Las 7 Teorías Físicas mucho más esenciales (explicadas)

La ciencia es el pilar de la sociedad. Sin ella, jamás habría habido progreso. Y sin avance, seríamos puros animales que se limitan a sobrevivir en un planeta lleno de peligros. Y esta ciencia tiene, en las leyes y las teorías, sus más escenciales cimientos. La historia está llena de momentos clave en los que se elaboraron hipótesis que nos dejaron, permiten y permitirán comprender la naturaleza de la realidad que nos rodea.

Entendemos que las leyes físicas o naturales son aquellos principios reales (nunca se han producido observaciones que las contradigan), universales, absolutas y equilibrados en el tiempo que nos permiten describir los fenómenos del Cosmos, como por poner un ejemplo las Leyes de Newton, las leyes de la termodinámica o las leyes de los gases.

Y por otra parte poseemos las teorías, aquellas hipótesis que, si bien nos permiten explicar la naturaleza elemental de la realidad que nos circunda, su propia formulación provoca que sea difícil darle las características de las leyes. No sabemos si son completamente verdaderas por el hecho de que no tienen la posibilidad de medirse de la misma forma que los principios de las leyes, pero son nuestro chaleco salvavidas para localizar conocimiento dentro de la inmensidad del Cosmos.

Y en el artículo de hoy emprenderemos un emocionante viaje para descubrir las más pasmosas teorías físicas que, más allá de que seguramente jamás vamos a poder transformarlas en leyes, han arrojado luz a la ciencia y nos han tolerado comprender nuestro rincón en el Cosmos, la naturaleza elemental de la verdad y el pasado, presente y futuro del espacio que nos rodea. Comencemos.

¿Cuáles son las hipótesis mucho más excelentes de la crónica de la Física?

Una teoría científica es un conjunto de conceptos que se proponen como principios para explicar la naturaleza de un fenómeno físico. Así, consiste en la hipótesis (intento de ofrecer explicación a algo que no entendemos) o grupo de hipótesis que, con la aplicación del procedimiento científico, ha resultado ser una aproximación que, si bien no es absoluta como una ley, no se contraría con las leyes establecidas, tiene verosimilitud dentro de su marco de estudio, se sostiene en las matemáticas y se apoya en datos experimentales.

Muchas teorías han sido elaboradas durante la narración de la Física para explicar fenómenos relativos a la naturaleza, origen y futuro del Universo, pero solo unas escasas, por su proyección, importancia, noticias lanzadas y verosimilitud se han ganado un puesto en esta nuestra selección. Estas son (algunas de) las teorías y también hipótesis físicas mucho más esenciales.

1. La Teoría del Big Bang

La Teoría más especial. Indudablemente, la hipótesis mucho más conocida de la historia y, sin duda, entre las más esenciales. Y por un fácil motivo. Y es que por ahora, la Teoría del Big Bang es la hipótesis más fuerte de la que disponemos para argumentar el origen del Universo. Merced a ella, tenemos la posibilidad de entender de qué forma nació el Cosmos.

La Teoría del Big Bang, que ganó fuerza desde los años 60, nos comunica que el Cosmos nació hace 13.800 millones de años desde una singularidad en la que toda la materia y energía que daría rincón al Cosmos estaba condensada en un punto infinitamente pequeño. La hipótesis no nos deja llegar al momento 0 de la “enorme explosión”, un concepto que, por cierto, es muy raro, ya que el Big Bang jamás fue una explosión. Fue el comienzo de la expansión del Universo, pero no una explosión.

Pero sí que nos deja acercarnos mucho. Concretamente, a una trillonésima de trillonésima de trillonésima de segundo tras su nacimiento, cuando el Cosmos medía 0,0000000000000000000000000000000001 centímetros de diámetro. A partir de ese momento, la hipótesis del Big Bang ya nos deja comprender, mediante leyes físicas, qué pasó y por qué razón el Universo está en expansión. La gran pregunta es: ¿qué había antes del Big Bang? Y por ahora, no contamos respuesta. Sea alguna o no esta teoría, sin lugar a dudas es una de las mucho más importantes de la historia de la ciencia.

2. La Teoría de la Relatividad General

La otra enorme teoría por excelencia. Publicada entre 1915 y 1916 por Albert Einstein, la Teoría de la Relatividad General es una teoría de campo gravitatorio que detalla, entre muchas otras cosas, la naturaleza elemental de la gravedad. Con esta hipótesis, Einstein cambió completamente la visión que teníamos del Universo.

La Teoría propone que el tiempo no es algo absoluto, sino más bien algo individual que fluye de manera única para cada partícula del Cosmos dependiendo de su agilidad y de la intensidad del campo gravitatorio al que está sometida. El tiempo, pues, es relativo. Es una dimensión mucho más.

Y al ser una dimensión mucho más, Einstein afirmó que no habitamos un Universo tridimensional, sino en uno tetradimensional, con cuatro dimensiones: tres espaciales y una temporal. Y estas cuatro dimensiones conforman un único tejido: el espacio-tiempo. Un tejido universal cuya curvatura deja explicar la presencia de la gravedad. Al menos, a nivel macroscópico. Porque cuando llegamos al nivel subatómico, la teoría relativista se desmorona. Por eso la física cuántica siga en pos de una teoría que deje no solo explicar la naturaleza cuántica de la gravedad, sino más bien también unificar física relativista y cuántica.

3. La Teoría del Big Bounce

El Cosmos nació con el Big Bang, pero, ¿de qué manera morirá? Se han descrito emocionantes teorías sobre la muerte del Cosmos, pero entre las mucho más excelentes es, indudablemente, la del Big Bounce. La hipótesis se fundamenta en que la expansión del Universo no puede ocurrir de manera indefinida. Debe llegar un momento (deja de preocuparte, dentro de trillones de años) donde la densidad en el Cosmos va a ser tan baja que la expansión se detendrá. Y no solo se detendrá, sino que el Universo comenzará a colapsar sobre sí mismo. Un fenómeno popular como Big Crunch.

En esta hipotética situación, toda la materia del Universo empezará a contraerse y a juntarse hasta llegar a un punto de consistencia infinita. Pero, cuando esto ocurra, ¿se destruirá todo cuanto en algún momento haya constituido el Cosmos? No. Y es aquí cuando viene lo más increíble. La Teoría del Big Bounce nos comunica que la materia se reciclaría. Nos explicamos.

El Big Bounce asegura que la vida en el Universo sería, en realidad, un período infinito de expansiones y contracciones. Un Big Bang y un Big Crunch repitiéndose periódicamente, sin haber ni un principio ni un final. El Cosmos se expandiría para entonces contraerse y, más tarde, volver a expandirse. Y así hasta el infinito. Increíble.

4. La Teoría de Cuerdas

La Teoría de la que todo el planeta habla pero que absolutamente nadie entiende. Una de la hipótesis mucho más complejas pero mucho más prometedoras del mundo de la física, al ser, por el momento, lo mucho más cerca que nos encontramos de ofrecer con una teoría que explique la naturaleza cuántica de la gravedad y que unifique física relativista con física cuántica. La primordial candidata a Teoría del Todo.

Año 1968. Frente a la imposibilidad de integrar la gravedad en la física cuántica, Leonard Susskind, Holger Bech Nielsen y Yoichiro Nambu, tres físicos teóricos, desarrollaron el marco teorético de la Teoría de Cuerdas. Una hipótesis que busca argumentar el origen cuántico de las cuatro relaciones fundamentales (gravedad, electromagnetismo, fuerza nuclear enclenque y fuerza nuclear fuerte) suponiendo que habitamos un Cosmos de 10 dimensiones en el que la materia, en su nivel mucho más bajo y a la escala de Planck, consiste no en partículas subatómicas, sino en cuerdas unidimensionales que vibran y cuya vibración enseña la presencia de las fuerzas del Cosmos, incluyendo la atracción gravitatoria, que sería adecuada al viaje de anillos de cuerdas por el espacio decadimensional.

¿No se ha comprendido nada? Normal. Es física cuántica. ¿Qué aguardabas? En verdad, Richard Feynman, entre los padres de la mecánica cuántica, ha dicho en el momento en que “Si crees que entiendes la mecánica cuántica, es que no entiendes la mecánica cuántica”. Sea como sea, la Teoría de Cuerdas es, por ahora y por lo menos a nivel matemático y teorético, lo mucho más cerca que nos encontramos de dar con la Teoría del Todo.

5. La Teoría M

¿Pensabas que la Teoría de Cuerdas era difícil? Ya que espera. Pues existe algo que no hemos comentado antes: la Teoría de Cuerdas no es “La Teoría”, son “Las Teorías”. Cinco, para ser más exactos. Se desarrollaron cinco Teorías de Cuerdas que no encajaban bien entre ellas pero que cada una era cierta en su marco teórico. Y no podíamos unificar la física relativista con la cuántica si no habíamos unificado las teorías de cuerdas entre ellas.

Y en el momento en que daba la sensación de que habíamos llegado a un callejón sin salida, en 1995, Edward Witten, físico teórico estadounidense, llegó con una solución: la Teoría M. Con esta hipótesis, estábamos agrupando las cinco teorías de cuerdas en un solo marco teórico. Pero no creas que es simple. En comparación, la Teoría de Cuerdas es algo de niños.

La Teoría M es una hipótesis que agrupa las cinco teorías de cuerdas (TIPO I, TIPO IIA, TIPO IIB, Heterótica SO (32) y Heterótica Y también8E8) en un solo marco teórico partiendo de la suposición de que el Universo es de 11 dimensiones (añade una mucho más), dando sitio a un Cosmos en el que unas hipersuperficies de entre 0 y 9 dimensiones que reciben el nombre de branas sirven como punto de anclaje para las cuerdas unidimensionales. Una de las teorías más complejas pero más ambiciosas de la historia. Y es, ahora sí, lo mucho más cerca que estamos de ofrecer con la Teoría del Todo. Por no mencionar que abriría la puerta a un Multiverso. De locos.

6. La Teoría de la Gravedad Cuántica de Bucles

Pero, ¿la Teoría de Cuerdas y la hermana la Teoría M están solas en el juego? No. Evidentemente que no. Y en verdad, tienen un contrincante realmente fuerte. La Teoría de la Gravedad Cuántica de Bucles. Esta hipótesis, desarrollada a lo largo de los años 90 gracias a Abhay Ashtekar, Theodore Jacobson, Lee Smolin y Carlo Rovelli, es una de las teorías mucho más fuertes para explicar el origen cuántico de la gravedad. Y si no es más famosa es pues, en contraste a la Teoría de Cuerdas, de las cuatro fuerzas fundamentales, solo enseña la gravedad. Pero en su marco teórico, es tan sencilla y elegante que tiene bastantes defensores.

La Teoría de la Gravedad Cuántica de Bucles no nos pide imaginar un Universo de diez u once dimensiones, sino tiene suficiente con las 4 dimensiones que tan bien conocemos. La hipótesis nos dice que el espacio-tiempo no puede dividirse interminablemente, sino que, a nivel cuántico, llega un instante en el que está compuesto por una malla donde un espuma cuántica contendría unos bucles o nudos entrelazados y cuyo vínculo explicaría el origen elemental de la gravedad. Hemos dicho que era simple. Lo retiramos.

7. La Teoría Cuántica de Campos

Acabamos con otra de las considerables teorías. Nacida a finales de los años 20 merced a los estudios de Erwin Schrödinger y Paul Dirac, creada (y solucionados sus problemas matemáticos) entre los años 30 y 40 merced a Richard Feynman, Julian Schwinger, Shin’ichiro Tomonaga y Freeman Dyson y completada en los años 70, la Teoría Cuántica de Campos se encuentra dentro de las hipótesis mucho más relevantes de la historia moderna de la física.

Pero, nuevamente, no aguardes definiciones sencillas. La Teoría Cuántica de Campos, más famosa como Quantum Field Theory (QFT, por sus siglas en inglés), es una hipótesis cuántica relativista (que busca unir la relatividad general con la mecánica cuántica) que describe la naturaleza de las partículas subatómicas que componen la verdad no como “esferas”, sino más bien como el resultado de perturbaciones en unos campos cuánticos que empapan el tejido del espacio-tiempo.

Estos campos cuánticos van a ser una especie de lonas que sufren oscilaciones. Y esto causa que dejemos de pensar en las partículas subatómicas como entidades particulares y que pasemos a concebirlas como perturbaciones dentro de estos campos. Cada partícula estaría socia a un campo concreto. Tendríamos, ya que, un campo de protones, uno de electrones, uno de gluones, etcétera. Y así con todo el modelo estándar.

Así, de las vibraciones en estos campos cuánticos podrían aparecer partículas subatómicas, algo que nos permite explicar el origen de las fuerzas elementales y la razón de por qué se crean y destrozan partículas cuando colisionan entre ellas. Complicado, sí. Pero de esta manera es la física.

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