{"id":10974,"date":"2024-08-08T11:48:39","date_gmt":"2024-08-08T09:48:39","guid":{"rendered":"https:\/\/www.acropolis.org\/?p=10974"},"modified":"2024-08-09T10:13:51","modified_gmt":"2024-08-09T08:13:51","slug":"espacio-tiempo-y-materia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.acropolis.org\/es\/pitagoras\/2024\/espacio-tiempo-y-materia\/","title":{"rendered":"Espacio, tiempo y materia"},"content":{"rendered":"\n

Evoluci\u00f3n de las ideas sobre el espacio del universo<\/strong><\/p>\n\n\n\n

En muchas cosmogon\u00edas el mundo est\u00e1 dividido en tres partes: el superior (celestial), el medio (terrestre) y el inferior (subterr\u00e1neo). Por ejemplo, los habitantes de Mesopotamia cre\u00edan que el mundo celestial pertenec\u00eda al dios Anu, el mundo terrestre a Bel, identificado con Enlil, y el mundo subterr\u00e1neo \u0430 Ea. El espacio del mundo no se consider\u00f3 homog\u00e9neo e is\u00f3tropo. As\u00ed, para los egipcios el flujo del Nilo de sur a norte establec\u00eda el pivote espacial.<\/p>\n\n\n\n

Los pitag\u00f3ricos ofrecieron un modelo piroc\u00e9ntrico del universo donde las estrellas, el Sol, la Luna y seis planetas giraban alrededor del fuego central (Hestia). Seg\u00fan sus ense\u00f1anzas, la distancia entre los cuerpos celestes correspond\u00eda a los intervalos musicales de la escala; cuando giraban emit\u00edan la \u201cm\u00fasica de las esferas\u201d, que no podemos o\u00edr.<\/p>\n\n\n\n

En el modelo cosmol\u00f3gico desarrollado por Plat\u00f3n, Arist\u00f3teles, Ptolomeo y otros, las entidades fundamentales son esferas celestes conc\u00e9ntricas et\u00e9reas a las que est\u00e1n unidos los planetas y las estrellas, como gemas engastadas en orbes. La fuente del movimiento de estas esferas es su propio dios y el Primer Motor. En la Edad Media, el sistema geoc\u00e9ntrico ptolemaico estaba muy extendido. En \u00e9l, cada planeta se mov\u00eda en un sistema de dos esferas: una llamada deferente; la otra, su epiciclo. Esto permiti\u00f3 explicar el movimiento aparente de los planetas en el cielo.<\/p>\n\n\n\n

En la primera mitad del siglo XVI, Nicol\u00e1s Cop\u00e9rnico present\u00f3 el nuevo sistema helioc\u00e9ntrico del mundo. Ten\u00eda el Sol en el centro y los planetas giraban a su alrededor (la Tierra giraba tambi\u00e9n alrededor de su eje). Los siguientes pasos los dieron J. Kepler y G. Galilei. El primero cambi\u00f3 el movimiento circular de los planetas a el\u00edptico y dedujo las leyes del movimiento que hoy llevan su nombre; el segundo invent\u00f3 el telescopio y comenz\u00f3 a observar los cuerpos del sistema solar. Galileo vio a trav\u00e9s de un telescopio que la V\u00eda L\u00e1ctea est\u00e1 formada por estrellas que, sin telescopio, parecen una nube s\u00f3lida. En 1687 Isaac Newton formul\u00f3 la ley de la gravitaci\u00f3n universal. Supuso que la fuerza que hace que la manzana caiga al suelo es la misma que hace que la Luna gire alrededor de la Tierra.<\/p>\n\n\n\n

En 1923\u20131924, Edwin Hubble descubri\u00f3 que, a pesar de la gravedad, las galaxias distantes se separan en diferentes direcciones. De esto se deduce que nuestro universo no es est\u00e1tico, sino que se est\u00e1 expandiendo. Y si la expansi\u00f3n se produce a lo largo del tiempo, entonces debe haber comenzado en alg\u00fan momento del pasado. Es el momento a partir del cual comenz\u00f3 la expansi\u00f3n del universo que ahora llamamos \u201cBig Bang\u201d. Seg\u00fan c\u00e1lculos modernos, esto ocurri\u00f3 hace 13,8 miles de millones de a\u00f1os.<\/p>\n\n\n\n

As\u00ed pues, nuestra idea del espacio del universo ha ido cambiando durante los \u00faltimos milenios. En los primeros tiempos, el mundo estaba dividido en \u201carriba\u201d y \u201cabajo\u201d. En la Antig\u00fcedad apareci\u00f3 la idea de una Tierra esf\u00e9rica. En el Renacimiento, Cop\u00e9rnico coloc\u00f3 al Sol en el centro del mundo. Y en los tiempos modernos tenemos una idea del universo, nacido hace 13,8 miles de millones de a\u00f1os y desarrollado a partir de un \u00fanico punto caliente y denso (singularidad).<\/p>\n\n\n\n

Hoy sabemos que el tama\u00f1o del universo observable es de unos 14 000 millones de a\u00f1os luz. Es decir, la luz va de un extremo al otro durante 14 000 millones de a\u00f1os. Y la distancia de la Tierra al Sol es de ocho minutos luz. Hay alrededor de dos billones de galaxias en el universo. Y en la V\u00eda L\u00e1ctea hay entre 100 000 y 400 000 millones de estrellas, y en su centro hay un agujero negro que es 4 millones de veces m\u00e1s masivo que el Sol.<\/p>\n\n\n\n

\u00a1\u00a1\u00a1Estas dimensiones y masas no pueden ser comprendidas por la mente humana!!! El siglo XXI trae consigo nuevos descubrimientos sobre la estructura del universo. Las observaciones de las galaxias tempranas utilizando el telescopio James Webb han demostrado que el modelo del big bang no es exacto y requiere revisi\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

A finales del siglo XIX, el edificio de la ciencia cl\u00e1sica estaba casi terminado. Esta ciencia surgi\u00f3 de la combinaci\u00f3n de la experiencia adquirida por el hombre en la vida cotidiana y la deducci\u00f3n l\u00f3gica. Su progreso hab\u00eda sido muy impresionante y cre\u00f3 una ilusi\u00f3n de omnipotencia de la mente humana. Al mismo tiempo, las leyes de la f\u00edsica cl\u00e1sica contradec\u00edan las nociones tradicionales del mundo contenidas en los mitos y doctrinas de los antiguos fil\u00f3sofos. Como resultado, los mitos se consideraban historias divertidas no relacionadas con la realidad, y las doctrinas de los fil\u00f3sofos solo despertaban inter\u00e9s desde un punto de vista hist\u00f3rico.<\/p>\n\n\n\n

Sin embargo, los descubrimientos del siglo XX demostraron que no siempre se puede lograr claridad y distinci\u00f3n en la interpretaci\u00f3n de los datos experimentales basada en la l\u00f3gica y el sentido com\u00fan, cuando se trata de fen\u00f3menos naturales que ocurren en una escala muy diferente de la familiar para el hombre. Nos referimos a la escala de los fen\u00f3menos at\u00f3micos y a la de los procesos que tienen lugar en el espacio c\u00f3smico, donde los actores son las estrellas, galaxias y sus c\u00famulos.<\/p>\n\n\n\n

De la f\u00edsica cl\u00e1sica a la relativista<\/strong><\/p>\n\n\n\n

En el siglo XVII, Isaac Newton formul\u00f3 el concepto de espacio y tiempo de la f\u00edsica cl\u00e1sica. Estos conceptos (espacio y tiempo) son entidades absolutas e inmutables que existen independientemente una de otra. Forman un escenario c\u00f3smico universal pasivo en el que tienen lugar todos los acontecimientos. El espacio y el tiempo proporcionan la plataforma invisible que da orden y estructura al universo. A finales del siglo XIX, se erigi\u00f3 sobre esta plataforma el edificio de la f\u00edsica cl\u00e1sica. Parec\u00eda que en ese momento la mayor\u00eda de los principios fundamentales de la naturaleza se hab\u00edan establecido firmemente.<\/p>\n\n\n\n

Sin embargo, la primera d\u00e9cada del siglo XX fue verdaderamente revolucionaria. Las nociones cl\u00e1sicas de espacio, tiempo y realidad eran familiares e intuitivamente claras, pero desde entonces fueron reemplazadas por nuevos conceptos que son dif\u00edciles de entender y nada obvios desde el punto de vista de nuestra experiencia cotidiana.<\/p>\n\n\n\n

En nuestra experiencia no hay lugar para movimientos con velocidades muy altas, como la velocidad de la luz (unos 300 000 km\/s). Sin embargo, el estudio de las propiedades del movimiento a esta velocidad llev\u00f3 a comprender que los conceptos cl\u00e1sicos de espacio y tiempo absolutos no pueden utilizarse para describir las propiedades de tales movimientos. Como resultado, tanto el espacio como el tiempo dejaron de ser absolutos y pasaron a poseer propiedades que dependen del observador. En particular, los resultados de las mediciones de distancias y duraciones son diferentes para diferentes observadores si se mueven a diferentes velocidades en relaci\u00f3n con la escena en la que se desarrolla el proceso f\u00edsico. Adem\u00e1s, estos resultados dependen de la masa de cuerpos que se encuentren cerca del lugar. El edificio de la f\u00edsica te\u00f3rica se tambale\u00f3 porque las leyes de la naturaleza, que describen los fen\u00f3menos en el dominio espacial y la duraci\u00f3n temporal, estaban amenazadas con la p\u00e9rdida de universalidad.<\/p>\n\n\n\n

Albert Einstein logr\u00f3 devolver el car\u00e1cter absoluto a las leyes f\u00edsicas. Propuso nuevos principios absolutos, que, aunque no eran obvios desde el punto de vista de la experiencia cotidiana, ten\u00edan una redacci\u00f3n com\u00fan (formulaciones comunes) y la belleza de las consecuencias matem\u00e1ticas. Estos principios absolutos son los siguientes:<\/p>\n\n\n\n

1. Todos los procesos f\u00edsicos (en un sistema de referencia inercial) se desarrollan de la misma manera, independientemente de si el espectador reposa o se encuentra en un estado de movimiento uniforme y rectil\u00edneo.<\/p>\n\n\n\n

2. La velocidad de la luz para cualquier observador es la misma, independientemente de si se mueve con respecto a la fuente de luz o si est\u00e1 en reposo.<\/p>\n\n\n\n

La nueva f\u00edsica se construy\u00f3 en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones en el que tres coordenadas son las habituales espaciales y la cuarta es el tiempo. El mundo se ve diferente para diferentes observadores (cada uno de ellos tiene su propia escala espacial y temporal), pero en todos los sistemas de referencia, el valor asociado a las coordenadas de los dos eventos en el espacio y el tiempo permanece sin cambios. Depende de la diferencia de coordenadas espaciales de los puntos en los que ocurren estos eventos y del espaciamiento temporal entre ellos. Este valor se denomin\u00f3 \u201cintervalo\u201d. As\u00ed, el espacio y el tiempo estaban entrelazados. Nuevas leyes permitieron predecir qu\u00e9 caracter\u00edsticas espaciales y temporales tendr\u00e1 un fen\u00f3meno f\u00edsico para cualquier observador. La imagen f\u00edsica del mundo conserv\u00f3 su unidad.<\/p>\n\n\n\n

Otra consecuencia de la teor\u00eda de la relatividad fue el descubrimiento de que la energ\u00eda y la masa est\u00e1n interrelacionadas y pueden convertirse una en otra. Esto puede interpretarse como si estas dos cantidades f\u00edsicas fueran \u201cencarnaciones\u201d diferentes de una misma cantidad masa-energ\u00eda. Esta consecuencia se convirti\u00f3 en la base de la ingenier\u00eda nuclear y at\u00f3mica y qued\u00f3 perfectamente confirmada en los experimentos.<\/p>\n\n\n\n

Unos a\u00f1os m\u00e1s tarde, Einstein extendi\u00f3 el principio de la relatividad especial a la general. En ella afirma que todas las leyes f\u00edsicas funcionan de la misma manera para todos los observadores, sin importar si se mueven con respecto a la escena observada de manera uniforme, o con aceleraci\u00f3n, o si est\u00e1n en reposo. Para ello tuvo que postular que las fuerzas de gravedad y las fuerzas de inercia que act\u00faan sobre un cuerpo que se mueve con aceleraci\u00f3n (con respecto al sistema de referencia inercial) tienen la misma naturaleza, y explicar este hecho por la distorsi\u00f3n del espacio-tiempo dependiendo de la masa de la materia circundante. Esto resolvi\u00f3 uno de los enigmas de la f\u00edsica cl\u00e1sica en la que una misma caracter\u00edstica f\u00edsica, la masa corporal, se utiliza tanto en la ley de la inercia (segunda ley de Newton) como en la ley de gravitaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

De hecho, estamos acostumbrados a ver que, si no se aplica ninguna fuerza sobre un cuerpo, este se mueve siguiendo el camino m\u00e1s corto. Para el espacio vac\u00edo, estos caminos son l\u00edneas rectas. En f\u00edsica cl\u00e1sica, este es el camino recto de un rayo de luz. Por tanto, la geometr\u00eda euclidiana habitual es la geometr\u00eda del espacio vac\u00edo. Sin embargo, nuestro espacio f\u00edsico est\u00e1 lleno de cuerpos masivos. Como muestran los experimentos, los rayos de luz se desv\u00edan por acci\u00f3n de la gravedad. Einstein propuso sustituir la acci\u00f3n de la gravedad por la distorsi\u00f3n del espacio.<\/p>\n\n\n\n

La diferencia entre la realidad cl\u00e1sica y la relativista se manifiesta solo en condiciones de velocidades y gravedad extremadamente altas. En el entorno en el que actuamos normalmente, la f\u00edsica newtoniana ofrece una aproximaci\u00f3n muy precisa que resulta \u00fatil en muchas situaciones. Sin embargo, seg\u00fan B. Greene, \u201cutilidad\u201d y \u201crealidad\u201d son categor\u00edas completamente diferentes.[1]<\/sup><\/a><\/p>\n\n\n\n

Realidad cu\u00e1ntica<\/strong><\/p>\n\n\n\n

La f\u00edsica cu\u00e1ntica describe la nueva realidad en escalas comparables al tama\u00f1o de los \u00e1tomos. Comenz\u00f3 con los intentos de formular las leyes de la emisi\u00f3n de luz. Sin embargo, los efectos observados no pudieron explicarse desde el punto de vista de las teor\u00edas cl\u00e1sicas. Para resolver las contradicciones, Max Planck sugiri\u00f3 en 1900 que las ondas electromagn\u00e9ticas (luz) se emiten en porciones a las que llam\u00f3 cuantos.<\/p>\n\n\n\n

Esta propuesta fue seguida por el estudio experimental del efecto fotoel\u00e9ctrico. En 1887, el f\u00edsico alem\u00e1n G. Hertz descubri\u00f3 que, bajo la influencia de la luz, una sustancia puede emitir electrones. Seg\u00fan la visi\u00f3n cl\u00e1sica, cuanto mayor es la amplitud de la onda, mayor debe ser su energ\u00eda y m\u00e1s electrones debe liberar. Los experimentos demostraron que no era as\u00ed: los electrones eran liberados solo por la luz con una frecuencia superior a cierto umbral. Sin embargo, por muy grande que fuera la intensidad de la luz, pero con una frecuencia inferior al umbral, no liberaba ning\u00fan electr\u00f3n. Este extra\u00f1o comportamiento de la luz fue explicado a nivel te\u00f3rico por Albert Einstein en 1905: sugiri\u00f3 que la luz no solo se emite, sino que tambi\u00e9n se propaga mediante porciones (cuantos), m\u00e1s tarde llamadas fotones y que tienen propiedades de part\u00edculas.<\/p>\n\n\n\n

Otra paradoja que sacudi\u00f3 los cimientos de la f\u00edsica cl\u00e1sica es la incapacidad de explicar la estructura del \u00e1tomo. En 1896 se descubri\u00f3 el fen\u00f3meno de la radiactividad, un a\u00f1o despu\u00e9s, el electr\u00f3n, y en 1911, gracias a Rutherford, se descubri\u00f3 que el \u00e1tomo consta de un n\u00facleo inusualmente peque\u00f1o y electrones que orbitan a su alrededor. Para imaginar la relaci\u00f3n de tama\u00f1o del n\u00facleo (10-13 <\/sup>cm) y el \u00e1tomo (10-8<\/sup> cm), si aument\u00e1ramos el \u00e1tomo al tama\u00f1o de una habitaci\u00f3n: el n\u00facleo ser\u00eda un punto apenas visible.<\/p>\n\n\n\n

Como resultado, la idea cl\u00e1sica de un cuerpo s\u00f3lido como una regi\u00f3n del espacio llena de materia s\u00f3lida, fue reemplazada por la noci\u00f3n de un \u201cvac\u00edo\u201d donde se mueven part\u00edculas muy peque\u00f1as (electrones y n\u00facleos at\u00f3micos). Sin embargo, se supon\u00eda que estas part\u00edculas ten\u00edan una densidad extremadamente alta.<\/p>\n\n\n\n

Seg\u00fan las ideas cl\u00e1sicas, para que un electr\u00f3n no se precipite sobre el n\u00facleo, debe girar alrededor de \u00e9l a una velocidad incre\u00edble. Sin embargo, un electr\u00f3n que gira se acelera (hacia el centro de la \u00f3rbita) y, seg\u00fan las leyes de la electrodin\u00e1mica cl\u00e1sica, las part\u00edculas aceleradas emiten continuamente una onda electromagn\u00e9tica y, por lo tanto, deben perder energ\u00eda. \u00a1Como resultado, los electrones deber\u00edan caer hacia el n\u00facleo casi instant\u00e1neamente (en 10-11<\/sup> segundos)! Para explicar la estabilidad de los \u00e1tomos, se propuso otra idea \u201ccu\u00e1ntica\u201d: la emisi\u00f3n de electrones en un \u00e1tomo solo puede ocurrir en porciones discretas. El desarrollo de esta idea permiti\u00f3 describir las frecuencias de las l\u00edneas espectrales en la emisi\u00f3n electromagn\u00e9tica de las sustancias.<\/p>\n\n\n\n

Las propiedades corpusculares de la luz se demostraron a trav\u00e9s del efecto Compton (1922): se demostr\u00f3 que la luz puede ser dispersada por electrones y, en este proceso, tanto el electr\u00f3n como la luz se comportan como bolas perfectamente el\u00e1sticas. As\u00ed, la \u201cnaturaleza loca\u201d atribuye a la luz las propiedades de una onda o de una part\u00edcula dependiendo de las condiciones de su registro (condiciones experimentales).<\/p>\n\n\n\n

En 1924, Louis de Broglie asumi\u00f3 que tales propiedades son caracter\u00edsticas no solo de la luz, sino tambi\u00e9n de todos los objetos del micromundo (o mejor dicho, del mundo subat\u00f3mico) en general. Si esta hip\u00f3tesis es correcta, el movimiento de las part\u00edculas at\u00f3micas no se puede describir con los conceptos cl\u00e1sicos de trayectoria (\u00f3rbita).<\/p>\n\n\n\n

Esta idea se confirm\u00f3 brillantemente en el experimento donde los electrones, que siempre hab\u00edan sido considerados como \u201cpart\u00edculas\u201d, se dispararon uno a uno hacia un diafragma en forma de una rendija detr\u00e1s de la cual se encontraba una pantalla. Los puntos alcanzados por los electrones que hab\u00edan atravesado la rendija se fijaron en la pantalla. Si los electrones fueran part\u00edculas, habr\u00eda un \u00e1rea precisa en la pantalla golpeada por las part\u00edculas que se mueven en l\u00ednea recta a trav\u00e9s de la rendija. En realidad, un electr\u00f3n puede impactar en cualquier punto de la pantalla, y en algunas zonas con m\u00e1s frecuencia, mientras que en otras, con menor frecuencia. La frecuencia con la que los electrones inciden en diferentes zonas de la pantalla se muestra en la curva verde de la fig. 1. La forma de esta curva coincide completamente con la forma de la intensidad de una onda (ya sea luz u ondas en la superficie del agua) que pasa a trav\u00e9s de una rendija. Este hecho nos hace rechazar el concepto de una part\u00edcula que se mueve a lo largo de una trayectoria. La f\u00edsica moderna utiliza la idea de que \u201cen lugar de\u201d una part\u00edcula, una \u201conda de probabilidad\u201d se propaga, se difracta en la rendija del diafragma y luego genera un fot\u00f3n en un lugar u otro de acuerdo con leyes matem\u00e1ticas.<\/p>\n\n\n\n

Pero una onda no tiene coordenadas concretas; se difunde sobre un \u00e1rea en el espacio. Las nociones de part\u00edculas puntuales de materia son reemplazadas por la idea de \u201cno localidad\u201d. Es sorprendente que cuando la coordenada de un electr\u00f3n se registra en la pantalla, la \u201cno localidad\u201d de un electr\u00f3n se reemplaza instant\u00e1neamente por una localidad precisa \u2013la onda del electr\u00f3n colapsa en un punto que fija la traza de este electr\u00f3n en la pantalla, propiedad que se denomina colapso de la funci\u00f3n de onda\u2013.<\/p>\n\n\n\n

Sin embargo, tal interpretaci\u00f3n del colapso de la funci\u00f3n de onda amenazaba con romper la propiedad de causalidad. Estamos acostumbrados a que cada acontecimiento tiene su causa: por ejemplo, un jarr\u00f3n roto en el suelo est\u00e1 ah\u00ed porque lo han tirado o empujado desde alg\u00fan lugar. Primero lo empujaron y luego se rompi\u00f3. Desde el momento de la acci\u00f3n de la causa (el jarr\u00f3n fue empujado) hasta el efecto (su rotura) sin duda tiene que pasar un tiempo necesario para superar el espacio que separa la causa del efecto. Sin embargo, nada es tan sencillo en el mundo cu\u00e1ntico: en el ejemplo dado, el efecto tiene lugar al mismo tiempo que la causa, por muy lejos que est\u00e9n uno del otro. De hecho, cuando se miden todas las \u201cpartes\u201d de la onda de un electr\u00f3n difundidas en el espacio, instant\u00e1neamente se re\u00fanen en un punto en la pantalla.<\/p>\n\n\n\n

Para demostrar la paradoja de la realidad cu\u00e1ntica, Albert Einstein y sus colegas Boris Podolsky y Nathan Rosen idearon un experimento mental que prueba esta propiedad de no-localidad del mundo cu\u00e1ntico. Se supuso dos part\u00edculas localizadas en confines alejados del universo y se demostr\u00f3 que la observaci\u00f3n de una de ellas, en caso de que exista no-localidad, afectar\u00e1 instant\u00e1neamente a la otra. En 1964, John Bell propuso una formulaci\u00f3n de la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen que permit\u00eda realizar pruebas experimentales directas. El experimento se llev\u00f3 a cabo en 1982 y demostr\u00f3 que el mundo es realmente tal que una part\u00edcula \u201csiente\u201d las medidas realizadas sobre la segunda part\u00edcula. Los f\u00edsicos repitieron este experimento muchas veces con diferentes variantes, mejoraron las t\u00e9cnicas con la esperanza de encontrar un error, pero la conclusi\u00f3n sigue siendo la misma: nuestro mundo no es un conjunto de \u00e1tomos locales, \u201cladrillos\u201d, ni siquiera consistentemente interconectados. Es un todo comprensivo, y algo que ocurre en una parte de \u00e9l, al mismo tiempo lo cambia como un todo. J. Wheeler tambi\u00e9n habla de ello, refiri\u00e9ndose a la observaci\u00f3n de un electr\u00f3n como objeto cu\u00e1ntico: \u201c…la medici\u00f3n cambia el estado del electr\u00f3n. El universo nunca volver\u00e1 a ser el mismo. Para describir lo que ha sucedido, hay que tachar esa antigua palabra \u2018observador\u2019 y poner en su lugar la nueva palabra \u2018participante\u2019\u201d.[2]<\/sup><\/a><\/p>\n\n\n\n

As\u00ed, todo lo dicho anteriormente nos lleva a la idea de que la base de la realidad observada es la realidad cu\u00e1ntica \u201cinvisible\u201d, que se vuelve \u201cvisible\u201d en el curso de la interacci\u00f3n entre las partes observable (cl\u00e1sica) y observadora (cu\u00e1ntica) del sistema. Sin embargo, en situaciones reales este sistema es uniforme y su divisi\u00f3n en \u201ccu\u00e1ntico\u201d y \u201ccl\u00e1sico\u201d es muy relativa.<\/p>\n\n\n\n

Una de las propiedades de la realidad cu\u00e1ntica, que parece parad\u00f3jica desde las posiciones de la f\u00edsica cl\u00e1sica, est\u00e1 relacionada con el hecho de que la especificaci\u00f3n de una de las caracter\u00edsticas de un objeto en el momento de la interacci\u00f3n entre el objeto cu\u00e1ntico y el dispositivo cl\u00e1sico (es decir, en el momento de la medici\u00f3n), va acompa\u00f1ada de una p\u00e9rdida de precisi\u00f3n en el valor de algunas otras caracter\u00edsticas. As\u00ed, por ejemplo, la especificaci\u00f3n de las coordenadas de una part\u00edcula durante su interacci\u00f3n con el dispositivo cl\u00e1sico hace que su impulso (producto de la masa por la velocidad) sea menos definido. El tiempo de observaci\u00f3n del sistema, su energ\u00eda, etc., poseen la misma propiedad. Una situaci\u00f3n tan extra\u00f1a (desde el punto de vista cl\u00e1sico) es formulada por N. Bohr como el principio de complementariedad. Seg\u00fan este principio, las caracter\u00edsticas \u201ccl\u00e1sicas\u201d habituales de una micropart\u00edcula (sus coordenadas, velocidad, energ\u00eda, etc.) no son inherentes a la part\u00edcula misma. El sentido y cierto valor de las caracter\u00edsticas cl\u00e1sicas de los objetos cu\u00e1nticos (electr\u00f3n, fot\u00f3n, etc.) se revelan en la interacci\u00f3n con los objetos cl\u00e1sicos. Estos valores solo tienen cierto sentido para los objetos cl\u00e1sicos que solamente pueden tener un valor determinado al mismo tiempo.<\/p>\n\n\n\n

Una descripci\u00f3n adecuada de los fen\u00f3menos del micromundo exige el uso de \u201clenguajes diferentes\u201d que se complementen entre s\u00ed. As\u00ed, la descripci\u00f3n de una micropart\u00edcula como un objeto puntual refleja solo una parte de sus propiedades. En otras condiciones (por ejemplo, al pasar a trav\u00e9s de una rendija), la micropart\u00edcula manifiesta propiedades ondulatorias. Como resultado tenemos la noci\u00f3n de la part\u00edcula cu\u00e1ntica como una especie de realidad oculta, que se comporta de manera diferente seg\u00fan los modos de interacci\u00f3n con el observador. Sin embargo, es imposible observar en un experimento tanto las propiedades ondulatorias como corpusculares de un microobjeto. Seg\u00fan Niels Bohr, \u201c…las part\u00edculas materiales aisladas son abstracciones, siendo sus propiedades definibles y observables solo a trav\u00e9s de su interacci\u00f3n con otros sistemas\u201d. La observaci\u00f3n en esta situaci\u00f3n se vuelve muy similar a \u201cobservar las sombras en la pared de una cueva\u201d, descrita por Plat\u00f3n en su di\u00e1logo \u201cLa Rep\u00fablica\u201d. En otras palabras, este mito lo vuelve a contar la f\u00edsica del siglo XX. Por ejemplo, David Bohm dice: \u201c…la interconexi\u00f3n cu\u00e1ntica inseparable de todo el universo es la realidad fundamental, y que las partes que se comportan de manera relativamente independiente son simplemente formas particulares y contingentes dentro de este todo\u201d[3]<\/sup><\/a>.<\/p>\n\n\n\n

La noci\u00f3n cl\u00e1sica del mundo como un edificio construido a partir de bloques (mol\u00e9culas), que consisten en elementos m\u00e1s peque\u00f1os (\u00e1tomos) que a su vez consisten en elementos a\u00fan m\u00e1s peque\u00f1os, etc., a cierta escala, se vuelve inadecuada. De hecho, los experimentos atestiguan que los electrones \u201cpeque\u00f1os\u201d que se mueven a altas velocidades, al chocar, pueden \u201cromperse\u201d tanto en part\u00edculas m\u00e1s peque\u00f1as (en t\u00e9rminos de masa) como m\u00e1s grandes. Al mismo tiempo, este experimento coincide plenamente con otra rama \u201cno cl\u00e1sica\u201d de la f\u00edsica que naci\u00f3 a principios del siglo XX: la teor\u00eda de la relatividad, seg\u00fan la cual el peso y la energ\u00eda de un cuerpo son equivalentes y pueden ser vistos como manifestaciones diferentes de una misma realidad.<\/p>\n\n\n\n

As\u00ed, vemos una serie de sorprendentes interrelaciones espaciotemporales que se han establecido hasta ahora. Estas interrelaciones surgen de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica y contradicen la visi\u00f3n cl\u00e1sica e intuitiva del mundo. En primer lugar, nos referimos a la no localidad cu\u00e1ntica, es decir, las \u00e1reas divididas en el espacio est\u00e1n conectadas entre s\u00ed por la unidad cu\u00e1ntica. En segundo lugar, hablamos de la falta de determinaci\u00f3n absoluta en los resultados de los experimentos con objetos cu\u00e1nticos: la f\u00edsica solo puede calcular las probabilidades de estos resultados.<\/p>\n\n\n\n

Tiempo y espacio del universo<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Uno de los enigmas que persisten desde los tiempos de la ciencia cl\u00e1sica es que pr\u00e1cticamente todas las leyes de la f\u00edsica permiten la llamada \u201cinversi\u00f3n del tiempo\u201d. Explicaremos esto con el ejemplo de un sistema mec\u00e1nico que evoluciona en el tiempo desde el pasado hacia el futuro. Si en un momento determinado cambiamos la direcci\u00f3n de la velocidad de todas las part\u00edculas del sistema mec\u00e1nico a la inversa, su comportamiento replicar\u00e1 el movimiento del sistema original, pero en direcci\u00f3n opuesta. Este es un efecto que muestra la inversi\u00f3n del flujo del tiempo. Lo mismo se aplica a los sistemas con interacciones electromagn\u00e9ticas y gravitacionales, as\u00ed como a los sistemas cu\u00e1nticos. Sin embargo, en la \u201cvida real\u201d vemos claramente el movimiento del tiempo en una sola direcci\u00f3n: un jarr\u00f3n roto nunca volver\u00e1 a estar intacto y lo viejo no volver\u00e1 a ser joven.<\/p>\n\n\n\n

Las primeras leyes de la f\u00edsica con una direcci\u00f3n temporal fija (\u00a1e irreversible!) aparecen en la termodin\u00e1mica. Est\u00e1n asociados con el nombre de Ludwig Boltzmann, quien demostr\u00f3 que en un sistema cerrado todos los procesos se desarrollan de tal manera que el orden es reemplazado por el caos.<\/p>\n\n\n\n

Reflexionando sobre este efecto y recordando que uno de los \u201cefectos irreversibles\u201d m\u00e1s grandiosos es el nacimiento del universo, Roger Penrose sugiri\u00f3 que las condiciones f\u00edsicas especiales que exist\u00edan en los inicios del universo (un medio altamente organizado en el momento del big bang<\/em> o inmediatamente despu\u00e9s) podr\u00eda haber hecho que el tiempo se moviera en una sola direcci\u00f3n, del pasado al futuro.<\/p>\n\n\n\n

La cuesti\u00f3n del origen de nuestro mundo siempre ha excitado la imaginaci\u00f3n de la gente. En las civilizaciones tradicionales, la respuesta a esta pregunta estaba contenida en los mitos de la creaci\u00f3n, que hablaban de los tiempos primordiales. Un rasgo caracter\u00edstico de estos mitos es que, seg\u00fan ellos, el mundo se crea en un punto determinado que es el centro del mundo a partir del cual comienza a desplegarse el espacio. El curso del tiempo tambi\u00e9n comienza desde el momento de la creaci\u00f3n. A principios del siglo XX, estos conceptos mitol\u00f3gicos fueron confirmados por las ciencias naturales, lo que result\u00f3 bastante inesperado para muchos cient\u00edficos.<\/p>\n\n\n\n

Al mismo tiempo se descubrieron nuevos objetos del universo, las galaxias. Est\u00e1n mucho m\u00e1s lejos de nosotros que la mayor\u00eda de las estrellas visibles. La medici\u00f3n de sus velocidades, propuesta por el astr\u00f3nomo E. Hubble en 1928, basada en el desplazamiento de las l\u00edneas espectrales de su radiaci\u00f3n \u00f3ptica, mostr\u00f3 que todos ellos se alejan de la Tierra a velocidades proporcionales a su distancia a la Tierra. El an\u00e1lisis de este hecho y de otros que aparecieron posteriormente, permite afirmar que hace unos 13,7 mil millones de a\u00f1os el universo naci\u00f3 realmente a partir de un punto o, m\u00e1s precisamente, de una min\u00fascula zona del espacio. Seg\u00fan la ciencia moderna, a partir de este punto comenz\u00f3 su curso el tiempo y apareci\u00f3 el espacio. Esta teor\u00eda fue aceptada por la ciencia como la teor\u00eda del big bang<\/em>. Su brillante, aunque indirecta confirmaci\u00f3n, fue el descubrimiento de la radiaci\u00f3n c\u00f3smica de fondo en los a\u00f1os 1960, cuyos autores recibieron el Premio Nobel.<\/p>\n\n\n\n

A finales del siglo XX, las observaciones astrof\u00edsicas llevaron a nuevos descubrimientos. Lo m\u00e1s intrigante es que la expansi\u00f3n del universo a partir de cierto momento de repente comenz\u00f3 a acelerarse. Actualmente se considera que la masa visible del universo constituye solo alrededor del 4% de la masa-energ\u00eda total. Alrededor del 22% se atribuye a la llamada \u201cmateria oscura\u201d, responsable de la forma de las galaxias y del patr\u00f3n de su movimiento; su naturaleza f\u00edsica a\u00fan no est\u00e1 clara. Y la parte restante de la masa-energ\u00eda del universo, que es alrededor del 74%, sirve para explicar la aceleraci\u00f3n de su expansi\u00f3n. Se llama \u201cenerg\u00eda oscura\u201d.<\/p>\n\n\n\n

Conclusi\u00f3n<\/strong><\/p>\n\n\n\n

El desarrollo de la f\u00edsica nos hace ver el espacio, el tiempo y la materia de una manera completamente nueva: resulta que el espacio y el tiempo est\u00e1n entrelazados y son diferentes para diferentes observadores que se mueven a diferentes velocidades; tambi\u00e9n dependen de la presencia de masas gravitacionales. La distancia entre los objetos en el mundo cu\u00e1ntico no es un obst\u00e1culo para sus conexiones, ya que los objetos cu\u00e1nticos en s\u00ed no est\u00e1n localizados y aparecen como un campo de ondas, cuya amplitud al cuadrado en cada punto da la probabilidad de encontrar el objeto all\u00ed cuando se observa. El espacio y el tiempo son din\u00e1micos, \u201cnacieron\u201d con el universo y desde entonces el espacio se est\u00e1 \u201cextendiendo\u201d, de modo que actualmente el alcance del universo observable es de unos 13 000 millones de a\u00f1os luz.<\/p>\n\n\n\n

Las teor\u00edas modernas que intentan proporcionar una descripci\u00f3n unificada de toda la imagen f\u00edsica del mundo ven el espacio-tiempo de una manera a\u00fan m\u00e1s ex\u00f3tica: hay teor\u00edas que hablan de un espacio de 11 y 13 dimensiones, etc. Y no podemos estar seguros de que nuestras nociones de espacio, tiempo y materia no cambiar\u00e1n en el futuro.<\/p>\n\n\n\n

Aleksey Chulichkov<\/strong><\/em><\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

[1]<\/sup><\/a>  Greene B. The Fabric of the Cosmos: Space, Time, and the Texture of Reality (2004)[1]<\/p>\n\n\n\n

[2]<\/sup><\/a>  The Physicist’s Conception of Nature. Philosophical Studies 8:213-216. Jagdish Mehra (ed.)<\/p>\n\n\n\n

[3]<\/sup><\/a>  Bohm, D. and Hiley, B. On the Intuitive Understanding of Nonlocality as Implied by Quantum Theory. Foundations of Physics, Vol. S. 1975, pp. 93\u2013109.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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