Cuando Albert Einstein construyó su Teoría General de la Relatividad decidió recurrir a algo de ingeniería inversa e introducir un término de “presión” en sus ecuaciones. El valor de esta presión fue seleccionado de tal forma que mantuviese la descripción de la relatividad general del universo estable contra la atracción gravitatoria de la materia que llena el universo.
A Einstein nunca le gustó este factor amañado, pero era la única forma de lograr que las ecuaciones de la relatividad general describieran un universo con un tamaño estático.
Más de 10 años después, las observaciones de Edwin Hubble demostraron que el universo, de hecho, no es estático, sino que se expande. Con esto, la necesidad del término de presión desapareció. Einstein debió haberse quedado helado: si sólo hubiese dejado las ecuaciones aisladas sin el factor amañado, podría haber predicho que el universo no era estático. Einstein, desde entonces se refirió a la introducción del término de presión como “su mayor error”.
Si Einstein hubiese vivido hasta finales del siglo XX, ciertamente hubiese cambiado este apelativo. Está claro, nuestro universo se expande, pero desde finales de la década de 1990 sabemos que esta expansión es acelerada. Hoy se expande más rápido que ayer, y mañana se expandirá aún más rápido. Sin el factor amañado de Einstein, se esperaría una expansión decelerada, y se necesita el término de presión para cambiar de una descripción que arroja un universo decelerando a una que ofrezca un universo acelerando.
¿Qué está causando que esta presión empuje el separarse a un índice cada vez mayor? Los cosmólogos se refieren a la “energía oscura” que impregna el espacio como lo que impulsa esta aceleración cósmica. Para explicar la expansión acelerada del universo, esta energía oscura debería contener la gran mayoría de la energía total del universo. Recientes observaciones llevaron a una “densidad de energía oscura” en el universo correspondiente a aproximadamente la energía de Planck (o de forma equivalente: una masa de Planck de aproximadamente 0,00002 gramos) por 1000 km cúbicos. El hecho es que esta diminuta densidad constituye el componente predominante de nuestro universo justo como demuestra la vasta vacuidad del espacio.
Pero, ¿qué es la “energía oscura”? Nadie lo sabe. La explicación más probable es que la energía oscura es de origen mecánico cuántico. De hecho, la mayoría de los físicos probablemente estarían de acuerdo en que la energía oscura procede de fluctuaciones cuánticas, si esto pudiese llevar a predicciones de la magnitud adecuada del efecto de la energía oscura. No obstante, la aproximación de la Teoría de Campo Cuántico Estándar (QFT) lleva a una sobrestimación de la densidad de energía oscura. ¿Cuánto está sobrestimada? Bueno, cualquier afirmación que se pueda hacer sobre este tema tiende a quedarse corta. De hecho, de acuerdo con la teoría de Campo Cuántico Estándar, las fluctuaciones del vacío llevarían a una densidad de energía de una energía de Planck en cada longitud de Planck cúbica. Es decir, una energía de Planck en un cubo con lados de 0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 016 m. Un volumen bastante distinto de 1000 km cúbicos.
Esta discrepancia entre la teoría y los valores experimentales para la densidad de la energía oscura se conoce eufemísticamente en la literatura como “el problema de la constante cosmológica”. Algunos buscan los límites del eufemismo y, de forma irónica, se refieren a la discrepancia como el “problema del ajuste fino”. Otros declaran de forma más apropiada que es “la mayor vergüenza de la física teórica”.
¿Dónde nos hemos equivocado? Seguramente se esperaría que un error de proporciones tan gigantescas sea hallase fácilmente. Aún así, más de una década después del descubrimiento de la expansión cósmica acelerada, los expertos aún están desconcertados. Se han propuesto soluciones extravagantes tales como formas exóticas de energía, taquiones, dilatones y quintaesencia cuántica. Ninguna de ellas ha logrado muchos seguidores.
Ahora, no soy cosmólogo y ciertamente no soy un experto en el campo, pero estoy seguro que nadie me culpará por describir otro callejón sin salida en el largo y tortuoso camino del ensayo y error científico hacia el lejano objetivo de comprender nuestro oscuro universo. Por tanto déjame tomarme la libertad de seguir a Einstein y aplicar algo de ingeniería inversa al problema.
Un simple análisis dimensional apunta a una solución. Existen dos escalas de longitud clave en el problema: la escala de Planck ℓ y el diámetro del universo L. El contraste entre las dos es enorme: 61 órdenes de magnitud. ¿No sería una gran sorpresa si estas dos escalas extremas de longitud pudieran combinarse en un volumen del tamaño adecuado para describir la densidad de la energía oscura? Bueno – sorpresa, sorpresa – esto es fácil de conseguir. El valor experimental de la densidad de energía oscura resulta que coincide con una cuanto de Planck por volumen de tamaño L2ℓ. Aunque, como vimos arriba, la teoría de campo cuántico estándar predice una densidad de energía de punto cero de un cuanto de Planck por ℓ
Sí, podemos. La clave es darse cuenta de que el volumen ℓ3 entra en la descripción teórica debido a que la QFT estándar supone un grado de libertad por Planck cúbico. Por lo que de acuerdo con la QFT nuestro universo tiene un total de (L/ℓ)3 grados de libertad. Esto, no obstamte, ignora la naturaleza holográfica de nuestro universo que fue propuesta por Gerard ‘t Hooft en 1993. El principio holográfico afirma que la QFT estándar sobreestima en mucho el número de grados de libertad disponibles. Más precisamente, el principio holográfico prohíbe un sistema de tamaño lineal L que tenga más de (L/ℓ)2 grados de libertad. Por lo que, esto por sí mismo ya cambia una ℓ en la ecuación de la densidad de la energía oscura por una L. Pero aún hay más. La QFT asocia una energía de punto cero de una unidad de Planck con cada grado de libertad. En una descripción holográfica este es improbable que sea correcto. Los grados de libertad de la descripción holográfica son no locales, y como resultado, las longitudes de onda corresponden al movimiento de punto cero asociado con la longitud macroscópica L, y no a la longitud microscópica ℓ. Este efecto (encuadrado en la conocida como “conexión UV/IR”) nos da otro intercambio entre ℓ y L en la ecuación de la densidad de energía oscura de tal forma que llegamos a tener todos los efectos holográficos incorporados en energías de Planck ℓ/L en un volumen de tamaño ℓ2L, o equivalente, un cuanto de energía de Planck por volumen de tamaño de L2ℓ. La densidad de energía oscura así derivada resilva ser la mayor densidad que pueden lograrse sin riesgo de tener un gigantesco colapso gravitatorio de todo el universo.
¿Es esta la forma correcta de tratar la expansión de nuestro universo? No lo sé. Lo que sé, es que si lo de arriba es correcto en esencia, las consideraciones holográficas serán un elemento integral de la aún esquiva Teoría de la Gravedad Cuántica. También está claro que el estricto recorte holográfico en el número de grados de libertad y las energías permitidas por grados de libertad serán de inmensa ayuda para regularizar esta Teoría de la Gravedad Cuántica. La historia nos dice que las discrepancias demostradas experimentalmente en nuestra comprensión de las leyes fundamentales de la física nunca duraron más de unas pocas décadas. Por lo que me permito hacer la predicción de que a principios de este siglo seremos testigos de una revolución en nuestro pensamiento sobre el universo en forma de una Teoría de la Gravedad Cuántica completamente consistente. ¡Son tiempos apasionantes!
Autor: Johannes Koelman
Fecha Original: 25 de mayo de 2009
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Cito parte del texto superior:
“¿Dónde nos hemos equivocado? Seguramente se esperaría que un error de proporciones tan gigantescas sea hallase fácilmente. Aún así, más de una década después del descubrimiento de la expansión cósmica acelerada, los expertos aún están desconcertados. Se han propuesto soluciones extravagantes tales como formas exóticas de energía, taquiones, dilatones y quintaesencia cuántica. Ninguna de ellas ha logrado muchos seguidores.”
Al respecto digo, pues se han equivocado en la expansión, Einstein tenía razón antes que lo obligaran a corregir.
Disculpa, pero la teoría de la relatividad general de Einstein predice la expansión del Universo. El físico introdujo la constante cosmológica como una solución ad hoc que situaba su teoría dentro de la cómoda mecánica clásica, antes de que Slipher y Hubble confirmasen la expansión.
Lo único que obligó a Einstein a corregir sus ecuaciones fue la evidencia.
Quizás después de todo León, se refiere a la acelaración de la expansión y no a la expansión “clásica”. demostrada por Hubble.Eso de la “energía oscura” que aceleraría la normal expansión del universo, no deja de ser una cosa muy extraña.Y bien podría ser un error de medición o que el universo sea aún mucho más rarito de lo que sabemos hasta hoy.
Cuando Hubble se decide a ver que el universo estacionario de Einstein no era la solución adecuada y por lo tanto no hacía falta la constante cosmológica, se abrió una nueva posibilidad: la de que el universo esté en expansión. Que era la idea que Einstein había desechado y luego aceptó como una muy buena idea. Hubble se da cuenta de que el hecho de que haya corrimiento al rojo en las galaxias más lejanas tiene que ver con un universo que se está expandiendo. Daniel Barraco
Usted, además de su cargo de decano de Famaf (Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Ciencias de la Computación) de la Universidad de Córdoba, siempre ha llevado adelante alguna investigación. ¿Me podría contar en qué está trabajando ahora?
–Yo siempre he trabajado con la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que en realidad es una teoría de la gravitación, y dentro de ese campo me ocupo de lo que se conoce como teorías alternativas, que intentan explicar el hecho gravitatorio a través de la geometría.
http://www.pagina12.com.ar/imprimir/diario/ciencia/index-2009-02-11.html
En cuanto a la expresión Einstein tenía razón, va a mi cargo.
El mayor error de Einstein…
"Cuando Albert Einstein construyó su Teoría General de la Relatividad decidió recurrir a algo de ingeniería inversa e introducir un término de “presión” en sus ecuaciones. El valor de esta presión fue seleccionado de tal forma que mantu…
Pues yo también pienso que “las consideraciones holográficas”, serán un elemento integral de la Teoría de la Gravedad Cuántica.Se ha propuesto por algunos físicos que la fuerza de la gravedad y una de las dimensiones de espacio pueden ser generadas por las pecualiares interacciones entre las partículas y los campos existentes en un reino de más baja dimensionalidad.Se dice que vivimos en un espacio en el que podemos percirbir tres dimensiones y si le añadimos el tiempo, pues tenemos un espacio-tiempo cuatridimensional.Algunos se preguntan si realmente vivimos en un espacio-tiempo como éste-4D-.Teorias recientes abogan por un espacio de 2D(un holograma)y en esas dos dimensiones se mueven las partículas y los campos(como en Flatland, de Abbot), haciendo de la 3 dimensión espacial una ilusión.Ahí, en las 2D no aparece la gravedad,pero de emerger la ilusoria 3 dimension, se haría presente la gravedad.En realidad la teoría del holograma predice que el numero de dimensiones,puede ser una mera cuestión de perspectiva, así que lo mismo da trabajar con dos dimensiones que en tres.Ambas teorias acabarian describiendo la realidad que observamos, a pesar de las radicalmente distintas descripciones que surgen sean dos dimensiones o sean tres.¡¡Pero es lo que sucede con un holograma.!!El holograma es un objeto en 2D, pero visto bajo las corrrectas condiciones de iluminación…produce una imagen en 3D!!!Toda la información que describe la imagen en tres dimensiones está codificada en dos dimensiones(el holograma).El universo entero podría ser por tanto una clase holograma.Además según algunos físicos el principio holografico, que respeta los principios de la mecánica cuántica,sirve perfectamente para dar forma a la tan esperada teoría de la gravedad cuantica ,también serviría-el principio holográfico- para explicar los agujeros negros e incluso permitiría averiguar que ocurrió nanosegundos después del Big-Bang.En definitiva el principio holográfico(que tampoco le hace ascos a la teoría de cuerdas,al contrario cabe dentro del principio),puede ser la clave para tener una teoría de la gravedad en la escala de Planck y de paso solucionaría las condiciones iniciales que se dieron en el Big-Bang.Esto sería definitivo.Una auténtica revolución como dice el estudio y puede suceder sobre la primera cuarta parte del s.XXI….Sí, estamos en unos momentos apasionantes.
El mayor error de Einstein…
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Parece claro que la aplicación del principio holográfico nos ayudará a encontrar las respuestas a los enormes enigmas que nos plantea la física y la cosmología actual.
Este principio ya tubo un exito espectacular al resolver un gran misterio que enfrentó
a dos grandes físicos: Hawking y Susskind. Este misterio era el de si la información que cae en el agujero negro desaparece para siempre del universo. La solución encontrada gracias al principio holográfico era que la información no desaparece (como exige la generalización de la conservación de la energía) sino que queda codificada en la superficie 2D del agujero negro.
En el artículo, se hace un razonamiento bastante sencillo basado en las premisas del principio holográfico y se consigue algo a mi juicio espectacular: nada menos que se
consigue deducir la densidad del vacio que se ha medido experimentalmente: un cuanto por cada unidad de volumen L2e. Esto ya de por si parece otro logro enorme del principio holográfico (por lo que no entiendo como un resultado tan importante no ha tenido una divulgación más amplia).
Estoy completamente deacuerdo con lo que se ha dicho en los comentarios de que vivimos una etapa apasionante. Ha llegado el momento de obtener las respuestas y estoy absolutamente convencido de que las respuestas que hallaremos cambiaran completamente nuestra forma de ver el universo descubriendo asi enormes sorpresas y cambios radicales mayores incluso de los cambios que produjeron en su dia la relatividad y la teoría cuántica.
“por lo que no entiendo como un resultado tan importante no ha tenido una divulgación más amplia).”
Puedes poner un link o el titulo y autores del articulo?
Fer, el enlace original figura al final del artículo donde pone “enlace original”.
El autor es un tal Johannes Koelman que escribe el artículo en un blog llamado “física de la hamaca” o algo así. No se si el autor es un físico de prestigio pero si la deducción que realiza en el artículo es correcta constituye una aportación asombrosa para la resolución de uno de los misterios más grandes de la física: la energía oscura y el pequeñísimo valor de la energía del vacio.
Creí que te referías a algún ‘paper’ mas detallado.
“”La solución encontrada gracias al principio holográfico era que la información no desaparece (como exige la generalización de la conservación de la energía) sino que queda codificada en la superficie 2D del agujero negro.”"
El hecho de que la información sea proporcional al area del horizonte de sucesos no significaría en principio que esté codificada en ella ni que esa superficie sea algo.
Y en realidad la informacion es = A/4, osea directamente el area de un circulo con ese radio de horizonte, si es por quitar dimensiones…
Y tambien podemos decir que la informacion es proporcional a la masa al cuadrado, que es un resultado la mar de curioso de por si.
Bueno tal vez Einstein se habria complicado con esto o me equivoco, pues a pesar que en ese epoca de Einstein no vivia para entender.
Desde Galileo-Newton, e incluso hoy en día, se suele usar la “ingenua” expresión ‘movimiento aparente del sol’. Se recurre con frecuencia a la dicotomía ‘movimiento verdadero-movimiento aparente’, o equivalentemente, ‘sistema inercial-sistema no inercial’. Para Newton un movimiento verdadero sería aquel que tiene lugar con respecto al “espacio absoluto”, y sus sistemas inerciales son, ante todo, unos sistemas que permanecen en reposo (o en movimiento rectilíneo uniforme) con respecto a ese “espacio absoluto”. Por tanto, para Newton sería verdad, si tan sólo consideramos el sistema sol-tierra, que el movimiento del sol es aparente: debido a su enorme masa comparada con la de la tierra, sería el sol el que permanece en “reposo verdadero” con respecto al “espacio absoluto”, mientras que la tierra presentaría un “movimiento verdadero” a su alrededor (con más exactitud, dado un conjunto de cuerpos lo que en realidad tendría derecho a considerarse en reposo o inercial sería, según Newton, el centro de masas de tal conjunto).
En 1905 Einstein eliminó, aunque por lo visto no consiguió la plenitud de tan loable objetivo, el espacio absoluto de Newton. Por tanto, en la actualidad ya no tiene (o no debería tener) el menor sentido hablar de referencias absolutas o inerciales con respecto a las cuales se observaran los “movimientos verdaderos”, mientras que en las restantes referencias tan sólo se observarían “movimientos aparentes”. Ningún movimiento es absoluto o verdadero en sí, sino relativo al cuerpo de referencia que por libre elección se decida considerarse en reposo. El movimiento es absolutamente relativo, y cualquier cuerpo, sin excepción alguna, tiene el libre derecho a autodefinirse en reposo (la velocidad de cualquier cuerpo con respecto a sí mismo es nula) y considerar que son los restantes astros del universo los que se mueven con relación a él. Hace falta, pues, refutar el principio de inercia clásico y sustituirlo por un nuevo “principio de inercia generalizado”, que permita que incluso los cuerpos libres puedan estar acelerados (la aceleración de un cuerpo con respecto a otro se obtiene a través de la métrica del espacio-tiempo, que es una métrica de naturaleza relacional: es relativa a ambos cuerpos. Así, dado un sistema de referencia cualquiera, algunos cuerpos libres tendrán movimientos rectilíneos uniformes con respecto a él, pero los restantes cuerpos libres podrán estar acelerados de cualquier modo, todo ello en función de cómo sea la métrica relacional entre cada cuerpo particular y dicho sistema de referencia). Algo se mueve…
El conjunto de ecuaciones que arriba le citaba permiten, por fin, instaurar la absoluta relatividad del movimiento. Además suponen la única alternativa posible a la relatividad general de Einstein que generaliza la relatividad especial (la velocidad local de la luz en el vacío es siempre “c”) para hacerla compatible con la gravedad y con las aceleraciones relativas.
Las he presentado al público a través de un libro (el “tractatus”, que puede encontrarse en bubok.com) que consta de dos partes diferenciadas. En la primera prescindo de cualquier fórmula matemática. Hay también un extracto de la segunda parte que pueden someter a su buen juicio, siempre que renuncien a toda suerte de prejuicios en:http://www.bubok.es/libro/detalles/6346/Extracto-de-la-Teoria-Conectada así como en http://xaterri.bubok.com/)