dijous, de febrer 05, 2009

Els vibradors més petits

Un dels problemes més coneguts de la física actual és que les dues grans teories, la relativitat i la física quàntica, resulten mútuament incompatibles. Això passa perquè per determinats problemes donen solucions completament diferents, cosa que vol dir que una o l’altra és errònia o incomplerta. O, més probablement potser totes dues ho són.

La relativitat serveix per tractar problemes amb la gravetat. Per això tracta amb objectes grans, molt grans. De la mida d’estrelles, galàxies i regions complertes de l’univers. Quan la mida dels objectes es fa més petita, els efectes relativistes deixen de ser apreciables, i a nivell subatòmic resulten completament irrellevants.

En aquests nivells és on la física quàntica mostra el seu potencial. Quan parlem de nuclis d’àtoms, de partícules subatòmiques i de coses amb dimensions inimaginablement petites la física quàntica és la llum que ens il·lumina. Encara que el que ens mostra sigui molt estrany.

En el món subatòmic trobem moltes partícules aparentment estranyes. Electrons, muons, fotons, quarks i altres amb propietats i noms més i més estranys. Un dels problemes, cada vegada que s’identificava un component, era saber si alhora estava fet per altres components encara més petits. I el que els agradaria als físics era trobar una teoria que amb molt poques coses podés explicar totes aquestes partícules. Totes les que coneix la quàntica i també els hipotètics gravitons, les partícules encarregades de participar en la gravetat. Una teoria que ho agrupés tot seria una “gravetat quàntica”.

Naturalment s’han fet molts intents per aconseguir-ho, però la magnitud del problema és formidable. Per a finals del segle passat va anar agafant forma una teoria que semblava el camí correcte. Es va conèixer amb el nom de teoria de cordes, i ara com ara és la millor alternativa que tenim per aconseguir el que els físics anomenen una “teoria de tot”.

És diu teoria de cordes perquè proposa que els components bàsics de la matèria, allò que ja no es pot dividir més, no són partícules puntuals, sinó que són coses semblants a cordes,en el sentit que s’allarguen en una dimensió. Després de tot, un punt pot fer poques coses, però una corda ja té més possibilitats de tenir una existència interessant.

Per exemple, una corda pot vibrar.

I aquí hi ha la gràcia. Segons com sigui la vibració d’aquesta corda hipotètica, el que tindrem serà una partícula o una altra. Si vibra en una direcció el resultant és un fotó. Si vibra en una altra direcció, tindrem un electró. Si es replega sobre si mateixa i vibra en un pla determinat surt un quark, i així anar fent. D’aquesta manera, amb un únic component bàsic de la matèria podríem construir totes les partícules que coneixem.

Ja no caldria un univers que al moment del Big Bang donés lloc a un grapat de partícules diferents. Amb una, vibrant de diferents maneres, n’hi ha prou per construir tot l’Univers.

Però aquesta és una teoria que encara està per completar. De fet, ja hi ha unes quantes teories de cordes diferents. I fins i tot una altra teoria (la teoria M) que agrupa les diferents teories de cordes. De manera que potser anem pel bon camí... però encara queda molt camí.

De totes maneres els reptes que queden per superar són importants. Per començar, encara no es disposa de totes les eines matemàtiques necessàries per tractar amb aquestes teories. I no parlo d’ordinadors per calcular sinó de conceptes per saber com fer els càlculs.

Per una altra banda, ara mateix no hi ha manera de posar a prova la teoria. No hi ha cap experiment que pugui indicar si és certa o falsa. Però això és molt important en ciència. Una teoria ha de fer previsions que es puguin comprovar si són certes. I si els experiments surten diferents de l'esperat, doncs cal canviar la teoria. Però si no tenim manera de comprovar si és certa o falsa (si no es falsable es diu), doncs no serveix de gran cosa.

Però si aquests obstacles es superessin, l’Univers quedaria explicat d’una manera senzilla i elegant.

Seria simplement el resultat de la vibració d’unes cordes increïblement petites.

6 comentaris :

Alasanid ha dit...

Pel que he estat mirant aquestes teories segreguen els físics teòrics.

Doncs el fet de no disposar de les eines matemàtiques suficients pot semblar una subtilesa davant dels problemes de falsabilitat però podria ser més greu i tot si tenim en compte que és la llengua en què s'escriu la física...

La veritat és que l'abstracció i genialitat dels teòrics per agrupar teories m'aclapara.

Ah, aquest cap de setmana passat al programa Redes de TVE van tractar aquest tema, juntament amb la teoria de branes i el que es farà a l'LHC. Si algú vol veure'l aquí hi és.

kika ha dit...

això de que la falta d'eines matemàtiques posi restriccions al desenvolupament de la teoria, diu molt poc en favor de la teoria...

Dan ha dit...

Alasanid. El problema de la falsabilitat diria que es el més important. l'altre seria qüestió de temps. Però certament la capacitat per imaginar tot això es aclaparadora.

kika. Nooo. Diu poc en favor de la matemàtica. Vinga! Necessitem amb urgència un geni de la matemàtica que li doni una empenteta a la ciència! :-D

Efrem ha dit...

Si mai treballes en alguna publicació de divulgació científica, digues-m'ho que la compraré per seguir-te.

Yarhel (Enric Quílez) ha dit...

El problema de la Teoria M és que és gairebé metafísica. Vull dir que entra en uns terrenys tan profundament indemostrables que no deixa de ser un gran giny matemàtic més propi de la filosofia que no pas d'una ciència com és la física.

Malgrat tot, possiblement pugui fer alguna predicció verificable empíricament.

moz ha dit...

Algú va descobrir que l'entropia de l'univers va en augment. Si a nivell gegantí augmenta el desordre en la interacció en les coses, perquè no podria fer-ho en el més minúscul?
Des de la meva inexperiència i ignorància veig que és inabastable per l'intelecte humà i els seus esquemes mentals comprendre segons que. Algú altre també digué que Tractem d'explicar sobretot allò que no entenem.
Salut!