Navegant per la xarxa vaig trobar un interessant document en què es llisten deu preguntes qualificant-lo de Top Ten i fent una breu descripció de cadascuna d’elles. Jo prefereixo no anomenar “Top” encara que sens dubte són preguntes de gran rellevància, i he volgut recollir-les aquí explicant cadascuna d’elles. He decidit reordenar algunes per ajudar a la lectura.
1) És possible calcular el valor dels paràmetres adimensionals que caracteritzen l’univers o únicament poden ser calculats mitjançant l’experiment o, directament, no són calculables?
Com de ràpida ha de ser la velocitat de la llum? Quant ha de valer la càrrega de l’electró? Quin valor ha de tenir la constant de Planck que determina la mida dels quants d’energia? Aquestes i altres preguntes sorgeixen en qualsevol part de la física davant el fet que estem envoltats de paràmetres en els nostres models que simplement van sorgint i són quantitats físiques que tenen un valor, i algunes d’aquestes quantitats són fonamentals. Saber quin valor tenen i per què tenen aquest valor i no un altre és important per entendre com funciona l’univers.
Hem de resignar-nos a que la Física sigui un compendi de models amb un grup de paràmetres ajustables experimentalment? Això no agrada massa, especialment als físics teòrics. Al capdavall es tracta d’un problema fonamental a l’hora de fer prediccions i contrastar-les amb l’experiment. Si apareixen constants que no tenim el seu valor bé determinat no podem arribar a la precisió que nosaltres vulguem, a part de la qual permeti el mateix experiment, és clar.
És especialment crític en el Model Estàndard, l’actual paradigma que defineix la física de partícules i les interaccions fonamentals, perquè s’ajunten més de 20 paràmetres ajustables entre masses, càrregues elèctriques i altres.
Una cosa és fixar el seu valor i una altra més difícil encara és preguntar per què aquest valor i no un altre sense recórrer al principi antròpic de “és així perquè si fos diferent no estaríem aquí per fer-nos aquesta pregunta”. I de moment, no hi ha resposta en aquest sentit.
2) Com pot explicar la gravetat quàntica l’origen de l’univers?
És un fet que la gravetat, quan s’intenta unificar en el Model Estàndard, es resisteix de totes les formes hagudes i per haver que coneguem fins ara. Necessitem la descripció de la quarta força (o primera, segons ordre cronològic del seu descobriment) a nivell quàntic. No només en nom d’una “teoria del tot”. També per poder descriure l’univers a totes les escales. Els dos contendents principals actualment són la teoria de supercordes (SST) i la gravetat quàntica de bucles (LQG). No poden conviure juntes i els físics que defensen una són detractors de la contrària. És cert que pel que fa a nombre de gent treballant, la SST guanya per golejada i també és cert que la LQG és, de moment, una teoria cinemàtica. És a dir, no explica com es propaga la gravetat o com interacciona per tal camp. I a més, encara no compta amb límit clàssic. El límit clàssic és un requisit demanat a tota teoria que pretengui descriure la física a una escala (mida i energia) diferent de la clàssica, perquè quan els valors d’escala es vagin semblant als clàssics, la nova teoria recuperi els resultats coneguts. És de rebut, sabem que alguna cosa funciona i per tant si una teoria ha de ser més general, ha d’incloure els resultats previs.
Quant a la SST, la seva major i principal problema és la impossibilitat tècnica de comprovar les seves prediccions. Potser la seva última esperança sigui el descobriment de la supersimetria en el LHC, i això enllaça amb la següent pregunta.
3) És la naturalesa supersimètrica?
En Física la recerca de simetries és molt important perquè per cada simetria, segons el teorema de Noether (algun dia he de parlar de Emmy Noether, una dona física molt important de principis del segle XX), hi ha una llei de conservació associada. I les lleis de conservació agraden molt als físics perquè ajuden enormement a l’hora de resoldre problemes de condicions inicials. L’anomenada supersimetria (o Susy en anglès) és a nivell quàntic i ens diu que cada partícula fonamental té una “companya supersimètrica” el espín es diferencia en 
amb la seva companya. És a dir, la companya d’un Fermió (espín 1 / 2, 3 / 2, 5 / 2 …) serà un bosó (espín 0, 1, 2 …) i viceversa. Tenen ambdues la mateixa massa i els números quàntics interns. La “chicha” d’això és que la supersimetria és una predicció de la SST. I bé, no vol dir que si es descobreix la Susy llavors la SST sigui correcta. Més aviat que de fer-se, la SST tindria un taula de salvació a què agafar per un temps i passaria de ser una bonica eina matemàtica que resol problemes molt bé en altres disciplines a ser una teoria física.
4) Quina és la vida d’un protó i com podem entendre?
Sobre protons ja vaig parlar en alguna ocasió. Per exemple per preguntar per què un protó és més lleuger que un neutró i també com es va saber que els protons estaven compostos de peuets més petites anomenades quarks. Els protons són partícules estables. Això vol dir que si es deixen sols en l’espai lliure no es desintegren en components més fonamentals. El protó és, de totes les partícules compostes per 3 quarks (barions), el més lleuger. Això fa que no pugui descompondre’s en barions més senzills i, per tant, li confereix una vida virtualment il limitada. Ara bé són realment estables o simplement el seu temps de vida mitjana és tan enorme que gairebé podem considerar infinit? Si un va a les taules del Particle Data Group que és qui recopila les mesures de valors experimentals de les partícules trobareu les dades d’interès sobre el protó i en la pàgina 6 dels valors mesurats de vida mitjana per al protó . Sorpresa. 
anys ni més ni menys. Al peu expliquen succintament els mètodes usats pels diferents experiments. I encara que difereixen fins i tot en molts ordres de magnitud, sens dubte és molt temps. És destacable també que a la dreta del tot indiquen que no s’ha vist la desintegració del protó en altres partícules, com és lògic. Per què 
i no 
? Vam dir inicialment que infinit així que podria trobar qualsevol valor arbitràriament gran o diferir tant d’un experiment a un altre que s’atribueix al mètode en si més que a que la partícula tingui, de fet, una vida mitjana finita. Algunes teories d’unificació prediuen que el protó realment no és estable sinó que en escales de temps enormes efectivament es desintegra. Cap a quina? No se sap. Aquest és un altre misteri addicional.
Si us interessa, al PhysicsForums hi ha un fil sobre això d’aquesta discussió.
5) Per què l’univers sembla tenir 3 dimensions espacials i 1 temporal?
El “perquè així ho veiem” no sembla una resposta molt apropiada per a aquesta pregunta. I el fet que no puguem moure’ns en altres direccions tampoc vol dir que l’univers sigui així.
D’acord amb teories com la SST l’univers té en realitat moltes més dimensions, només que les dimensions extra no són perceptibles a escala macroscòpica.
Aquest fet, dit sigui de passada, pot ajudar a entendre en part la pregunta següent.
6) Per què hi ha una diferència tan abismal entre l’ordre de magnitud de la interacció gravitatòria i el de les altres forces?
Bàsicament es tracta de saber per què, a escala macroscòpica, la gravetat és qui mana i no obstant això a escala microscòpica la gravetat és tan irrisòria que encara que la consideris no afecta en absolut als valors experimentals perquè és l’ordre de 
vegades més feble que la electromagnètica, per exemple. Així que la massa de les partícules és ridículament petita. Tot i així això no explica del tot per què és tan insignificant. De passada, la gravetat té el lleuger inconvenient que a nivell teòric no és possible quantitzada utilitzant procediments similars al que s’ha fet amb les altres forces. Així que, de moment, la gravetat roman sent un dels grans mals de cap des que a Newton una poma es la fallida a causa de la gravetat (sí, sé que és una llegenda, però em venia que ni pintat).
7) Per què la constant cosmològica té el valor que té? És realment constant en el temps?
Sobre la constant cosmològica va fer jjo en els inicis d’aquest bloc 04:00 excel.lents aportacions encara que potser bastant tècnics al respecte. Per abreujar. La constant cosmològica és un terme afegit “a mà” sobre l’equació d’Einstein en Relativitat General per aconseguir una solució que permetés un univers estàtic, ja que Einstein estava convençut que de totes totes, hauria de complir el principi de Mach. Un univers estàtic implica que a partir de cert moment l’expansió es deté i l’univers passa a ser un lloc avorrit on les posicions de les galàxies no canvien entre si de manera neta. Amb el temps es va observar que l’univers de fet no era estàtic i s’expandia. Einstein va dir que la constant cosmològica havia estat el major error de la seva vida.
No obstant això, anys després, després del descobriment de que l’expansió de l’univers no és a velocitat constant com es podria esperar sinó que és accelerada com si hi hagués una força misteriosa que empeny a les galàxies es va tornar a recuperar la constant cosmològica com a terme que dóna compte d’una mena de “pressió negativa” responsable de l’expansió accelerada. En aquest sentit, la constant cosmològica va de la mà amb l’energia fosca. El problema afegit amb la constant cosmològica és que les prediccions d’algunes teories fonamentals prediuen valors enormes per a la constant cosmològica que no quadren en absolut amb els observables. Són d’entre 
i 
vegades majors que els que podem observar.
Si l’univers fos perfectament supersimètriques, la constant cosmològica valdria 0. No obstant això, si aquesta simetria existeix de tota manera, encara que sembla estar trencada per algun motiu, la constant seguiria sent constant amb el temps. En cas contrari les coses serien encara més complicades.
8 ) Quins són els graus de llibertat fonamentals de la teoria M? És realment bona per a descriure l’univers?
L’anomenada teoria M és un intent de teoria del tot que unifica totes les SST. Sobre això ja es va discutir en la pregunta 3). Les teories de supercordes han donat eines matemàtiques com la correspondència ads / CFT que permet resoldre problemes molt complexos en física de la matèria condensada, camp que no tenen res a veure amb la SST. Durant uns anys un dels grans punts contra les SST és que havia de fet 5 versions. Quin d’elles descriu l’univers llavors? En essència, la teoria M afegeix una dimensió més fins un total de 11 i aglutina les cinc. A més afegeix un objecte encara més estrany que les cordes, les anomenades “branes”. Una mena de generalització de corda, com si fos la membrana vibrant d’un tambor, però anomenades “branes” per indicar que són multidimensionals.
En el context d’aquesta teoria, la gravetat seria de fet una “supergravedad” que actuaria en dimensions superiors i aquesta interactuaria amb branes en dimensions superiors, la qual cosa podria ajudar a explicar per exemple per què la gravetat és tan feble si la seva “força” es perd en dimensions superiors.
La pregunta és. Què és el fonamental? Les cordes surten de Bran o és al revés? Hi ha alguna cosa més simple que aquestes dues coses i que és realment el més important?
Com veiem, no fan més que sorgir preguntes al respecte. I de la mateixa manera que concloïa la resposta a 3) el cert és que mentre no hi hagi possibilitat de verificar experimentalment algun punt, de moment les SST i la Teoria M queden com bonics candidats a descriure l’univers.
9) Com es resol la paradoxa de la informació en els forats negres?
Es tracta d’una paradoxa plantejada per Stephen Hawking al respecte de la conservació de la informació física que cau en un forat negre. Si un forat negre és estable no passa res, podem admetre que la informació sobre tot el que s’empassa es queda dins de l’horitzó de successos, de manera que res del que està fora pot interactuar però d’alguna manera ens vam quedar tranquils sabent que hi és.
Tanmateix, si el forat negre s’evapora per algun mecanisme com ara el de la radiació de Hawking llavors hi ha un problema. Perquè des de fora, un forat negre únicament són tres números. Així, seria possible que el forat negre arribés a evaporar completament i mai recuperaríem de tornada la informació. S’hauria perdut per sempre, resultant en una paradoxa.
El principi hologràfic posa una mica de llum sobre això afirmant que tota la informació està codificada en la superfície del forat negre, de manera que realment no es perd.
10) Com podem entendre quantitativament el confinament quark-gluon a la cromodinàmica quàntica i l’existència del gap de massa?
La hipòtesi de confinament és un dels pilars fonamentals de la interacció forta. Suposa que, en la naturalesa no pot haver cap partícula amb càrrega de color diferent de zero. Això confina als quarks i als gluons en empaquetats que anomenem fondes si estan compostos d’un quark i un antiquark i anomenem barions si es compon de tres quarks. Els gluons són les partícules encarregades de mediar la interacció forta. I a causa del confinament no pots allunyar entre si molt aquestes partícules perquè la força tendeix a fer-se infinita.
No obstant això, encara no s’ha demostrat de manera concloent i definitiva el confinament (per això s’anomena hipòtesi). Quan s’intenta, els càlculs es tornen impossibles. I a més no es pot explicar per què totes les partícules per sentir la interacció forta han de més tenir certa massa, molt petita, però mai zero. Les esperances estan posades també sobre la teoria M i altres propostes, però encara no hi ha res clar.
I bé, fins aquí el recull de les deu preguntes. Sens dubte queden moltes més, és només un petit esbós de tot el treball que té la física moderna per davant.
Like this:
Be the first to like this post.
