El universo elegante

 

Escrito por Brian Greene y publicado por Editorial Crítica dentro de su colección Drakontos en 2001 (el original es de 1.999).

Del autor esta vez sí que había oído hablar, de hecho he comentado un par de libros suyos con anterioridad: éste y éste. Es doctor en física y profesor de física y matemáticas en la Universidad de Columbia. Es uno de los grandes especialistas en teoría de cuerdas y un buen divulgador científico, así que dado el subtítulo del libro: "supercuerdas, dimensiones ocultas y la búsqueda de una teoría final", merecía la pena leerlo. Eso sí, hay que tener en cuenta la época en la que está escrito, hace ya 21 años (que viejos nos hacemos, jeje). Pero también está a punto de salir publicado un nuevo libro suyo (de hecho en cinco días): "Hasta el final del tiempo", que me compraré en cuanto lo vea por ahí.

El libro está muy centrado en la teoría de cuerdas y su evolución a la teoría de supercuerdas (mediante lo que se entiende como supersimetría (un principio de simetría que relaciona las propiedades de las partículas con un número entero como valor del espín (bosones) con las propiedades de las partículas cuyo espín es la mitad de un número entero impar (fermiones)), pero no por eso deja de comentarnos la teoría de la relatividad general de Einstein (porque a fin de cuentas, está hablando del universo) y la modelo estándar de partículas.

Comentando la teoría de la relatividad general, indica que el movimiento libre de fuerzas sólo tiene sentido en comparación con otros objetos y, como ha dicho a menudo el físico John Wheeler al describir la gravedad, "la masa agarra al espacio diciéndole cómo ha de curvarse, y el espacio agarra la masa diciéndole cómo ha de moverse" y nos introduce un poco en la geometría riemanniana que es la que explica la curvatura del espacio-tiempo. Y es esa misma geometría espacial lisa (que no quiere decir que sea plana), que constituye el principio fundamental de la relatividad general, la que queda destruida por las violentas fluctuaciones del mundo cuántico a escalas de distancias pequeñas (por el principio de incertidumbre). De ahí llegamos a que "el universo es como es porque las partículas de la materia y de las fuerzas tiene las propiedades que tienen. Ahora bien, ¿es esto una explicación científica de por qué tienen esas propiedades?".

Y cuando tenemos claro que hay un problema entre la relatividad general y la mecánica cuántica, nos introduce en el mundo de las teorías de cuerdas (recordemos que una cuerda es sencillamente una cuerda, puesto que no hay nada más fundamental, no se puede decir que esté compuesta por ninguna otra sustancia), que fueron evolucionando hasta ser realmente cinco teorías: teoría de cuerdas Tipo I, Tipo IIA, Tipo IIB, Heterótica-E y Heterótica-O, que convergen en un marco de referencia que se ha llamado Teoría M y que, a diferencia de las anteriores teorías, implica un espacio-tiempo de once dimensiones y un objeto conocido como cero-brana. 

Para irnos explicando todo esto, introduce un montón de conceptos, como la función beta de Euler, la teoría de Kaluza-Klein (por resumir mucho; posibilidad de existencia de nuevas dimensiones espaciales diminutas), las formas de Calabi.Yau, la teoría de perturbaciones, las simetrías espejo (que en el contexto de la teoría de cuerdas, es una simetría que muestra que dos formas de Calabi-Yau diferentes, que se denominan par de espejos, dan lugar a propiedades físicas idénticas cuando se eligen para las dimensiones enrolladas de la teoría de cuerdas), los espacios duales, los estados BPS (configuraciones dentro de una teoría supersimétrica cuyas propiedades se pueden determinar de manera exacta mediante argumentos basados en la simetría), etc ... gracias a Dios, si alguien no tiene buena memoria, al final hay un muy buen glosario de conceptos.

Resumiendo, un libro de 420 páginas, más unas notas finales, que se lee muy bien, casi todo, pero que hay un par de capítulos que hay que leer con calma (los capítulos donde nos habla de transiciones modificadoras de la topología (procesos que incluían rasgados del espacio)).

Como siempre, copio un trocito:

"Lo dicho por Uhlenbeck y Goudsmit, ¿significaba que el electrón gira en torno a si mismo? Sí y no. Lo que su trabajo demostraba realmente es que existe una noción de espín en la mecánica cuántica que en cierto modo se parece a la imagen habitual, pero que en su naturaleza es inherente a la mecánica cuántica. Se trata de una de esas propiedades del mundo microscópico que roza con las ideas clásicas, pero introduce una peculiaridad cuántica experimentalmente verificada. Por ejemplo, imaginemos una patinador que gira sobre si mismo. Cuando recoge sus brazos, gira más rápidamente, cuando los extiende, más despacio. Y antes o después, dependiendo de la fuerza con que se impulse para girar, lo hará más lentamente y acabará parando. No sucede así con el tipo de giro descubierto por Uhlenbeck y Goudsmit, Según su trabajo y subsiguientes estudios, todo electrón del universo, siempre y sin cesar, gira una velocidad fija y que nunca cambia. El espín de un electrón no es un estado de movimiento transitorio como lo es para otros objetos que nos resultan más familiares y que, por una razón u otra, están girando. Al contrario, el espín de un electrón es una propiedad intrínseca, como su masa o su carga eléctrica. Si un electrón no estuviera girando, no sería un electrón."

Clasificación:

Facilidad de lectura: 2-3 (hay un par de capítulos por la parte final que son para leer con calma).

Opinión: 3-4

Perdidos en las matemáticas

Escrito por Sabine Hossenfelder y publicado por Editorial Planeta en el 2019 (el original es del 2018) dentro de la colección Ariel.

Nuevamente, a la autora no la conocía de nada, pero tiene un interesante blog (al que he puesto un link) y es investigadora del Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt. Con eso, y con lo identificado que me he sentido muchas veces a lo largo de mi vida con el título del libro, merecía la pena leerlo.

No es un libro de divulgación científica al uso. No se dedica a detallar los avances de la física y contarnos la historia de la evolución de la misma, sino que está más centrado en hacernos pensar en que no todo lo que oigamos sobre física deberíamos creérnoslo (aunque lo digan físicos famosos). Que hay muchas cosas que los físicos deberían empezar a plantearse de diferente manera una vez que hemos llegado a este punto de desarrollo de las teorías físicas y sus comprobaciones. Cada capítulo tiene un resumen final con las ideas que nos quiere transmitir y en las que quiere que centremos la atención.

La mayoría de los capítulos se desarrollan a través de entrevistas con diversos físicos actuales, con una reputación contrastada, como Gordon "Gordy" Kane, Keith Olive, Nima Arkani-Hamed, Gerard `t Hoof, Steven Weinberg, Chad Orzel, Frank Wilczek, Garret Lisi, Joseph Polchinski, Xiao-Gang Wen, Katherine Mack, George Ellis y Doyne Farmer; creo que no me dejo ninguno, pero son bastantes entrevistas y puede que algún nombre se me haya despistado. Con cada uno de ellos se plantea preguntas sobre la situación actual de la física y detalla las conversaciones.

Pero, como no podía ser de otra manera, no sólo transcribe las conversaciones, sino que va mencionando muchos conceptos por el camino, como que las "leyes efectivas" son leyes aproximadas, que solamente son buenas a una resolución determinada. Lo que es la "Split SUSY" (supersimetría dividida), que es una nueva variante de la supersimetría en la que alguna de las esperadas compañeras de SUSY son tan pesadas que están fuera del alcance del LHC. La "geometría espectral" de Alain Connes (vibraciones del espacio-tiempo), la fórmula de Koide, el cortafuegos de Polchinski (horizonte de sucesos rodeado de partículas altamente energéticas), y multitud de pensamientos, como que, "el modelo estándar es una construcción exquisita de matemática abstracta, una teoría cuántica de campos con simetría gauge. Pensaba que decir eso me hacía parecer culta, pero me he dado cuenta de que el hecho de resultar incomprensible suele levantar sospechas.", que "¿Cómo valoramos las perspectivas de una teoría sin pruebas observacionales que la respalden?"; y gran cantidad de anécdotas, como que "el cosmólogo Martin Rees apostó su perro a que la teoría del multiverso es correcta. Andrei Linde apostó su vida y Steven Weinberg tenía "la suficiente confianza en el multiverso para apostar la vida de Andrei Linde y la del perro de Martin Rees".

Lo de "perdidos en las matemáticas", al margen de ser una frase que aparece en un momento del libro, creo que se refiere a muchos de los momentos en los que los físicos actuales pierden de vista lo que es la física y el mundo físico en el que deberían basarse sus teorías, y se quedan operando matemáticas avanzadas sin saber realmente lo que están haciendo (como la famosa frase de la mecánica cuántica de "opera y calla"). También se refiere a que " si quieres resolver un problema con las matemáticas, antes asegúrate de que es un problema real", porque si bien a los matemáticos nos da un poco igual la aplicación práctica, a los físicos debería importarles algo más que lo que hacen tenga un reflejo en la realidad física.

Por resumir, un libro de 319 páginas que se leen de forma muy rápida (aunque hay un par de fórmulas) y que te hace pensar un poco. Merece la pena leerlo aunque sea para luego seguir leyendo otros libros con la mente más despierta.

Como siempre, copio un trocito:

"El tema del infinito es uno de mis caballos de batalla -continúa George Ellis-. Hilbert ya escribió sobre la naturaleza no física del infinito en 1925. Dijo que el infinito es necesario para completar las matemáticas, pero no aparece en ninguna parte del universo físico. Hoy en día los físicos piensan en apariencia que pueden tratar el infinito como si fuera un número elevado más. Pero la naturaleza fundamental del infinito es muy diferente de la de cualquier número finito. No puede hacerse realidad por mucho que esperes o hagas; siempre está fuera de nuestro alcance. -Y concluye-: Así que pienso que el principio filosófico básico debería ser que nada físicamente real es infinito. No puedo probarlo, puede que sea cierto o que no. Pero deberíamos basarnos en ese principio."

Clasificación:

Facilidad de lectura:1-2

Opinión: 4 (por original)

El tejido del cosmos

Escrito por Brian Greene y publicado en 2006 por Editorial Crítica (obviamente dentro de la colección Drakontos), aunque el original es del 2004.

Del autor, indicar que es doctor en física por la Universidad de Oxford y poco más que no haya dicho ya, que tal y como dije cuando comenté otro de sus libros (éste), tenía alguno más por casa y terminaría leyéndomelo; y así ha sido. Es un autor que escribe de una forma muy clara y sencilla incluso cuando trata temas complejos (se le nota que tiene las ideas claras sobre lo que escribe).

Es un libro que trata principalmente del espacio y del tiempo. Pero claro, cuando vas a hablar de ciertas cosas aparentemente fáciles y vas ahondando en la explicación, lo que parecía sencillo al final se va complicando y se termina hablando del principio de equivalencia, del principio de incertidumbre, de la no localidad, de la entropía, de la paradoja EPR, de simetrías e invarianzas (recordemos que algo es más simétrico si puede someterse a más transformaciones sin que cambie su apariencia, no si es más ordenado), del campo de Higgs (hay que fijarse que el libro está escrito en 2004 y el bosón de Higgs se detectó en 2012), del arrastre de sistema (cuando un objeto masivo en rotación arrastra el espacio), del principio holográfico, de relatividad, mecánica cuántica, etc...

El libro está lleno de buenas explicaciones de temas complicados y de ideas que deberíamos tener en la cabeza cuando leemos libros de este tipo, como que "la velocidad combinada del movimiento de cualquier objeto a través del espacio y su movimiento a través del tiempo es siempre exactamente igual a la velocidad de la luz" (para mi esta es una de las ideas fundamentales de la física), que "la mecánica cuántica explica lo que usted ve, pero le impide ver la explicación", que "la presión, como la masa y la energía, es una fuente de gravedad", que "la entropía máxima que puede ser embutida dentro de una región del espacio - cualquier región del espacio, en cualquier lugar, en cualquier tiempo - es igual a la entropía contenida dentro de un agujero negro cuyo tamaño iguala al de la región en cuestión (y que la entropía de un agujero negro es proporcional no a su volumen sino al área de su horizonte de sucesos).

Habla también de las ideas de Kaluza al incrementar el espacio en una dimensión adicional (creando así un marco que combinaba las ecuaciones originales de Einstein de la relatividad general con las ecuaciones de maxwell del electromagnetismo), de los experimentos del LIGO (recordando que el libro se escribe en 2004 y las ondas gravitacionales se detectan en 2016), de la teoría cuántica de bucles, y habla y explica mucho, pero que mucho, sobre la teoría de cuerdas (todas las teorías de cuerdas (y su equivalencia), de supercuerdas, de supersimetrías, ...).

Resumiendo, un libro de 622 páginas, más las notas, más un glosario de términos (por si a alguien se lo olvidan conceptos), que se leen de forma muy fácil, pero sin prisa, que muchos de los conceptos de los que habla son complejos (pero que nadie se asuste, que no hay fórmulas).

Como siempre, copio un trocito:

"Una falsa idea muy extendida es que el big bang ofrece una teoría de los orígenes cósmicos. No lo hace. El big bang es una teoría, que delinea la evolución cósmica a partir de una fracción de segundo después de lo que fuera que dio nacimiento al universo, pero no dice nada en absoluto sobre el propio instante cero. Y puesto que, según la teoría del big bang, el bang es lo que se supone que ha sucedido en el comienzo, el big bang deja fuera el bang. No nos dice nada sobre lo que hizo bang, por qué hizo bang, cómo hizo bang,o , simplemente, si siquiera hizo bang. De hecho, si usted lo piensa por un momento se dará cuenta de que el big bang nos presenta un gran rompecabezas. A las enormes densidades de materia y energía características de los primeros momentos del universo, la gravedad era con mucho la fuerza dominante. Pero la gravedad es una fuerza atractiva. Impulsa las cosas a juntarse. De modo que ¿cuál sería el posible responsable de la fuerza hacia afuera que impulsa al espacio a expandirse? Parece que algún tipo de poderosa fuerza repulsiva tendría que haber desempeñado un papel crítico en el momento del big bang, pero ¿cuál de las fuerzas de la Naturaleza puedo hacerlo?".

Clasificación:

Facilidad de lectura: 2 (está muy bien explicado, pero requiere un poco de silencio alrededor).

Opinión: 4

En busca de SUSY

Escrito por John Gribbin y editado en 2006 por Editorial Crítica nuevamente dentro de la colección Drakontos.

SUSY no es la mujer perfecta ni nada por el estilo, es la abreviatura de SUperSYmmetry, que algunos consideran fundamental en la búsqueda de una Teoría del Todo que abarcaría todas las partículas (mecánica cuántica) y que explicaría todas las fuerzas: electromagnética, gravedad y fuerzas nucleares.

El libro tiene dos apéndices finales de los que recomiendo leer el primero (teoría de grupos para principiantes) antes de empezar con la lectura del libro propiamente dicho.

Está escrito con bastante claridad, pero el tema en sí es complejo, no olvidemos que estamos hablando de la unificación de las fuerzas con la mecánica cuántica y por lo tanto se habla de todo tipo de partículas, de cromodinámica cuántica, de electrodinámica cuántica, de simetrías gauge, de grupos de simetrías, de teoría de campos (campos de Yang-Mills y de Higgs incluidos), de teoría de cuerdas, ..., en fin, lo normal cuando uno se pregunta hacia dónde se mueve la física actualmente. Como además son muy pocas páginas (sólo 151), pues se puede hacer una idea el futuro lector de lo condensado que está todo, lo que pueda hacer que en algún momento la acumulación de información y datos se hagan un pequeño jaleo en nuestro cerebro. De todas formas es un libro que recomiendo, sobre todo a los que quieran hacerse una idea y no estén dispuestos a leer muchas páginas.

Copio unas líneas:

"Mientras manipulaba las ecuaciones de Einstein, en las que la fuerza de la gravedad se explica mediante la curvatura de un continuo de espacio-tiempo en cuatro dimensiones, Kaluza se preguntó, como suelen hacer los matemáticos, qué aspecto tomarían las ecuaciones de escribirse para representar cinco dimensiones. Lo que halló es que su versión de la relatividad general en cinco dimensiones incluía la gravedad, como antes, pero también un nuevo conjunto de ecuaciones de campo que describían otra fuerza ... y vio que le resultaban familiares: no eran sino las ecuaciones del electromagnetismo de Maxwell.

Kaluza había unificado la gravedad y el electromagnetismo en un solo paquete, pero al precio de añadir una quinta dimensión al Universo. El electromagnetismo parecía no ser más que la gravedad actuando en un quinta dimensión."

Clasificación:

Facilidad de lectura: 2

Opinión: 4