Cuando amplías una foto digital, acabas llegando a sus unidades
más pequeñas, los píxeles; usaré esta idea como ejemplo en el texto.
Esta imagen muestra ese detalle de la portada de mi novela
"Los que sueñan", que aprovecho para barrer para casa jaja...
Me voy a liar la manta
a la cabeza y voy a comentar un poco el experimento del que hablé
aquí de pasada hace un tiempo, en el que, mediante la física, un grupo de
científicos intentaba demostrar que podemos estar viviendo en un
mundo virtual, es decir, dentro de un ordenador, y ser nosotros
mismos creaciones artificiales para entretener (o algo así) a una
supuesta civilización super avanzada.
El experimento parte de
varias conjeturas, os las comento rápidamente, y paso luego a
exponerlo, porque en realidad son tres experimentos en uno.
1) Lo que se busca
Lo que buscan encontrar estos señores es el límite de resolución de la simulación; es decir, por poner un ejemplo, cuando tenemos una foto de alguien en photoshop y la ampliamos, hay un momento en el que ya vemos los elementos que la forman, como si fuera un mosaico. Se trata de unos elementos muy pequeños que se llaman “píxeles”, y forman la estructura de la foto. Bueno, pues esa gente quiere encontrar experimentos que nos muestren los “píxeles” de nuestro universo, lo que es coherente con que sea un universo creado en un ordenador. ¿Cómo se hace eso? Pues haciendo algo parecido a lo que hacemos en el Photoshop; donde ampliamos y ampliamos la foto hasta que vemos los píxeles. Así que ampliamos y ampliamos con un microscopio (realmente matemáticas y experimentos) el universo hasta llegar a lo más íntimo de la materia, y allí, vemos si encontramos, pues eso, unidades básicas, o píxeles: ladrillos elementales que forman el espacio mismo de nuestro universo. Ese reino de lo muy, muy pequeño, a escala menor que un átomo, menor que una partícula elemental, y muchísimo más pequeña aún (por ahí por una distancia llamada “distancia de Planck”), es el reino de la misteriosa mecánica cuántica, que tiene todo que ver con el experimento en cuestión.
Lo que buscan encontrar estos señores es el límite de resolución de la simulación; es decir, por poner un ejemplo, cuando tenemos una foto de alguien en photoshop y la ampliamos, hay un momento en el que ya vemos los elementos que la forman, como si fuera un mosaico. Se trata de unos elementos muy pequeños que se llaman “píxeles”, y forman la estructura de la foto. Bueno, pues esa gente quiere encontrar experimentos que nos muestren los “píxeles” de nuestro universo, lo que es coherente con que sea un universo creado en un ordenador. ¿Cómo se hace eso? Pues haciendo algo parecido a lo que hacemos en el Photoshop; donde ampliamos y ampliamos la foto hasta que vemos los píxeles. Así que ampliamos y ampliamos con un microscopio (realmente matemáticas y experimentos) el universo hasta llegar a lo más íntimo de la materia, y allí, vemos si encontramos, pues eso, unidades básicas, o píxeles: ladrillos elementales que forman el espacio mismo de nuestro universo. Ese reino de lo muy, muy pequeño, a escala menor que un átomo, menor que una partícula elemental, y muchísimo más pequeña aún (por ahí por una distancia llamada “distancia de Planck”), es el reino de la misteriosa mecánica cuántica, que tiene todo que ver con el experimento en cuestión.
2) Las cuatro fuerzas
Los tres experimentos que os voy a comentar tienen que ver con las fuerzas que conforman nuestro universo. Son estas: la fuerte, la débil, la electromagnética y la gravitatoria. Con esas cuatro fuerzas se resume todo: desde una flor a un sol explotando. Todo está controlado por ellas, y son campos de fuerza, es decir, sus efectos se producen por acción a distancia. Tienen asociadas cada una de ellas una o varias partículas que portan sus efectos, pero no me voy a adelantar.
[Bueno, en realidad antes eran cinco, porque la electromagnética es la unión de la fuerza eléctrica y la magnética que se concluyó hace más de un siglo y pico que eran dos aspectos de una misma fuerza; ese logro intelectual lo hizo un joven escocés en una granja de ovejas, viviendo con su chica en un ambiente muy tranquilo y suave, que se llamaba James Clerk Maxwell y es uno de los mayores genios de la historia de la Humanidad. También, como curiosidad, la fuerza electromagnética y la débil se unieron hace unos años creando la "fuerza electrodébil", pero vamos, eso sería liarlo todo, porque hay una rama de la física que busca unir todas esas fuerzas en una sola. Se llaman Teorías de Gran Unificación y no nos interesan ahora, que esas cosas ocurrieron hace un montón de millones de años, en el Big Bang, cuando nació el universo.]
Así que vuelvo a lo mío. Hay cuatro fuerzas, que son:
LAS DOS FUERZAS QUE NOTAMOS
-La Fuerza Electromagnética es la responsable de la luz, de las ondas de radio, de los campos magnéticos, de la electricidad, y es tremendamente fuerte, con la propiedad de que afecta sólo a las partículas con carga eléctrica, siguiendo esta regla: las cargas iguales se repelen y las contrarias se atraen. Tiene un alcance muy alto, o sea, que actúa a distancias muy grandes; daos cuenta que afecta a los átomos, pero también podemos comprobar su efecto en nuestra escala humana (por ejemplo, pensad en un imán).
-La Fuerza de la Gravedad es la más débil de todas, pero tiene un alcance gigantesco, de distancias enormes, y gracias a ella el universo se mueve, los planetas giran en sus órbitas, las estrellas encienden sus hornos interiores (un asunto apasionante el de las estrellas y cómo la gravedad decide su porvenir), y nosotros existimos, y caminamos sobre la Tierra. Tiene la curiosa manía de formar objetos esféricos que giran unos alrededor de otros (estrellas, planetas, sistemas solares, nebulosas, galaxias...). A principios del siglo pasado, Albert Einstein describió la gravedad como una distorsión del espacio (y del tiempo) causada por la masa de los objetos; esta fue su famosa Teoría de la Relatividad.
[Apenas somos capaces de predecir lo que la gravedad puede hacer en ciertas circunstancias; se nos da muy bien predecir órbitas de planetas o eclipses, pero vamos muy mal con sucesos que la gravedad genera a nuestra escala, como predecir el tiempo, o predecir algo tan simple como el comportamiento de un péndulo de dos ejes; de ello se ocupa otra rama de la física que llamamos "Caos", y que apenas tiene unos 60 años de existencia, pero estoy divagando...]
LAS DOS FUERZAS QUE NO NOTAMOS, PERO ESTÁN AHÍ
-La Fuerza Fuerte es la más potente de todas (unas 100 veces más que la electromagnética), pero su alcance es muy cortito (como la billonésmia parte de un milímetro). Sólo funciona entre las partículas que forman los átomos, y es tan fuerte porque en los núcleos atómicos, donde hay protones (carga positiva) y neutrones (sin carga), sin embargo se mantienen sin disgregarse, y eso que las cargas del mismo signo se repelen (la fuerza electromagnética es super potente). Así que a esos niveles hay una fuerza super fuerte que obliga a los protones a estar cerca unos de otros en los núcleos de los átomos sin salir disparados por repulsión electromagnética, y esa es... pues eso, la fuerza fuerte.
[Añadiré que hace un tiempo los físicos descubrieron que dentro de los protones y los neutrones, hay otras partículas que los forman, llamadas Quarks. Los Quarks son los transmisores de la fuerza fuerte (entre otras cosas), mediante una cosa que llamamos los gluones (glue en inglés es “pegamento” y sólo un pegamento super fuerte puede mantener a los protones unidos en los núcleos como comentaba antes). Para explicar las misteriosas propiedades de los Quarks nació una rama nueva de la física, la QED, o Cromodinámica Cuántica (Quantum ElectroDynamics, con sus siglas en inglés, pero también siglas de Quo Erat Demostrandum, como se acababan las demostraciones matemáticas), que, a falta de mejores nombres, identificó las propiedades de cada Quark con cosas como el Color o el Encanto... Son cosas exóticas, nadie sabe lo que pasa ahí abajo, y como son unas propiedades totalmente nuevas, los físicos les dieron esos nombres, así que para que los protones en los núcleos atómicos estén juntos, los Quarks se transmiten “colores” y “encantos” y “extrañezas” entre ellos. Qué cosas (volveré a esto enseguida). Esto es importante porque tiene que ver con el primer experimento que os voy a comentar. Seguimos.]
-La Fuerza Débil actúa en ciertas desintegraciones atómicas (conocidas como Beta), mucho menos “fuerte” que la fuerte (es 100.000 veces más débil que la electromagnética) y de un alcance menor que aquella. Gracias a esta fuerza existen los materiales radiactivos (como el uranio) y la energía nuclear, por ejemplo.
Los tres experimentos que os voy a comentar tienen que ver con las fuerzas que conforman nuestro universo. Son estas: la fuerte, la débil, la electromagnética y la gravitatoria. Con esas cuatro fuerzas se resume todo: desde una flor a un sol explotando. Todo está controlado por ellas, y son campos de fuerza, es decir, sus efectos se producen por acción a distancia. Tienen asociadas cada una de ellas una o varias partículas que portan sus efectos, pero no me voy a adelantar.
[Bueno, en realidad antes eran cinco, porque la electromagnética es la unión de la fuerza eléctrica y la magnética que se concluyó hace más de un siglo y pico que eran dos aspectos de una misma fuerza; ese logro intelectual lo hizo un joven escocés en una granja de ovejas, viviendo con su chica en un ambiente muy tranquilo y suave, que se llamaba James Clerk Maxwell y es uno de los mayores genios de la historia de la Humanidad. También, como curiosidad, la fuerza electromagnética y la débil se unieron hace unos años creando la "fuerza electrodébil", pero vamos, eso sería liarlo todo, porque hay una rama de la física que busca unir todas esas fuerzas en una sola. Se llaman Teorías de Gran Unificación y no nos interesan ahora, que esas cosas ocurrieron hace un montón de millones de años, en el Big Bang, cuando nació el universo.]
Así que vuelvo a lo mío. Hay cuatro fuerzas, que son:
LAS DOS FUERZAS QUE NOTAMOS
-La Fuerza Electromagnética es la responsable de la luz, de las ondas de radio, de los campos magnéticos, de la electricidad, y es tremendamente fuerte, con la propiedad de que afecta sólo a las partículas con carga eléctrica, siguiendo esta regla: las cargas iguales se repelen y las contrarias se atraen. Tiene un alcance muy alto, o sea, que actúa a distancias muy grandes; daos cuenta que afecta a los átomos, pero también podemos comprobar su efecto en nuestra escala humana (por ejemplo, pensad en un imán).
-La Fuerza de la Gravedad es la más débil de todas, pero tiene un alcance gigantesco, de distancias enormes, y gracias a ella el universo se mueve, los planetas giran en sus órbitas, las estrellas encienden sus hornos interiores (un asunto apasionante el de las estrellas y cómo la gravedad decide su porvenir), y nosotros existimos, y caminamos sobre la Tierra. Tiene la curiosa manía de formar objetos esféricos que giran unos alrededor de otros (estrellas, planetas, sistemas solares, nebulosas, galaxias...). A principios del siglo pasado, Albert Einstein describió la gravedad como una distorsión del espacio (y del tiempo) causada por la masa de los objetos; esta fue su famosa Teoría de la Relatividad.
[Apenas somos capaces de predecir lo que la gravedad puede hacer en ciertas circunstancias; se nos da muy bien predecir órbitas de planetas o eclipses, pero vamos muy mal con sucesos que la gravedad genera a nuestra escala, como predecir el tiempo, o predecir algo tan simple como el comportamiento de un péndulo de dos ejes; de ello se ocupa otra rama de la física que llamamos "Caos", y que apenas tiene unos 60 años de existencia, pero estoy divagando...]
LAS DOS FUERZAS QUE NO NOTAMOS, PERO ESTÁN AHÍ
-La Fuerza Fuerte es la más potente de todas (unas 100 veces más que la electromagnética), pero su alcance es muy cortito (como la billonésmia parte de un milímetro). Sólo funciona entre las partículas que forman los átomos, y es tan fuerte porque en los núcleos atómicos, donde hay protones (carga positiva) y neutrones (sin carga), sin embargo se mantienen sin disgregarse, y eso que las cargas del mismo signo se repelen (la fuerza electromagnética es super potente). Así que a esos niveles hay una fuerza super fuerte que obliga a los protones a estar cerca unos de otros en los núcleos de los átomos sin salir disparados por repulsión electromagnética, y esa es... pues eso, la fuerza fuerte.
[Añadiré que hace un tiempo los físicos descubrieron que dentro de los protones y los neutrones, hay otras partículas que los forman, llamadas Quarks. Los Quarks son los transmisores de la fuerza fuerte (entre otras cosas), mediante una cosa que llamamos los gluones (glue en inglés es “pegamento” y sólo un pegamento super fuerte puede mantener a los protones unidos en los núcleos como comentaba antes). Para explicar las misteriosas propiedades de los Quarks nació una rama nueva de la física, la QED, o Cromodinámica Cuántica (Quantum ElectroDynamics, con sus siglas en inglés, pero también siglas de Quo Erat Demostrandum, como se acababan las demostraciones matemáticas), que, a falta de mejores nombres, identificó las propiedades de cada Quark con cosas como el Color o el Encanto... Son cosas exóticas, nadie sabe lo que pasa ahí abajo, y como son unas propiedades totalmente nuevas, los físicos les dieron esos nombres, así que para que los protones en los núcleos atómicos estén juntos, los Quarks se transmiten “colores” y “encantos” y “extrañezas” entre ellos. Qué cosas (volveré a esto enseguida). Esto es importante porque tiene que ver con el primer experimento que os voy a comentar. Seguimos.]
-La Fuerza Débil actúa en ciertas desintegraciones atómicas (conocidas como Beta), mucho menos “fuerte” que la fuerte (es 100.000 veces más débil que la electromagnética) y de un alcance menor que aquella. Gracias a esta fuerza existen los materiales radiactivos (como el uranio) y la energía nuclear, por ejemplo.
3) Más lío con las cuatro fuerzas
Todos estos campos de fuerza (un campo de fuerza implica la acción a distancia de una fuerza) de los que hablo, los cuatro, tienen un mediador, una partícula asociada, que transmite esa fuerza, como comenté más arriba de pasada.
En el caso de la fuerza electromagnética esa partícula es el fotón. La luz que vemos está hecha de fotones, pero también las ondas de radio, las microondas, los rayos gamma, los ultravioletas, los infrarrojos... todos ellos son formas de luz, que no vemos, y según su frecuencia (y por tanto la energía que portan) los colocamos en el llamado “espectro electromagnético”, pero todo son fotones al final.
La fuerza gravitatoria tiene una partícula teórica que la transmite, pero que hasta ahora nadie ha encontrado, el gravitón (un tipo de bosón), y tal vez el reciente descubrimiento de ondas gravitacionales lleve a que se encuentre, o acaso el famoso Bosón de Higgs, responsable de la materia de los cuerpos a través del “Campo de Higgs”, sea esa partícula que nadie encuentra. Pero por ahora en verdad, la teoría que mejor explica el esquivo gravitón es la "Teoría de Cuerdas", en la que no me voy a meter, que ya bastante tenéis con este tocho que os estoy metiendo.
Por su parte, la fuerza débil tiene como partícula que la transmite unas partículas llamadas bosones Z0, W+ y W- , y la fuerza fuerte, el gluón, del que ya he hablado antes. Los gluones pasan de unos quarks a otros en en interior de los protones y neutrones de los núcleos atómicos, haciendo que no se separen entre sí y permitiendo que los núcleos sean estables, transportando para ello una cosa que los físicos han llamado “color”. Pero claro, no es un “color” lo que lleva el gluón, sino una magnitud física nueva que nadie había encontrado antes, pero que funciona bien con una teoría de colores complementarios muy chula que forma precisamente el alma de la Cromodinámica Cuántica, en la que no me meteré porque me enrollaría otra vez; como el “encanto” o la “extrañeza”, se trata de conceptos nuevos que los físicos que las encontraron bautizaron seguramente en algún pub irlandés con demasiadas cervezas encima, o después de haber visto una peli de Disney...
Una cosa más, que hay partículas a las que la fuerza fuerte, con todo lo fuerte que es, no les afecta para nada. Esas partículas se llaman “leptones”. Por ejemplo, el neutrino, o el electrón, o el muón, son leptones, es decir, la fuerza fuerte no les afecta, les da igual que les da lo mismo, y eso es porque en ellos no hay “partículas” más pequeñas sensibles al “color”, que es lo que transmite el gluón. Se trata de partículas fundamentales, es decir, que no están formadas por partículas más chiquitas (no tienen quarks dentro, para entendernos), sino que ellas mismas se las bastan y se las sobran.
¿Y qué rayos es una partícula en este mundo de lo cuántico? Bueno, eso tiene difícil respuesta, nadie sabe lo que son, pues son ondas y a la vez objetos (o no), que están y no están, que se mueven pero no se mueven... en fin, tela. Las cosas cuánticas...
Todos estos campos de fuerza (un campo de fuerza implica la acción a distancia de una fuerza) de los que hablo, los cuatro, tienen un mediador, una partícula asociada, que transmite esa fuerza, como comenté más arriba de pasada.
En el caso de la fuerza electromagnética esa partícula es el fotón. La luz que vemos está hecha de fotones, pero también las ondas de radio, las microondas, los rayos gamma, los ultravioletas, los infrarrojos... todos ellos son formas de luz, que no vemos, y según su frecuencia (y por tanto la energía que portan) los colocamos en el llamado “espectro electromagnético”, pero todo son fotones al final.
La fuerza gravitatoria tiene una partícula teórica que la transmite, pero que hasta ahora nadie ha encontrado, el gravitón (un tipo de bosón), y tal vez el reciente descubrimiento de ondas gravitacionales lleve a que se encuentre, o acaso el famoso Bosón de Higgs, responsable de la materia de los cuerpos a través del “Campo de Higgs”, sea esa partícula que nadie encuentra. Pero por ahora en verdad, la teoría que mejor explica el esquivo gravitón es la "Teoría de Cuerdas", en la que no me voy a meter, que ya bastante tenéis con este tocho que os estoy metiendo.
Por su parte, la fuerza débil tiene como partícula que la transmite unas partículas llamadas bosones Z0, W+ y W- , y la fuerza fuerte, el gluón, del que ya he hablado antes. Los gluones pasan de unos quarks a otros en en interior de los protones y neutrones de los núcleos atómicos, haciendo que no se separen entre sí y permitiendo que los núcleos sean estables, transportando para ello una cosa que los físicos han llamado “color”. Pero claro, no es un “color” lo que lleva el gluón, sino una magnitud física nueva que nadie había encontrado antes, pero que funciona bien con una teoría de colores complementarios muy chula que forma precisamente el alma de la Cromodinámica Cuántica, en la que no me meteré porque me enrollaría otra vez; como el “encanto” o la “extrañeza”, se trata de conceptos nuevos que los físicos que las encontraron bautizaron seguramente en algún pub irlandés con demasiadas cervezas encima, o después de haber visto una peli de Disney...
Una cosa más, que hay partículas a las que la fuerza fuerte, con todo lo fuerte que es, no les afecta para nada. Esas partículas se llaman “leptones”. Por ejemplo, el neutrino, o el electrón, o el muón, son leptones, es decir, la fuerza fuerte no les afecta, les da igual que les da lo mismo, y eso es porque en ellos no hay “partículas” más pequeñas sensibles al “color”, que es lo que transmite el gluón. Se trata de partículas fundamentales, es decir, que no están formadas por partículas más chiquitas (no tienen quarks dentro, para entendernos), sino que ellas mismas se las bastan y se las sobran.
¿Y qué rayos es una partícula en este mundo de lo cuántico? Bueno, eso tiene difícil respuesta, nadie sabe lo que son, pues son ondas y a la vez objetos (o no), que están y no están, que se mueven pero no se mueven... en fin, tela. Las cosas cuánticas...
Todas las partículas que transmiten fuerzas se llaman “bosones”. El fotón de hecho es otro bosón, y el glúón. El nombre se lo puso a
estas partículas el físico Paul Dirac, en memoria de un coloso de
la física, el indio Satyendra Nath Bose, un tipo fundamental en la
historia de la mecánica cuántica. Ah, y para acabar, todo esto que os estoy soltando es llamado "Modelo estándar de física de partículas", que hasta ahora ha funcionado muy bien.
4) Teoría versus experimento
Los experimentos que voy a comentar plantean hipótesis razonables que parten siempre de una idea: la teoría me dice que un determinado valor de una constante física será este. Pero si lo mido experimentalmente, me sale un valor un poco diferente, por lo que hay un cierto error. Puedo achacar ese error a que estoy en un mundo tan, pero tan pequeño, más pequeño que los átomos, que los electrones, protones y neutrones que los forman, y que los quarks que a su vez forman esas partículas, que ese error es causado porque hemos llegado a “tocar” la estructura básica del universo: no se puede aumentar más, hemos llegado al “píxel”, a las unidades de la simulación, como en la foto del photoshop que os comentaba antes.
Los experimentos que voy a comentar plantean hipótesis razonables que parten siempre de una idea: la teoría me dice que un determinado valor de una constante física será este. Pero si lo mido experimentalmente, me sale un valor un poco diferente, por lo que hay un cierto error. Puedo achacar ese error a que estoy en un mundo tan, pero tan pequeño, más pequeño que los átomos, que los electrones, protones y neutrones que los forman, y que los quarks que a su vez forman esas partículas, que ese error es causado porque hemos llegado a “tocar” la estructura básica del universo: no se puede aumentar más, hemos llegado al “píxel”, a las unidades de la simulación, como en la foto del photoshop que os comentaba antes.
¿Y cómo lo hacen? Con
tres experimentos que son ligeramente parecidos:
a-El momento g del muón (os juro que se dice así)
b-La constante a de la Estructura Fina (lo juro también)
y...
c-El comportamiento de los rayos cósmicos de alta energía (bueno, esto suena menos raro, creo).
Pero de esos experimentos hablaré en la segunda parte de este artículo, que ya ha quedado bastante largo :-)
a-El momento g del muón (os juro que se dice así)
b-La constante a de la Estructura Fina (lo juro también)
y...
c-El comportamiento de los rayos cósmicos de alta energía (bueno, esto suena menos raro, creo).
Pero de esos experimentos hablaré en la segunda parte de este artículo, que ya ha quedado bastante largo :-)
