Divulgación ¿Sólo nos quedan 4-1 fuerzas fundamentales en la naturaleza?

[natanael]

La fuerza de gravedad fué reemplazada por un nuevo concepto: "la curvatura del espacio tiempo".

¿Eso quiere decir que ahora sólo nos quedan tres fuerzas fundamentales genuinas? es decir, que puedan ser usadas en ecuaciones como por ejemplo $\int \mathbf{F} \cdot d\mathbf{r}$

La nueva definición "la curvatura del espacio tiempo":
¿No deja mal a la definición de energía ($\int \mathbf{F} \cdot d\mathbf{r}$)?

¿$W = \int \mathbf{curvatura} \cdot d\mathbf{r}$?

En otras palabras:

¿Cómo se definiría la energía en términos de curvaturas?

Ojalá sea tan sencilla como $\int \mathbf{F} \cdot d\mathbf{r}$

De existir la nueva definición:

¿En una misma teoría física (marco teórico) se podría tener dos definiciones distintas para una misma cosa (energía)?

[JDiaz]

Re: ¿Sólo nos quedan 4-1 fuerzas fundamentales en la naturaleza?

Precisamente ese es el gran problema de la física actual. Las tres fuerzas cuánticas (electromagnetismo, fuerte, débil) están escritas en un lenguaje cuántico, mientras que la gravedad está escrita en términos de curvatura. Para las primeras las fuerzas son intercambios de partículas, y para la segunda, como bien dices, curvatura. Ha habido intentos de traducir unas al otro lenguaje en ambas direcciones sin mucho éxito. La propuesta de cuerdas es un ejemplo de ello, pero hay muchas más.

La energía en física moderna tiene una definición algo más abstracta (y complicada). Grosso modo se define a partir de la "acción" y el Hamiltoniano del sistema a estudiar.

Por ejemplo, dentro de la relatividad hay varias formas de aproximarse a la energía de un sistema.

[r1r1]

Re: ¿Sólo nos quedan 4-1 fuerzas fundamentales en la naturaleza?

El concepto de fuerza es un concepto que aunque intuitivo, en la física moderna, se define como la derivada del momento lineal lagrangiano con respecto al tiempo. Que desde luego, salvo en mecánica clásica no relativista, no coincide con el concepto de Newton de fuerza. Es un anacrónismo que en los libros de IES actuales se siga recurriendo a ese concepto en el sentido newtoniano. Pero en fin, al menos es España, como en general los físicos odiamos la química, y los químicos, que al ser más y su trabajo más aplicable a la industria, sustentan un poder basado en la economía de mercado miles de veces mayor que el delos físicos, pues son ellos los que dictan las reglas en los textos de secundaria. La física se contradice por falta de una teoría unificada, los químicos se contradicen a sí mismos. Consideran que una molécula es la unidad mínima de una sustancia, cuando una sustancia se define en base a sus propiedades extensivas e intensivas, y no a una molécula. Hay sustancias puras, por ejemplo, el aire en estado gaseoso, que está compuesto por muchas moléculas distintas. Y si las sutancias tienen como característica un punto de fusión, que es una temperatura, la definición de temperatura es una definición estadística, de hecho es una magnitud, que dado su caracter macroscópico, no es un observable en física cuántica. Así que definir una molécula como la unidad mínima de una sustancia, hacen falta varios de moléculas en un volumen, pare decir que ese volumen puede esta ocupado por una o varias sustancias. Bueno, la energía en la teoría de la relatividad (en realidad la definición original de energíe es T-U, pero eso en mecánica relativista, ya no coincide con el Hamiltoniano, que es lo que realmente puede conservarse si las leyes físicas son (por pura lógica) invariantes debido a la homogeneidad del tiempo), así que actualmente el nombre energía, salvo en algún libro de mecánica teórica clásico, es sinónimo de Hamiltoniano. Teniendo esto en cuenta, hay 2 definiciones de energía, como de cualquier magnitud al pasar de física clásica a física cuántica, pero nada más. Si nuestra precisión no excede el principio de incertidumbre, podemos seguir tratando la energía como una magnitud clásica, y si no, como un operador en física cuántica (y sus extensiones, tería cuántica de campos, etc....) Y hasta dónde conocemos, hay 4 fuerzas, no 3 en la Naturaleza. Realmente la física, al contrario que las matemáticas, es una teoría que tiene diversas leyes para diversos ámbitos y se contradicen (no es cuestión de si la Relatividad General y la Toería Cuántica de Campos son verdaderas en el universo real, es que a la escala de Planck , ambas teorías presentan contradicciones lógicas, luego ninguna de ellas es la teoría fundamental) Por desgracia, los gobiernos parece ser que no consideran importante descubrir la teoría del todo, que explique el universo. Por supuesto, la teoría del todo implica ciertas premisas, se debe conocer mediante deducciones matemático filosóficas las teorías, salvo el valor de las constantes universales, que eso sí se puede descubrir experimentalmente. Cualquier teoría que no se plantee en esos términos no deja de ser un modelo ( y no una teoría) que se podrá aplicar a un colección de sistemas y situaciones, pero nunca sabremos que es la ley universal, que tiene que existir, aunque nuestra capacidad de pensamiento humana, no nos lleve a descubrirla. Pero desde luego los supuestos impedimentos que no permiten hallarla como los teoremas de incompletitud de Gödel, por mucho que eminencias de la Física como Penrose o Stephen Hawking defiendan esa tesis, carece de cualquier fundamento. Las ecuacione diferenciales tienen definiciones precisas, y soluciones precisas, y nosotros no medimos con precisión infinita, es imposible fisicamente, luego la posibilidad de distinguir en las teorías matemáticas que sirven como base a las matemáticas (ZFC (que es la más famosa aunque tiene el defecto de que no es más que ZFC-axioma de infinito, que es equiconsistente con PA1, cuya consistencia es pura lógica, a la que se añade el axioma del infinito (evidentemente, todos sabemos distinguir, hasta un niño, lo finito de lo infinito, y alguna diferencia tiene que haber pues si no , sería imposible distinguir ambos conceptos)), u otras como NFU, que en la formulación de Jensen, estudiada con detalle por el matemático Randall Holmes, no requiere la existencia de conjuntos infinitos a priori, sino que los define, con lo cuál su consitencia está fuera de toda duda. Si os interesa saber más sobre esta teoría, http://math.boisestate.edu/~holmes/holmes/head.pdf

[visitante20160513]

Re: ¿Sólo nos quedan 4-1 fuerzas fundamentales en la naturaleza?

Sencillísimo, ¿no?

[r1r1]

Re: ¿Sólo nos quedan 4-1 fuerzas fundamentales en la naturaleza?

Pues no, de sencillo no le veo nada, no son 4-1=3, son 4 fuerzas conocidas. Y no tengo muy clara la física que no hay más, en mi mensaje publicado hoy dejo claro toda mi postura (postura que considero absolutamente verdadera, salvo que haya cometido algún error en el razonamiento, y que, de ser así, agradecería me corrigieráis. Saludos

[visitante20160513]

Re: ¿Sólo nos quedan 4-1 fuerzas fundamentales en la naturaleza?

Bueno, disculpa mi tono que quizás se paso un poco de irónico. Solo quise expresar que para ayudar a quien preguntó no era la respuesta más adecuada, pero bueno ya creo que natanael captó la idea. De sencillo nada, claro. Las fuerzas fundamentales siguen siendo 4, (creo que 3 ya están unificadas) y la cuarta es la gravedad (que es la forma en que percibimos la curvatura del espacio tiempo) aunque las teorías que las explican son muy complejas para resumirlas aquí. Para poder entenderlas tienes que estudiar antes muchas matemáticas y mucha física, así que paciencia que si insistes todo acaba llegando.

Salu2, Jabato.

[Nedwer]

Re: ¿Sólo nos quedan 4-1 fuerzas fundamentales en la naturaleza?

¿Qué hay de la fuerza "electrodébil"?(electromagnetismo+nuclear débil)

[Alriga]

Re: ¿Sólo nos quedan 4-1 fuerzas fundamentales en la naturaleza?

¿Qué hay de la fuerza "electrodébil"?(electromagnetismo+nuclear débil)

La fuerza nuclear débil y la electromagnética parecen muy diferentes en el universo actual en el que la temperatura es relativamente baja, pero cuando el universo era mucho más caliente, (la energía de equilibrio térmico era del orden de 100 GeV), estas fuerzas eran esencialmente idénticas, es decir constituían una fuerza unificada a la que se le denomina electrodébil.

Pero como la partícula de intercambio de la parte electromagnética es el fotón sin masa, y las partículas de intercambio de la interacción débil son las partículas masivas W y Z, se produjo una Ruptura espontánea de la simetría cuando la energía disponible cayó por debajo de unos 80 GeV, y las fuerzas débil y electromagnética tomaron el aspecto diferente que observamos habitualmente.

Observa como en el gráfico que sigue para valores menores de 80 GeV, (en el eje de abcisas figura su cuadrado $\simeq 80 \ GeV \times 80 \ GeV = \notcien{6.4}{3} \ GeV^2$ ) la interacción electromagnética en rojo se separa de de la interacción nuclear débil en azul, mientras que para valores mayores de energía son indistinguibles.

La belleza de la ciencia: La mejor ilustración de la unificación electrodébil

Saludos.

[Nedwer]

Re: ¿Sólo nos quedan 4-1 fuerzas fundamentales en la naturaleza?

La fuerza nuclear débil y la electromagnética parecen muy diferentes en el universo actual en el que la temperatura es relativamente baja, pero cuando el universo era mucho más caliente, (la energía de equilibrio térmico era del orden de 100 GeV), estas fuerzas eran esencialmente idénticas, es decir constituían una fuerza unificada a la que se le denomina electrodébil.

Pero como la partícula de intercambio de la parte electromagnética es el fotón sin masa, y las partículas de intercambio de la interacción débil son las partículas masivas W y Z, se produjo una Ruptura espontánea de la simetría cuando la energía disponible cayó por debajo de unos 80 GeV, y las fuerzas débil y electromagnética tomaron el aspecto diferente que observamos habitualmente.

Observa como en el gráfico que sigue para valores menores de 80 GeV, (en el eje de abcisas figura su cuadrado $\simeq 80 \ GeV \times 80 \ GeV = \notcien{6.4}{3} \ GeV^2$ ) la interacción electromagnética en rojo se separa de de la interacción nuclear débil en azul, mientras que para valores mayores de energía son indistinguibles.

La belleza de la ciencia: La mejor ilustración de la unificación electrodébil

Saludos.

Entonces no se puede considerar a ambas como una sola fuerza(actualmente),gracias a que su partícula de intercambio es distinta.
Excelente explicación, concisa.El libro de Brian Greene no tenía este GRAN detalle(que en el sistema actual no funcionan como una sola)