El bosón de Higgs y la naturaleza cuántica del tiempo

¿Qué es el tiempo? Lo que miden los relojes. ¿Existe el tiempo en un universo en el que no se pude construir ningún reloj? Según las ideas de Albert Einstein, no existe lo que no se puede medir. ¿Se puede construir un reloj solo con fotones? No, por ello se suele decir que para un fotón no existe el tiempo, solo el espacio. ¿Se puede construir un reloj en un universo en el que no existen partículas con masa y todas se mueven a la velocidad de la luz? Construir un reloj requiere intercambiar partículas sin masa entre partículas con masa, utilizando solo las primeras es imposible construirlo. Durante la primera billonésima de segundo tras la gran explosión (el big bang) creemos que ninguna partícula tenía masa, salvo el bosón de Higgs (la única partícula capaz de interaccionar con el campo de Higgs en dicha época). La única partícula que permitía construir un reloj era el bosón de Higgs. La naturaleza del tiempo parece ligada de forma íntima al bosón de Higgs.

La idea de que el tiempo emerge a partir del campo de Higgs y de su interacción con las partículas ha sido concebida por mucha gente desde hace mucho tiempo. Por ejemplo, en el artículo de J. C. Jackson, “A quantisation of time,” J. Phys. A: Math. Gen. 10: 2115, 1977 (en el que tenemos que substituir la palabra “cronón” por “bosón de Higgs,” como el propio Jackson nos recuerda en “Time and the Higgs,” arXiv:1208.5390). La idea es que las partículas con masa tienen un reloj interno cuyo tic-tac viene marcado por su interacción con el campo de Higgs es incluso más antigua y se puede remontar a la idea original es de Louis de Broglie en su tesis doctoral de 1924. Como es obvio no mencionó de forma explícita el campo de Higgs, pero propuso que el electrón tiene un reloj interno cuya frecuencia era \omega_B=\frac{m_e\,c^2}{\hbar}=0.78\times{}10^{21} Hz. El zitterbewegung que introdujo Erwin Schroedinger en 1930 para entender la ecuación relativista de Dirac para el electrón puede considerarse como el “movimiento interno” del electrón intuido por De Broglie. Los que hayan leído “The road to reality” de Roger Penrose estarán pensando ahora en el zig-zag del electrón que se presenta en el capítulo 25. Las componentes zurdas (levógiras) y diestras (dextrógiras) del electrón se van intercambio vía su interacción con el campo de Higgs, dotando al electrón de masa y de un reloj interno. David Hestenes nos lo recordó en “Electron time, mass and zitter,” FQXi essay, 2012.

Estas fiestas de fin de año son el momento ideal para pensar en el tiempo, en la naturaleza del tiempo, en la naturaleza cuántica del tiempo. ¿Qué procesos físicos pueden ser utilizados como reloj en el universo antes de la transición de fase electrodébil? Alguno me dirá que estas cuestiones entre la filosofía y la física no son de su interés, pero yo he aprovechado para releer a Svend Erik Rugh, Henrik Zinkernagel, “On the physical basis of cosmic time,” Stud. Hist. Philos. Mod. Phys. 40: 1-19, 2009 [arXiv:0805.1947]; y para leer a Svend E. Rugh, Henrik Zinkernagel, “Weyl’s principle, cosmic time and quantum fundamentalism,” arXiv:1006.5848, 30 Jun 2010 (el principio de Weyl (1923) afirma que la materia contenida en el universo es suficiente para especificar un sistema de referencia para el espacio y para el tiempo), además de H. Zinkernagel, “Did time have a beginning?,” International Studies in the Philosophy of Science 22: 3, 2008.

Dibujo20121229 The Ice Dragon as a mythological mnemonic for the multi-facetedness of the Problem of Time

Una vez comenté en este blog “Imaginad un mundo solo con gravitones (sin masa en reposo y con tiempo propio nulo). Para un gravitón el tiempo no existe (igual que para un fotón, no envejece). ¿Cómo se puede construir un reloj sólo con gravitones? Los relojes de luz de Einstein requieren dos objetos materiales (de masa no nula) entre los que se intercambia un fotón (masa nula). ¿Cómo podemos construir un reloj utilizando solo gravitones? ¿Qué es el tiempo si no lo que miden los relojes? ¿Sin relojes puede haber tiempo? Un reloj solo con fotones parece difícil de construir. ¿Un reloj con gluones? ¿Un reloj con gravitones? Qué diferencia estos últimos de los demás: su peculiar no linealidad (serie de potencias con todas las potencias, no truncada como para los gluones), el hecho de que tienen espín 2 (los otros tienen espín 1), o alguna otra cosa. No sé, siempre he pensado que esa otra cosa es la clave, la restricción que le falta a la gravitación de Einstein. Lo dicho, no tengo ni idea.”

Quizás necesitamos una teoría cuántica de la gravedad para entender cómo emerge el tiempo. Buscar “Time in quantum gravity” en Google Scholar permite ver gran número de ideas al respecto, la primera el clásico de H.D. Zeh, “Time in quantum gravity,” Physics Letters A 126: 311-317, 1988. Por cierto, la imagen del dragón de hielo y el problema del tiempo está extraída de Edward Anderson, “The Problem of Time and Quantum Cosmology in the Relational Particle Mechanics Arena,” arXiv:1111.1472 (cuya lectura es recomendada solo para quienes tengan tiempo de sobra, dadas sus 309 páginas).

Lo dicho, estas fiestas de fin de año son el momento ideal para pensar en el tiempo, …

27 pensamientos en “El bosón de Higgs y la naturaleza cuántica del tiempo

  1. En este Universo imposible definir y medir el tiempo asi definido, antes del primer boson de Higgs.La ecuacion de Einstein nos liga siempre al mundo sin tiempo.La medicion de la regularidad de los fenomenos naturales se define como tiempo.Lo que le provoca mayor stress a todos los habitantes de la Tierra…No existe:el tiempo.Olvidemonos del tiempo…Y pongamos un Universo.de distancia entre el 31 de diciemre y el 1 de enero 2013 para ver si no se pasa el tiempo.Es un pecado capital el orgullo de no querer envejecer,Dios lo perdona pero el tiempo no….Martin.

  2. El mejor tema de nuestro tiempo orteguiano es el tema del envejecimiento…mejor no pienses en esto porque te volveras vano y amargado…sin embargo DIOS os perdonara pero el tiempo NOOO.Martin.

  3. El tiempo no existe, lo que medimos en los relojes es el movimiento. En un universo sin puntos discretos tampoco hay espacio.
    El espacio y el tiempo son construcciones teóricas para explicar el movimiento.
    Mucho menos tiene existencia el espacio-tiempo… mucho menos es deformable, la teoría de la relatividad no explica la gravedad… la supone.
    La gravedad debe de explicarse como un intercambio de energía y por pozos de potencial.

  4. Excelentes entradas 29 de diciembre, Francis. Buen año nuevo de 2013 y a la espera de las cartas estelares y mapeos cosmológicos que la sonda Planck nos dará.

  5. Wibbly, wobbly, timey wimey…Stuff…No entendemos el tiempo ni el espacio a nivel cuántico todavía, así que … Son preguntas casi metafísicas. El cronón, o cuanto del tiempo, ha sido especulado desde hace mucho por Caldirola o David R. Finkelstein, pero se resiste a un descripción microscópica que estoy seguro que existe. Otra cosa es si la noción de cuanto de tiempo (cronón) o cuanto de espacio (un experto de LQG diría spin network/red de espín al cuanto de espacio, pero yo prefiero el término choraon, del griego chora -tiempo abstracto en la antigua Grecia). O tal vez como dicen algunos hoy día no tiene sentido una teoría cuántica del espacio o el tiempo y dicha teoría es solamente clásica (yo DUDO que sea así, todo es cuántico o discreto, otra cosa es cómo pegar la linealidad de un cuanto del espacio o del tiempo y la forma de describirla, que no tenemos más que trazas o indicios como pienso que son la energía y materia oscuras, trazas de la gravedad cuántica, aunque es una especulación dura hoy día,…aún).

    Sobre el fotón y el gravitón o los bosones sin masa, en el momento que hay una discretitud fundamental en espacio o tiempo, la relación ds²=0 que caracteriza las “señales físicas” tiene que reformularse a algo tipo ds²=min(f) o más bien \Delta x=\mbox{min} (f), donde f es una función dinámica sobre el retículo que determina la microscopía del espacio tiempo. Puede depender de las coordenadas o incluso de velocidades y otros parámetros, y depende del modelo de gravedad cuántica efectiva que tengamos, así es f.

    En la densidad de energía que usan los cosmólogos falta identificar aún unos cuantos ingredientes, jejejeje, pero no muchos. Esa omega va a sorprender mucho, no tanto por los porcentajes, sino por lo que cada uno representa. Aunque parece que mucha gente sigue construyendo modelos “acoplables” a los datos más que explicativos. Veremos qué dice PLANCK con sus datos, pero va aser muy divertido… XD.

  6. Hola,
    Seguramente estoy diciendo una bobada, pero yo vengo del campo de la física estadística, pero aquí va mi pregunta: es compatible esta entrada tuya con la función H de Boltzman?
    La duda viene debido a que yo creía que con dicha función se solucionaba el problema de donde venia el tiempo, es decir, se demostraba que a partir de partículas bajo simetría temporal obtenías una función que aumentaba con el tiempo, véase algo muy similar a la entropía. Entonces pensaba que dicho problema ya estaba solucionado.

  7. ¿Necesitamos una teoría cuántica de la gavedad? ?No será quiza que cuántica (discontinuidad) y gravitación se vengan encontrando desde sus orígenes sin solución de respuesta real¿ Se contradicen los términos. Se contradicen, completamente, porque discontinuidad y gravedad expresan fenómenos físicos excluyentes. La gravitación, resultado de la resistencia al plegamiento (ondulación, vibración) que ofrece la conformación lisa del fondo universarl, no es ni imaginable suponiendo un tejido universal trozeado

    • Es inevitable. O la teoría cuántica abarca la gravitación…O bien la Mecánica Cuántica está equivocada y no lo parece, a nivel cuántico. El enigma del cuanto o la pregunta de Einstein ¿Qué es un cuanto de luz? está inexorablemente unida al asunto de la cuantización del campo gravitacional… A tu afirmación Alba, la respuesta es que nadie aún entiende lo que es un tejido espacio-temporal troceado, no es que no pueda hacerse…De hecho se hace en Cuantización no canónica de la gravedad (Loop Quantum Gravity/Gravitación cuántica de lazos o bucles) y puede de hecho definirse el concepto de gravitón en relatividad general y “cuántica”. El único problema de eso, lamentablemente, es que el método naive o ingenuo no funciona. Nos encontramos con una teoría no renormalizable. Para afrontar eso, el dogma hasta ahora, con éxito parcial o mixto ha sido:

      1) Usar variables no canónicas, al estilo Wilson loops, en el antedicho método de gravitación cuántica de bucles.
      2) Dotar al espacio-tiempo de estructura adicional eliminando la noción de “punto”, que es lo que hacen las teorías de (super)cuerdas.
      3) Opciones no convencionales: extender la relatividad especial y la mecánica cuántica con alguna estructura matemática no convencional. Se hablaba y se habla aún mucho de las geometrías no conmutativas, que deben mucho al trabajo pionero de Snyder y otros ahutores. También están el spacetime foam/espuma espaciotemporal de Wheeler…Que ha inspirado entre otras muchas cosas los modelos de spin foams que emanan paralelamente a la gravedad de lazos o los métodos de triangulazación dinámica causal que surgen también de ese área, y en la que se hace algo similar a lo que se hace en Lattice QCD (teoría QCD en el retículo). Ambjorn y colaboradores han hecho cosas realmente bonitas, aunque está mucho menos desarrollada que los dos anteriores. Lo último que lei hace bastante era del tema de lo que se llama teoría de campos de grupos, y también usaban algo de teorías de grafos.
      4) Métodos twistoriales (espacios proyectivos complejos). Irónicamente, cuando Penrose propuso esto, estoy seguro que pensaba en el asunto de la asimetría que parece haber en el Universo frente a P, C o incluso T de forma separada. Y los twistores se han usado creo en casi los 3 casos anteriores a distinto tipo de complejidad y sofisticación…Cosas de Penrose…
      5) Algo que todavía no hemos pensado…

      IMportante Alba, es que te des cuenta de que gravitación y discontinuidad o discretitud cuántica NO son excluyentes…La teoría de cuerdas, loops, y otros enfoques…Son prueba de ello. El problema con la gravedad y la cuantización de la misma es un problema de fundamento y consistencia, así como (y esto es lo más importante) de verificación experimental…Cuando se dice que una teoría cuántica de gravedad no existe, hay que saber que lo que se dice es que “no existe” un sustrato cuántico del que emerja la gravedad “en la actualidad”(insisto) porque el espacio-tiempo es continuo hasta donde hoy sabemos… No significa que NO lo sea, ni que no pueda probarse, ni que sea “excluyente”…En absoluto…Simplemente, toda teoría efectiva que contiene gravedad cuántica en la actualidad es:

      1)Una teoría de cuerdas en la que computas scattering de gravitones y otros procesos de forma finita, pero no da señales de otro tipo (ni resonancias kaluza-klein, ni branas, ni signos de estados Randall-Sundrum,…De momento cero evidencia en LHC).

      2)Una teoría de gravedad cuántica no convencional en variables Loop. El problema ahí es que si bien se predice el espectro discreto de área, volumen o longitud, no hay una forma hasta ahora completa y consistente de introducir los campos de materia. He leido algo sobre los avances en LQG y supersimetría (creo de hecho que hay un “lector” aquí que se dedica a ese campo que te dará más detalles).

      3)Una geometría noconmutativa o algo más raro, tipo (super)twistor…

      4)Algo que aún no hemos pensado.

      De hecho, hay un enfoque popular y ciertamente semipredictivo basado en una propiedad de la gravedad que sugirió S.Weinberg. Él sugirió que la gravedad podría ser noperturbativamente renormalizable SI era lo que se ha venido en llamar “asintóticamente segura”…No sé lo que sabes de campos, pero esencialmente, sería algo que protegería a la gravedad de ser cuantizada de forma usual. QCD (cromodinámica cuántica, la teoría de quarks y gluones) tiene una propiedad llamada libertad asintótica que la hace bien definida a pesar de no ser perturbativemente renormalizable¡¡!! No es sitio aquí para que me explaye, pero la libertad asintótica hace que a alta energía los quarks se comporten como partículas “libres” (a mí me gusta decir mejor casilibres) y su función beta, que mide la variación de la energía de su constante de acoplo, tiene cierta propiedad que lo hace posible. En términos más técnicos, se dice que una teoría asintóticamente libre tiene un punto fijo ultravioleta trivial o gausiano en la dinámica del (semi)grupo de renormalización (que dicta la función beta de QCD).
      En cambio, con la gravedad, el punto de Weinberg, creo que lo postuló en los ochenta, es que la gravedad si fuera no perturbativamente renormalizable (sabemos de hecho que no lo es en sentido perturbativo por las divergencias usuales al cuantizar per se la teoría de Einstein). Así, una teoría asintóticamente segura de la gravedad poseería un “punto fijo no trivial ultravioleta” y además no gausiano a priori. Sorprendentemente, esta idea tiene muchas consecuencias:

      1) SEría posible que el modelo estándar y gravedad de Einstein fueran consistentes hasta la escala GUT o la escala de Planck.

      2) Es posible ver qué efecto tiene que la gravedad asintóticamente segura tendría sobre un parámetro como la masa del Higgs en el SM. Por increible que parezca, esto lo hizo Schaposhnikov hace unos años y en 2009 y 2010 (antes del running de LHC) ya había estimado una masa del Higgs del orden de la que se ha encontrado…124-126 GeV. Y sí, esto realmente son MUY malas noticias para los que esperaban más cosas “new” en el LHC. Un Higgs “pesado”, y cuando digo pesado hablo tan solo de unos pocos GeV más, hacen inviable la seguridad asintótica de la gravedad hasta la escala de Planck. Que conste que a mí esto no me hace gracia, pero aún siento como la Naturaleza se ríe de nosotros cruelmente…Hay un peligro real de que el Higgs sea la “última” partícula antes de un gap tremendo hasta la escala de Gran Unificación o la de Planck (aunque ahí la cosa se mantiene sólo porque si los neutrinos tienen masa de milielectronvoltios, como parece por los neutrinos solares, atmosféricos y de experimentos de haces de neutrinos, entonces debe existir entre la escala electrodébil y la escala de Planck, al menos, una escala para explicar via “seesaw” o balancín las masas). En resumen, un SM Higgs puede ser de baja energía puede ser un regalo o el finiquito de la Física de Partículas en mucho tiempo. Yo espero que no, pero si alguien lograra probar (aún no está probado rigurosamente) tanto la existencia del punto fijo no trivial en la función beta de la gravedad, como su seguridad asintótica, eso sería un PALO gordo a muchos enfoques actuales que no incorporan esta sugerencia de Weinberg. Y es algo que no es baladí…Es algo muy serio saber cómo se comporta la gravedad con la energía…

      If the UV fixed point is trivial (aka Gaussian), we say that we have asymptotic freedom.

      If the UV fixed point is nontrivial, we say that we have “asymptotic safety”. Theories with asymptotic safety may be well defined at all scales despite being nonrenormalizable in perturbative sense (according to the classical scaling dimensions).

      • ¿No son excluyentes ? un poco más off topic: no sé si en realidad la teoría de supercuerdas o la loop quantum Gravity puedan explicar la naturaleza de una singularidad esacio temporal pero yo (Humildemente) interpreto que en esa cuestión si hay un choque entre la discretitud y gravitación por que la suposición habitual de la relatividad general de que el espaciotiempo es continuo trae consigo una inevitable singularidad (Una real en el sentido de un tensor de Weyl que tiene componentes que tienden a infinito), y según creo es meramente culpa del hecho de que el espaciotiempo sea continuo y permita asignar coordenadas con un grado de exactitud arbitrariamente alto. Pero la verdad es que no lo comprendo.

        De pura casualidad amarashiki ¿Sabes cuales son las dificultades con las que se ha topado la teoría de Twistores de Penrose? hace unos meses leí sobre el tema en the road to reality y un poco de aspectos matemáticos de la teoría, y las ideas me parecen muy bellas pero busco información en Google Schoolar y encuentro muy poca densidad de artículos y trabajos al respecto. Es ridículo comparado con Loop quantum gravity y teoría de supercuerdas

      • No son excluyentes, Ramiro. El asunto es que cuando intentas calcular amplitudes cuánticas con gravitones, todo se embarulla y no se sabe eliminar las divergencias que se meten por así decirlo “debajo de la almohada” en una teoría cuántica de campos perturbativa normal, como QED o la teoría electrodébil, por ejemplo. Hay teorías supersimétricas “finitas” pero distan de parecerse algo al modelo estándar. Las teorías de cuerdas pueden fijar todo y dar resultados finitos, pero el precio es elevado, hay un parámetro, la tensión de la cuerda, que fija la energía y que a mi entender sigue siendo algo misterioso. Y también introducen multitud de campos extra, en particular escalares (los moduli) cuya renormalizabilidad es algo peliagudo.Los moduli aparecen cada vez que compactificas cuerdas y tratas de obtener el límite D=3+1 de Modelo Estándar más gravedad…Y el problema de los moduli es precisamente que hay muchos de ellos y un número brutal de formas o soluciones que se parecen mucho al Modelo Estándar (el problema del landscape).

        Twistors es solamente un utensilio matemático hasta la fecha. I. Bars en su two-time Physics los usa con algo más de “realidad” por decirlo de algún modo, y están de moda periódicamente porque los están usando para calcular amplitudes en SUGRA y teorías de campos que se creían divergentes, pero parece que con twistores no. No hay mucho sobre twistores per se. Witten, o Arkani-Hamed han hablado en el pasado y más recientemente sobre el rol que tendrán los twistores a la hora de deducir el espacio-tiempo como algo efectivo (mira en el arxiv buscando por twistor o supertwistor y en la entrada de wikipedia). Como teoría en solitario, los twistores son “raros”, pero hay papers que los usan aunque muchas veces no los mencionan en el título, solamente en al abstract y a veces de pasada. De twistores como approach solitario hay casi lo mismo que del enfoque de Connes o geometría noconmutativa en el arxiv…Poco, pero generalmente bueno muchas veces (y muy formal, te lo advierto por si tienes un bagaje escaso de matemáticas avanzadas, espinores, etc). Yo lo tengo en “mi agenda” de mi blog, pero me pilla ahora mismo lejos hacer un thread de ellos, sigo en background básico y cosas “relativamente sencillas” de comprender, aunque prometo dedicarles tiempo…Algún día. Debes saber que hay muchas formas de mirar a los twistores…Pero si quieres aprender sobre ellos, la referencia básica son los dos libros de penrose sobre spinors and spacetime. The road to reality es un intento bueno, aunque muy superficial, de hacer llegar a la gente las líneas maestras de sus ideas (Penrose). No digo que sea mal libro…Yo le tengo de hecho…Aunque me quedo con los libros y papers originales de Roger.

  8. He pasado todo el día leyendo este blog todas las entradas han sido extraordinarias. Mis más sinceras felicitaciones haces que la física sea fascinante. Me hubiera encantado ver esta belleza antes y ser físico (En la actualidad estudio Matemáticas)

    Por cierto amarashiki siempre haces muy interesantes contribuciones.

    Me surgen algunas dudas puesto que no estoy muy enterado de la cronología del Big bang (Estoy pensando en pillarme muy pronto el libro de Weinberg sobre los primeros tres minutos) Pero tengo entendido que los físicos marcan t=0 en “el comienzo” de la explosión pero mi pregunta es ¿Cómo es posible que el bosón de Higgs tenga que ver con el tiempo? si en los primeros 10^-43 “segs” no existía aún el campo de Higgs ¿No se supone que el modelo de consenso afirma que “sólo existía la fuerza fundamental? y por cierto ¿ La fuerza fundamental está inmersa dentro del background (¿Espaciotiempo?) o constituye el propio espaciotiempo? ¿Qué mecanismo es que el que produce que se separe la gravedad de las demás interacciones?

    Sí existieran otros bosones de Higgs como los que predice la supersimetría ¿Estos estarían relacionados también con el tiempo? ó ¿Al menos encajan en teorías como la 2-T?, ¿El campo de Higgs del modelo estándar también dota de masa a las partículas supersimétricas?

    Estaba pensado en que en la mecánica cuántica tiempo y energía son variables conjugadas, luego energía tiene que ver con masa, y masa con el bosón de Higgs (por la fórmula de Einstein) ¿Esto es una relación entre el bosón de Higgs y el tiempo?

    “¿Un reloj con gravitones? Qué diferencia estos últimos de los demás: su peculiar no linealidad (serie de potencias con todas las potencias, no truncada como para los gluones), el hecho de que tienen espín 2 (los otros tienen espín 1), o alguna otra cosa. No sé, siempre he pensado que esa otra cosa es la clave, la restricción que le falta a la gravitación de Einstein. Lo dicho, no tengo ni idea.”

    Anda Fracis por favor explica un poco más ese párrafo. Me pareció muy misterioso

  9. Alba, yo invertiría los términos, la discontinuidad y la gravitación no me parecen excluyentes sino que son complementarias. El plegamiento que observamos en las zonas con densidad material del universo es producto de la gravedad, la cual imprime a objetos y partículas un movimiento de acordeón, oscilante, característico de los mundos macro y micro. Ese fondo liso del universo que mencionas no es un fondo estático, pienso que tiene que haber un atractor gravitatorio que jala de la materia densa en un movimiento repulsivo o de expansión que permite contrarrestar la tendencia de los objetos materiales a colapsar por la gravedad atractiva. De no ser así, y al menos en nuestro universo, asistiríamos a una creación continua de agujeros negros que convertiría al cosmos en un queso gruyere, pero no es el caso.

  10. Muchas gracias por tu amable y muy completa respuesta amarashiki.

    Me sorprenden tus comentarios sobre the road to reality, Ese texto me creo una profunda admiración a Penrose y me formó el sentimiento de maravillarme por la física y aún hay muchas partes dentro de él que me intimidan posiblemente no lo entendí bien por que yo interpreté que era un intento propio de Penrose por crear un substrato de cual el espaciotiempo es emergente. No lo tomo a mal sé que eres una persona que sabe mucho y me has motivado a que intente leer los textos mas técnicos de Penrose.

    Es fascinante la gravedad cuántica.
    Gracias

    • A ver, es un buen libro, pero muchas de las cosas que ahí cuenta lo hace de forma MUY superficial. Debo ser de los pocos que globalmente estuvo disgustado con el libro posterior “Ciclos de tiempo”. Además, Penrose y Hawking se han convertido en iconos o casi una marca de la Ciencia Inglesa, incluso Hawking reedita conocimiento previo bajo su nombre en primera plana. No tengo nada en contra de la divulgación científica de los clásicos, pero sí que una imagen o icono aparezca en titular de una recopilación de “cosas”, pues a mi entender las recopilaciones no deberían incluir a uno solo en portada. Pero es lo que tiene el poder de UK y USA. De todas formas, el descubrimiento más grande de Hawking, en principio, está fuera de la órbita del LHC en principio (la radiación hipotética de un BH cuántico y que ha de nuevo salido a la palestra con el asunto de la paradoja de la información y los firewalls, otro problema cuántico gravitacional cuya solución parece escaparse a los métodos usuales cuánticos).

      Lo que es más fascinante de la gravedad cuántica, es que NO la conocemos…Sabemos e intuimos algunas de sus consecuencias a baja energía, incluso con cuerdas o loop quantum gravity podemos hacer algunas predicciones falsables de mayor o menor calado, pero de momento está fuera de nuestro alcance al parecer dicha teoría. Para mí, como teórico, es la incógnita de las incógnitas, el mayor desafío porque tanto en teoría como en experimento todos han fracasado hasta ahora ahí…UNa teoría que explique desde el punto de vista microscópico el origen de la gravedad…y posiblemente de los cuantos de luz, los gluones o el propio Higgs, y que extienda o incorpor la teoría cuántica y las relatividades usuales como aproximaciones a baja energía. Se nos escapa a nuestra imaginación todavía…Y necesitaremos ir más allá de las cuerdas y las branas para entender la gravedad cuántica y “la teoría definitiva” del Universo observable (no discutiré teorías de Multiversos o de universos inobservables aquí, por coherencia con mis actuales principios). Un saludo.

      • Te concedo toda la razón, he de reconocer que me quedé con muchas ganas (y definitivamente no fui el único) de leer mucho más sobre espinores, física de partículas y muchísmas otras cosas más. Si no es indiscreción ¿Por qué no te agradó globalmente los ciclos del tiempo?

        Yo tengo muchas ganas de saber que es lo que tiene que decir la teoría de cuerdas y la loop quantum gravity sobre la gravedad, aunque creo que me falta mucho para ello hoy en día apenas estoy terminando de digerir en que consiste el método de cuantización canónica y estoy aprovechando para estudiar la técnica ADM en el libro de Wheeler Gravitation aún no veo por que fracasaron De Witt y los métodos “tradicionales” pero estoy realmente fascinado(vaya para acabar pronto no tengo idea de cuales son las dificultades “clásicas”). Voy a estar muy alerta a tu blog amarashiki. (Sin ningún afán de ser entrometido, sólo pregunto por curiosidad y admiración ¿Te dedicas a estos asuntos amarashiki?)

        Y bueno de ahí a poder palpar “lo que le hace falta” a la teoría de cuerdas y loop quantum gravity o los problemas que enfrentan creo que me hace falta un siglo.

      • Ciclos de tiempo es casi igual de metafísica que la actual teoría de cuerdas o incluso loops cuando ambas tratan de abordar cuestiones cosmológicas. Hay trabajos, supongo que habrás oido de ellos, en cuerdas sobre cómo pudo surgir el universo en un modelo “ekpirótico” a partir de nucleación de branas (sic). Pura metafísica que de momento no podemos testar, aunque algunos han intentado hacer predicciones de la fase inflacionaria o preinflacionaria de dicha clase de modelos cosmológicos de cuerdas, son pura fantasía. TAmbién ocurre con la relativamente nueva Cosmología de Loops, que intenta probar que el Universo primitivo no era singular sino que fue un Bounce, un rebote, de un estado metaestable anterior (sic). Ciclos de tiempo va más allá de eso o al menos se equipara, especulando sobre unos círculos en el CMB que no están comprendidos y que incluso se duda de su existencia (hasta donde yo sé, tampoco me he metido de lleno con datos de cosmología para saber si los datos eran seguros, pero me temo que no; quizás PLANCK lo aclare).

        Bueno, la técnica ADM o también el 3+1 split es algo básico, y el método de Witt o también la idea de la función de onda cuántica del Universo es algo que personalmente encontré desconcertante…Si un gato no tiene función de onda macroscópicamente hablando, ¿por qué habría de tenerla el Universo como un todo? Y sin embargo algunos han hecho cosas curiosas con la ecuación de Wheeler-DeWitt. De todas formas, es que para mí en estos momentos no me sirve de nada niguna de estas cosas, estoy metido en otras cosas…Consejo: Más que enfocarte en esa técnica, te recomiendo que adquieras una buena base de resolución de Ecuaciones de Einstein de la Relatividad General. Es mucho más práctico aprender a resolverlas rápidamente por cualquiera de los métodos que hay (heurístico, tensorial usando simetrías, cálculo de cartan de vielbeins y sistemas exteriores o algún otro método avanzado que existe; incluso si sabes programación, hay programas que resuelven numéricamente las ecuaciones) que algunas técnicas secundarias del libros de Misner,Wheeler y Thorne, Gravitation, espero no te ofendas por lo que te digo, como son ADM, el split (que se usa en relatividad numérica) o la función de onda del Universo (según Hawking, la única ecuación de la Física cuya condición de contorno es que no tiene contorno)…La Biblia Negra de la Gravedad tiene demasiadas cosas útiles, te recomiendo que en una hoja te pongas y te plantes las cosas importantes de background, y en la otra cara las cosas secundarias que quieras aprender por mor al arte. Pero insisto, en tu TODO list DEBE estar la resolución de las ecuaciones de Einstein para una métrica, o para métricas con torsión (Einstein-Cartan) más que esas cosas que me comentas. También el Modelo Cosmológico Estándar actual debe estar en tu lista (es de hecho muy fácil de explicar y aprender, lo haré yo pronto en mi blog) y si eres un fanático de estas cosas de gravedad cuántica, DEBES incluir también Termodinámica de Agujeros Negros y Teoría Cuántica de Campos en espacio-tiempo curvo (efecto Unruh en particular). Esas 4 cosas (resolución de ecuaciones de Campo, MOdelo Cosmológico, Termodinámica de agujeros negros y QFT en espacios curvos+Unruh effect), si quieres realmente tener una lectura correcta sobre el estado en que se encuentra la teoría actual de gravitación y por qué debe ser cuantizada, junto a sus problemas asociados es básico. A nivel experimental, te diría que también repases un poco la verificación experimental del principio de equivalencia en sus diferentes variantes, una de las piedras de toque de la relatividad general y cuya violación es un mantra que “generalmente” se piensa es un “indicio” de gravedad cuántica (muchos enfoques de gravedad cuántica predicen naturalmente fuentes de violación al principio de equivalencia), como podría serlo también la modificación de la relación de dispersión energía momento p^2-E^2=f(E,p), en vez de ser sólo p^2-E^2=-m^2, que es la relación usual en relatividad einsteniana (espacio de Minkovski).

        Bueno, a lo que me dedico ahora…Y lo que hago para sobrevivir y ganarme el pan, es algo que no diré en público aquí (clases particulares esencialmente, más algún otro curro secundario, blogueo y me mantengo al día con arxiv, cursos opensource, mis libros- mi habitación está llena de ellos-,y un largo etcétera). Dejémoslo por ahora en que soy físico teórico y este año me decidí a empezar un blog (Francis y otros a quien consulté fueron realmente GRANDES asesores). Veremos si logro hacer la tesis este año (mi CV de estudiante en la carrera me lastra todas las opciones en mi país y tengo una edad algo crítica para la mentalidad y ostracismo de España, no en otros países-indicio del retraso intelectual de esta nación) aunque estoy trabajando en cosas por mi cuenta solo, para poderme presentar con “cosas hechas” en un despacho y poder convencer a alguien no ya de que me dé una beca, sino una miserable oportunidad para investigar y publicar “stuff”, así como dirigirme la tesis en la que llevo ya un par de meses trabajando de momento totalmente solo.

      • Comparto la opinión de Amarashiki sobre el libro “Ciclos del tiempo” de Penrose, pura metafísica. No se trata de un libro de divulgación, sino un artículo de investigación teórico “vendido” con forma de libro de divulgación (“cuando la mona se viste de seda, mona se queda”). Todavía no entendemos los primeros instantes tras el big bang, por ello, cualquier idea sea lo que hubo antes del big bang no solo es metafísica, es metafísica de la mala. Ninguna de las ideas sobre el universo en el tiempo cero que ofrece Penrose en su libro está corroborada de forma experimental y en muchos casos son muy dudosas desde el punto de vista teórico. Sin embargo, parece que ha vendido bastantes ejemplares de su libro.

    • Ramiro, el gran objetivo de Penrose con su libro es fomentar vocaciones y creo que ha cumplido con creces su objetivo. A mi´lo único que no me gusta es que el hilo argumental del libro lleva a pensar que la teoría de twistors (la gran obra de Penrose) es la respuesta para entender el universo; hay poca gente que comparte dicha opinión con Penrose y aunque las herramientas de la teoría de twistors se están usando ahora en teoría de cuerdas y teoría cuántica de campos, sigue trabajando muy poca gente en esta teoría pues parece “poca prometedora” para cumplir su objetivo último. Yo he leído muy poco sobre teoría de twistors, así que mi opinión hay que tomarla con alfileres.

      • Mil gracias por responder Amarashiki y Francis.

        Amarashiki:

        No me ofendo en lo absoluto, todo lo contrario te doy mil gracias por tus valiosos consejos y comentarios los tomo mucho en cuenta créeme, creo que estoy muy pedido verás en la actualidad estoy esperando terminar la licenciatura en Matemáticas (con especialidad en topología diferencial) de hecho nunca he tenido una clase formal de física, he leído por mi cuenta libros de física básica paralelamente, En la actualidad estoy leyendo un libro de Herman Weyl llamado theory of groups and quantum mechanics (se me facilita un poquito más si hablan en un contexto matemático) y Gravitation de Wheeler. Paralelamente pero tengo una situación muy complicada al no tener beca y bueno primero es lo primero. Espero no te haya ofendido mi pregunta sobre a lo que te dedicas lo hice con el fin de saber si me podías hacer un comentario indicándome un camino a seguir y precisamente lo hago por que noto que eres alguien que sabe muchísimo y haces aportaciones muy interesantes y yo no tengo una persona que me guíe, lo dije con admiración y respeto créeme, Me interesa mucho el tema pero soy un completo profano de hecho a raíz de la llegada a mi vida de the road to reality (que devoré obsesivamente), otros libros (todos de Penrose) y este extraordinario blog hicieron en mi crecer una emoción incomparable por la física, sé que soy muy novato pero tengo muchas ganas Francis despertó en mi esa emoción y comentarios como los tuyos también. Diario me levanto con ganas de leer este blog y por supuesto ya me estoy dedicando a leer tú blog que es interesantísimo felicidades. Cuenta con un seguidor. Me encantaría poder ayudarte sé que eres un gran físico.

        Francis:

        Muchas gracias por molestarte en responder mi comentario me emociona mucho leerte, este blog en verdad ha cambiado mi vida, creo que debo dejar un poco el fanatismo por Penrose :), voy a explorar otras cosas creo que es muy sano y el panorama se vuelve inmenso y emocionante. Y sí sé que tienes razón Francis cuando leí los ciclos del tiempo estaba fascinado y lo releí varias veces con la misma sensación, y claro como bien mencionas yo tengo aún la sensación de que los Twistores son “el secreto”.

        Que envia a ustedes que son Físicos :)

  11. Hoy y todos los días, (casi a medianoche), leo los mensajes y doy las gracias.

    Este año fue declarado año de la Filosofía. Se abrió un concurso Iberoamericano de Ensayo sobre el tiempo.

    Envié un breve trabajo sobre el TIEMPO FUTURO DE LA HUMANIDAD.

    Es la única época (de lo que conocemos) en que podemos predecir qué va a pasar. Sí podemos formular pronósticos, tenemos muchos datos, herramientas técnicas, reflexiones teóricas y datos empíricos -aún pendientes de sistematizar- y con todo eso podemos saber que si muchas cosas siguen como están no sobrevivirá la especie humana (crisis climáticas, calentamientos, agotamiento de combustibles baratos, aumentos del uso de energía, agotamiento de agua potable, tierra fértil. Y lo más grave crisis ideológicas, políticas, científicas, éticas -concretas “dinero rápido, fácil y abundante- violencia sin límite.

    Esa capacidad de hablar sobre el tiempo -en unas 200 o 250 páginas- hace que me atreva hoy a disfrutar primero el texto sobre el tiempo. Y segundo (con un rudimentario esquema) el tiempo es una consecuencia de otras variables principales que son la energía puesta en acción y los parámetros que nosotros -el grupo humano- decida usar para hacer determinadas mediciones. (El término parámetros es el usado en las traducciones de Eistein al español).

    El tiempo sólo existe entre los grupos humanos. Somos quienes los formulamos y utilizamos (utilitaria, pragmática y mercantilmente, los usureros financistas de mundo y sus intereses por año).

    Al reconstruir la idea de la energía y un parámetro de medición humano, puede concluirse que el esquema es incompleto y necesita la integración de la variable humana que es quien fija los parámetros.

    Reitero -no por fin de año ni principio de “otro número” de otra cuenta (de la sociedad agrícola de hace 4 a 40 mil años atrás). Agradezco las energías invertidas (con tanta bondad, pasión y solidaridad humana) de hacer la página todos los días. Miles y miles leemos, difundimos, compartimos muchas cosas -sin que Francisco- lo sepa. Rostros que no veremos y que hace una obra inmortal, imperecedera, alumbra el nuevo mundo de la fraternidad y solidaridad CON HECHOS.

    Rubén López Marroquín.

  12. ¿Existe realmente el tiempo?, o sólo es un medio inventado por el hombre para medir sus actividades, que importancia tendría el tiempo si no existiese el hombre, todo en el en el universo sucedería de un modo aburrido y uniforme, surgimiento y muerte de estrellas. SOY UN AFICIONADO A LA ASTRO FÍSICA, tengo un libro que pronto daré a conocer.

  13. A mi entender todo en el universo (incluido el origen de la vida misma) es MOVIMIENTO, sin el movimiento entendido como fuerza, jamás podemos hablar de energía, espacio, tiempo, ni nunca hubiera surgido el primigenio bosson de higgs, como transmisor de masa a la materia; si bien materia es energía y viceversa, pero previo a ellos es el movimiento que los crea. pero aun previo al movimiento está un fotón como un insumo para el inicio del universo; por lo tanto el universo no es materia en expansión, sino un fractal sub atómico en crecimiento, a partir de luz condensada.

  14. No entiendo tu comentario. Si el universo es movimiento (eso escribes), no sé por qué añades que el universo no es materia en expansión. Se supone que la expansión es movimiento, luego no entiendo tu razonamiento. Respecto del Higgs, prefiero verlo como un campo en vez de uno o varios bosones.

  15. Si el universo es movimiento……. Para entender el universo los físicos, más que estudiar los objetos, las propiedades de los objetos o la materia y el movimiento, se interesan por entender el vacío. A primera vista muy bien podría interpretarse que el tiempo es solo una construcción o un concepto humano para describir y medir el movimiento, es decir los cambios de las partículas con masa. Pero sabemos que esto no es así, o al menos tiene otra explicación ya desde Einstein o anterior a este, Maxwell. Es el vacío, el que al contacto con las partículas con masa u objetos les confiere a estos las propiedades o características de movimiento. Y este vacío es espacio tiempo continuo, RE, o discontinuo, con grumos o “burbujitas” de espacio que están constantemente apareciendo y desapareciendo, cuantos, como estima la gravedad cuántica.

    Es lo que hasta ahora tenía entendido pero quizá es que esté equivocada en mi interpretación de lo leído.

  16. Desconozco qué entendía Maxwell por el vacío, tendría que repasar la bibliografía al respecto. Lo relevante de Maxwell, que sigue el pensamiento de Faraday, es el campo o éter luminífero por el que se desplazan las ondas y partículas electromagnéticas. El vacío como un mar de partículas virtuales que aparecen y desaparecen con rapidez pertenece a la episteme de la mecánica cuántica. Se dice o conjetura que en ese vacío hay campos como el Higgs que dona masa a las partículas bariónicas, veremos como se desarrolla esta línea de investigación. Respecto del movimiento y el tiempo cósmico, el fibrado de Einstein-Minkowski admite la existencia de líneas de universo o líneas de espacio-tiempo a lo largo de las cuales es posible matematizar puntos, intervalos y sucesos e incluso se dan por válidas las líneas cerradas de tiempo. Pero ya se sabe que el universo físico es diferente del fibrado de E-M.

    En cualquier caso, poco tengo que añadir a tu explicación, que me parece acertada.

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