y el francés Mariotte estudiaron la elasticidad de los gases y formulación la primera ley de los gases que lleva su nombre. El holandés Snell y El francés Descartes descubrieron la ley de refracción de la luz y fue creado.

2.2

Teoría clásica

Se denomina física clásica a la física basada en los principios previos a la aparición de la mecánica cuántica. Incluye estudios del electromagnetismo, óptica, mecánica y dinámica de fluidos, entre otras. La física clásica se considera determinista (aunque no necesariamente computable o computacionalmente predictible), en el sentido de que el estado de un sistema cerrado en el futuro depende exclusivamente del estado del sistema en el momento actual.

Algunas veces se reserva el nombre física clásica para la física pre relativista, sin embargo, desde el punto de vista teórico la teoría de la relatividad introduce supuestos menos radicales que los que subyacen a la teoría cuántica. Por esa razón resulta conveniente desde un punto de vista metodológico considerar en conjunto las teorías físicas no-cuánticas.

2.3

Teoria Relativista

La  teoría relativista de la gravitación (TRG) es una teoría del campo gravitatorio formulada, por Logunov, Mestvirishvili y Petrov. Dicha teoría construye una teoría del campo gravitatorio dentro de los límites de la teoría especial de la relatividad y que en su formulación general es muy similar a la teoría general de la relatividad (TGR).

De hecho las predicciones de la TRG y la TGR son muy similares,¹ coinciden en que el movimiento de las partículas materiales en presencia de campo gravitatorio pueden ser representadas como si dicho movimiento tuviera lugar en un espacio-tiempo no elucídelo. Sin embargo, aunque las predicciones de ambas teorías son similares en ciertos puntos las dos teorías difieren por lo que la TRG es una teoría alternativa a la TGR. En principio pueden hacerse experimentos para descartar una de ellas.

2.4

Teoria Cuantica

 Una teoría física basada en la utilización del concepto de unidad cuántica para describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las interacciones entre la materia y la radiación. Las bases de la teoría fueron sentadas por el físico alemán Max Planck, que en 1900 postuló que la materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas llamadas cuantos. Otra contribución fundamental al desarrollo de la teoría fue el principio de incertidumbre, formulado por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927, y que afirma que no es posible especificar con exactitud simultáneamente la posición y el momento lineal de una partícula subatómica.

2.5

Teoría de unificación de la física

La Física tiene su santo grial y sus caballeros sin espada que van en 

su busca. Este no es otro que la consecución de una teoría unificada, 

una teoría del todo que permitiera explicar el Universo, desde las 

inmensas galaxias a las más elementales partículas, pasando por el 

mundo que nos rodea en nuestro día a día. 

Esta persecución no es reciente. Es la búsqueda fallida de Einstein y 

ha pasado por distintas etapas en las que prometedoras ideas se han 

ido al traste. Una de ellas, hoy la más apoyada en el mundo de la 

Física, tuvo sus inicios en 1974 cuando Joël Scherk y John Schwuarz 

propusieron la idea inicial. Es la teoría de cuerdas, que por supuesto 

ha evolucionado mucho desde entonces. Dicha propuesta, 

como por otra parte suele ser habitual en el 

mundo de la Física, tuvo escaso eco entre 

sus colegas y quedó semiolvidada durante 

años, concretamente hasta 1984 en que 

inició una revolución en las teorías físicas de 

unificación, consolidándose después en lo 

que se conoce como Teoría “M”.

Por supuesto hablamos de grupos minoritarios. Pero no olvidemos que los promotores de la actual teoría estrella también en su tiempo fueron minoritarios y marginales. 

Una de ellas es la Gravedad Cuántica de Bucles, que es el resultado de diferentes investigaciones, empezado por las Redes de Espín de Roger Penrose y continuando con las 

reformulaciones de campo de la relatividad general de Abhay Ashtekar, se concretaron en la teoría mencionada presentada  por Carlo Rovelli y Lee Smolin a principios de los 90. A diferencia de la Teoría “M”, basada en la concepción de las partículas como el resultado de la vibración de las cuerdas, esta teoría sostiene que es el propio espacio-tiempo el que esta cuantizado, presentando, a la escala de Planck (10-35 m), un aspecto espumoso, como pompas de jabón, en la que si pudiéramos dividir una de esas pompas obtendríamos dos pompas del mismo tamaño del original (al estar el espacio cuantizado, la pompa representa la mas pequeña cantidad de espacio no divisible en unidades más pequeñas). Si bien esta teoría tiene aun muchos problemas por resolver, no olvidemos que la teoría “M” también los tiene, y la cantidad de físicos que trabajan en ambas se reparten en una proporción de 10 a 1 

a favor de la teoría “M”. 

Recientemente (2002) Shou-Cheng Zhang y Jiangping Hu (de la Universidad de Stanford) propusieron una nueva teoría, hoy sin desarrollar. 

Las investigaciones de ambos sobre el enigmático comportamiento de los electrones confinados en una fina y delgada capa semiconductora, enfriados cerca del cero absoluto y 

sometidos a la acción de un fuerte campo magnético, en la que en vez de comportarse como partículas independientes, actúan en conjunto formando entes conocidos como cuasipartículas, las que tienen propiedades contraintuitivas como cargas fraccionarias. Extrapolando los resultados experimentales y calculando una versión cuatro dimensional de un sistema de pasillo cuántico que existiría sobre la superficie de una esfera de cinco dimensiones, surgió su nueva propuesta. En los limites externos del sistema de dos dimensiones, las cuasipartículas generan objetos cuánticos llamados «estados de borde», semejantes a ondas u ondillas (waves) que ondean alrededor del perímetro. Estados análogos ocurren en el límite del sistema de cuatro dimensional, pero cuyo límite es tridimensional, o sea, con las mismas dimensiones que reconocemos en nuestro universo (tres dimensiones espaciales y una de tiempo), con lo que se estaría volviendo a ideas más cercanas a la 

escala humana. En la teoría propuesta por Zhang y Hu, algunos de estos estados de borde tridimensionales tendrían propiedades similares a fotones, gravitones y  otras partículas fundamentales de nuestro mundo. Ello abriría una nueva vía a una teoría de gravedad cuántica, que presenta algunas ventajas ya que los estados de borde se insertan en la relatividad,  pues las partículas surgen con naturalidad de la teoría y también obedecen la Relatividad de Einstein sin necesidad de incorporar ecuaciones subyacentes como en otros casos. Esta propuesta lleva demasiado poco tiempo en circulación para que se haya desarrollado. Hemos de tener en cuenta que, en el mundo de la Física, existe mucha inercia. Si una idea parece funcionar, como es el caso de la Teoría “M”, es difícil que sea abandonada por una nueva idea que aun está por desarrollar y puede convertirse en un callejón sin salida y, por tanto, en una pérdida de tiempo. 

Eso mismo ocurre con otra teoría que, de ser cierta, de confirmarse, representaría una auténtica revolución en el mundo de la Física, tanto que podría trastocar todo lo que damos por supuesto en este momento. Me refiero a la Teoría de Heim.  

Burkhard Heim (1925 - 2001) es un personaje extraño en si mismo. Calificado como de gran 

potencial por el propio  Werner Heisenberg, un desgraciado accidente (una explosión) le provocó una minusvalía que le condicionaría hasta el punto de ser hoy un desconocido para la mayoría de los físicos. Casi ciego, sin manos y casi sordo. 

Esta situación provocó en él que optara por el aislamiento, una muy escasa relación con el 

mundo(social) de la Física, concentrándose en lo que sería su teoría de la unificación. Sin embargo  Heim no publico sus resultados por las vías habituales en estos casos. Su  aislamiento y un cierto grado de desconfianza, probablemente motivado por sus dificultades en relacionarse a causa de sus minusvalías, provocaron que optara por utilizar como medio de difusión una oscura editorial austriaca y el alemán como idioma (no sabía ingles). Si a ello unimos que las dos mil páginas de intrincadas fórmulas, en las que utilizaba una notación especial no estándar, son de difícil comprensión, es lógico que su trabajo a penas sea conocido por una muy reducida minoría de físicos. 

Tampoco ayudaron mucho el que en sus últimos años se expresara de forma algo mística, ni que  la editorial elegida para sus publicaciones tuviera vinculaciones con las publicaciones New Age. 

El camino seguido por Heim es reescribir las ecuaciones de la relatividad en un marco cuántico. Es una teoría geométrica, como la relatividad, pero en la que todo (gravedad, electromagnetismo, la propia materia) es consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo. 

Las consecuencias son asombrosas ya que el electromagnetismo y la gravedad resultan vinculados, abriendo la posibilidad de manipular la gravedad a través del electromagnetismo. 

La mejor prueba existente en su favor es su capacidad de predecir la masa de las partículas, hecho no logrado por las otras teorías. Si bien en 2006 John Reed, después de analizar la teoría, descarto tal poder predictivo, en 2007 rectificó su sentencia indicando que sí había 

confirmado la capacidad predictiva de la misma, llegando a la conclusión de que podía contener importantes pistas sobre una teoría del todo definitiva. 

Por supuesto es pronto para afirmar la bondad de dicha teoría. Es necesario previamente entenderla en profundidad y realizar desarrollos posteriores que permitan nuevas y más amplias predicciones y su confirmación o descalificación definitiva. 

El futuro, en el mundo de la Física está más abierto que nunca.