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CIENCIA. Fragmentos de energía pueden ser los bloques de construcción fundamentales del universo

 

(Imagen: © zf L a través de Getty Images)

  • Los fragmentos de energía pueden ser los bloques de construcción fundamentales del universo .
  • La teoría combina las ideas de partículas y ondas en una concentración de energía que fluye por el espacio y el tiempo.
  • Los investigadores utilizaron la teoría para responder a dos problemas resueltos por Einstein .

Los dos teóricos, Larry Silverberg y Jeffrey Eischen, sugieren que los fragmentos de energía, en lugar de ondas o partículas , pueden ser los bloques de construcción fundamentales del universo.

La base de su teoría es la idea fundamental de que la energía siempre fluye a través del espacio y el tiempo. Los autores sugieren pensar en la energía como líneas que entran y salen de una región del espacio, nunca se cruzan entre sí y sin punto de inicio o final.

De cinco a uno

Los antiguos griegos concibieron  cinco componentes básicos de la materia  , de abajo hacia arriba: tierra, agua, aire, fuego y éter. El éter era la materia que llenaba los cielos y explicaba la rotación de las estrellas, como se observa desde el punto de vista de la Tierra. Estos fueron los primeros elementos más básicos a partir de los cuales se podía construir un mundo. Sus concepciones de los elementos físicos no cambiaron drásticamente durante casi 2000 años.

Luego, hace unos 300 años,  Sir Isaac Newton  introdujo la idea de que toda la materia existe en puntos llamados  partículas . Ciento cincuenta años después de eso,  James Clerk Maxwell  introdujo la  onda electromagnética  , la forma subyacente ya menudo invisible de magnetismo, electricidad y luz. La partícula sirvió como el bloque de construcción para la mecánica y la onda para el electromagnetismo, y el público se decidió por la partícula y la onda como los dos bloques de construcción de la materia. Juntas, las partículas y las ondas se convirtieron en los componentes básicos de todo tipo de materia.

Esta fue una gran mejora con respecto a los cinco elementos de los antiguos griegos, pero aún tenía fallas. En una famosa serie de experimentos, conocidos como experimentos de  doble rendija , la luz a veces actúa como una partícula y en otras ocasiones actúa como una onda. Y aunque las teorías y las matemáticas de ondas y partículas permiten a los científicos hacer predicciones increíblemente precisas sobre el universo, las reglas se rompen en las escalas más grandes y pequeñas.

Einstein propuso un remedio en su teoría de  la relatividad general . Usando las herramientas matemáticas disponibles para él en ese momento, Einstein pudo explicar mejor ciertos fenómenos físicos y también resolver una paradoja de larga data  relacionada con la inercia y la gravedad . Pero en lugar de mejorar las partículas u ondas, las eliminó al proponer la deformación del espacio y el tiempo.

Usando herramientas matemáticas más nuevas, los investigadores aseguran haber demostrado una nueva teoría que puede describir con precisión el universo. En lugar de basar la teoría en la deformación del espacio y el tiempo, postulan que podría haber un bloque de construcción que es más fundamental que la partícula y la onda. Los científicos entienden que las partículas y las ondas son opuestos existenciales: una partícula es una fuente de materia que existe en un solo punto, y las ondas existen en todas partes excepto en los puntos que las crean. Creen que tenía sentido lógico que hubiera una conexión subyacente entre ellos.

Curvatura del espacio, según la relatividad general de Einstein


Flujo y fragmentos de energía

Nuestra teoría comienza con una nueva idea fundamental: que la energía siempre “fluye” a través de regiones del espacio y el tiempo.

Pensemos en la energía como formada por líneas que llenan una región de espacio y tiempo, fluyendo hacia y desde esa región, nunca comenzando, nunca terminando y nunca cruzando entre sí.

Partiendo de la idea de un universo de líneas de energía fluidas, los científicos buscaron un solo bloque de construcción para la energía que fluye. 

Había muchos bloques de construcción para elegir matemáticamente, pero buscaron uno que tuviera las características tanto de la partícula como de la onda: concentrado como la partícula pero también esparcido por el espacio y el tiempo como la onda. La respuesta fue un bloque de construcción que parece una concentración de energía, una especie de estrella, que tiene una energía que es más alta en el centro y que se hace más pequeña cuando se aleja del centro.

Para su sorpresa, descubrieron que solo había un número limitado de formas de describir una concentración de energía que fluye. De entre ellas, encontraron solo una que funciona de acuerdo con la definición matemática de flujo. Lo han bautizado como fragmento de energía . Para los aficionados a las matemáticas y la física, se define como A = -⍺ / r  donde ⍺ es la intensidad y  r  es la función de distancia.

Usando el fragmento de energía como un bloque de construcción de materia, luego desarrollaron las matemáticas necesarias para resolver problemas de física. El último paso fue probarlo.


Einstein predijo con precisión que la curvatura del espacio-tiempo causada por la masa del sol haría que la órbita de Mercurio se tambaleara con el tiempo. RAINER ZENS / WIKIMEDIA COMMONS


Volviendo a Einstein, agregando universalidad

Hace más de 100 años, Einstein había recurrido a  dos problemas legendarios  de la física para validar la relatividad general: el cambio anual (o precesión) siempre tan leve  en la órbita de Mercurio y la  pequeña curvatura de la luz cuando pasa por el Sol .

Estos problemas se encontraban en los dos extremos del espectro de tamaños. Ni las teorías de la materia de ondas ni de partículas pudieron resolverlos, pero la relatividad general lo hizo. La teoría de la relatividad general deformaba el espacio y el tiempo de tal manera que hacía que la trayectoria de Mercurio cambiara y la luz se doblara precisamente en las cantidades vistas en las observaciones astronómicas.

Si ahora la nueva teoría del fragmento de energía tuviera la oportunidad de reemplazar la partícula y la onda con el fragmento presuntamente más fundamental, también tendríamos que ser capaces de resolver estos problemas.

Para el problema de la precesión de Mercurio, los expertos modelaron el Sol como un enorme fragmento estacionario de energía y Mercurio como un fragmento de energía más pequeño pero aún enorme y de movimiento lento. 

Para el problema de la curvatura de la luz, el Sol se modeló de la misma manera, pero el fotón se modeló como un minúsculo fragmento de energía que se mueve a la velocidad de la luz. 

En ambos problemas, se calcularon las trayectorias de los fragmentos en movimiento y se obtuvo las mismas respuestas que las predichas por la teoría de la relatividad general. 

El trabajo inicial demostró cómo un nuevo bloque de construcción es capaz de modelar con precisión cuerpos desde lo enorme a lo minúsculo. Donde las partículas y las ondas se rompen, el fragmento del bloque de construcción de energía se mantuvo fuerte. 

El fragmento podría ser un único bloque de construcción potencialmente universal a partir del cual modelar la realidad matemáticamente y actualizar la forma en que la gente piensa sobre los bloques de construcción del universo.

Las soluciones muestran cuán efectivo puede ser su nuevo bloque de construcción para modelar el comportamiento de la materia desde la escala micro a macroscópica. Aunque su formulación puede no cambiar exactamente la física como los descubrimientos de Maxwell y Einstein, la teoría podría hacer que la dualidad onda-partícula de la materia sea más intuitiva y brindar una nueva forma de pensar sobre el universo.

Fuente: The Conversation. https://theconversation.com/fragments-of-energy-not-waves-or-particles-may-be-the-fundamental-building-blocks-of-the-universe-150730

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