El bosón de Higgs no te va a hacer la cama Resumen - Javier Santaolalla

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El bosón de Higgs no te va a hacer la cama

El bosón de Higgs no te va a hacer la cama Resumen
Ciencia

Este microlibro es un resumen / crítica original basada en el libro: 

Disponible para: Lectura online, lectura en nuestras apps para iPhone/Android y envío por PDF/EPUB/MOBI a Amazon Kindle.

ISBN: 9781543674170

También disponible en audiobook

Resumen

Cada descubrimiento científico en la historia fue guiado por la curiosidad y la necesidad de encontrar armonía en la naturaleza y en el universo. En su libro, Javier Santaolalla te invita a conocer la realidad de la física, su lado más vivo. Te esperan hechos históricos, experimentos, teorías y paradojas que cuestionan cada aspecto de la realidad. ¿Estás preparado? ¡Vamos!

Un viaje a través de la historia

Desde el principio, el autor deja ver su estilo: gracioso, apasionado por la física y en búsqueda de la simpleza. El primer capítulo se divide en cuatro secciones donde repasa los highlights de la historia de la física, desde la Antigua Grecia hasta la actualidad, bajo la mirada de diferentes personajes de la cultura pop.

El primero de ellos es Ash Ketchum, con el que viajamos a la antigüedad para conocer a Tales de Mileto, un filósofo que sería el primer hombre de Occidente en dar forma a teorías e ideas sobre el mundo basadas en la lógica.

Avanzando varios siglos en el tiempo, llegamos al surgimiento de la ciencia moderna, donde ya no era suficiente que un filósofo o científico afirme algo para que esto sea real. Se impone la experimentación como base del conocimiento. La gente quería pruebas.

En las siguientes épocas nos acompañan Frodo y Sam de El Señor de Los Anillos, Luigi Bros -Mario no estaba disponible- y Luke Skywalker.

Conocemos el trabajo de John Dalton para demostrar que la materia estaba compuesta por átomos, la Ley de gravitación universal de Newton, la nueva tabla periódica compuesta por Mendeleiev y el descubrimiento del electrón por parte de Joseph Thomson, entre otros sucesos.

También presenciamos el nacimiento de la teoría de James Maxwell, que dice que la electricidad y el magnetismo tienen un mismo origen: la fuerza electromagnética.

Ya en el siglo XX se descubrieron otras dos fuerzas: la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil, ambas presentes en el núcleo de los átomos.

Estas dos, junto con la fuerza electromagnética, se incluyeron en una única ecuación que nos permite entender todo lo que ocurre en el universo y dominar las fuerzas: el Modelo Estándar, la teoría científica más exitosa de todos los tiempos. La retomaremos en unos momentos.

Partículas para todos

A principios del siglo XX se estableció que los átomos estaban compuestos por partículas llamadas protones, electrones y neutrones.

Hoy en día existe un número mucho mayor de partículas. Se descubrió que neutrones y protones están formados por quarks. Por lo que la nueva clasificación se divide en dos grandes grupos: los quarks y los leptones.

Entre los quarks encontramos quarks up, quarks down, charm, strange, top y bottom. Y dentro de los leptones tenemos al ya conocido electrón, el muón, el tauón y a los neutrinos electrónicos, muónicos y tauónicos.

Pero espera, esto no termina aquí. Cada uno de todos estos cuenta con su propia antipartícula. Iguales a sus contrapartes pero con carga opuesta. Lo bueno es que con los quarks up, down y electrones tenemos suficiente para formar cualquier cosa.

De hecho, se desconoce el uso que pueda tener el resto, aunque sí se sabe que fueron creadas en el origen del universo.

La famosa Teoría de la relatividad

Volvamos al año 1915. Albert Einstein desarrolló su teoría de la relatividad incluyendo la gravitación. Sus estudios permitieron describir el movimiento de los cuerpos en el espacio debido a la gravedad y también comprender cómo se genera esa gravedad. La carrera de Einstein despegó hasta conseguir la fama mundial.

Su teoría plantea que la velocidad de la luz es constante y que el espacio y el tiempo son relativos. Para la relatividad, el tiempo es una dimensión en la que podemos movernos como si fuera el espacio. Y estos dos están unidos, formando un nuevo concepto: el espacio-tiempo.

Si una persona se mueve, el tiempo pasa más despacio (se contrae) que para una persona parada (en reposo). El problema es que no podemos apreciar esto en el día a día, porque sólo es perceptible cuando viajamos a velocidades próximas a la velocidad de la luz. Y tal hazaña, por ahora, es imposible.

Veamos un ejemplo para comprender esta idea. Si la velocidad de la luz fuera de 120 km/h, subirte a un autobús podría cambiar totalmente tu entorno. Al momento de bajar, para ti sólo habrían transcurrido dos minutos, mientras que para el resto de las personas fuera del transporte habrían pasado dos años. Una locura, ¿no? Pero este ejemplo cumple con la teoría.

La relatividad también nos permite viajar al pasado. Una vez más, gracias a la velocidad de la luz. La estrella más próxima a la Tierra, llamada Próxima Centauri, se encuentra a cuatro años luz de distancia. Quiere decir que, cuando la miramos, no la vemos como es ahora, sino como era hace cuatro años. Viajamos en el tiempo apenas alzando nuestra vista al cielo.

Por último, la relatividad también renueva los conceptos de masa y energía con la famosa ecuación de Einstein: E = mc². Básicamente, dice que la energía (E) es igual a la masa (m) por la velocidad a la luz (c) al cuadrado. Nos indica que masa y energía son equivalentes, son lo mismo.

La masa es entonces energía muy concentrada. Una pequeña cantidad de materia contiene una energía gigante. Aunque también es muy difícil de liberar. De hecho, liberarla es el proceso que sucede en las centrales nucleares y en las bombas atómicas.

Teoría cuántica: ¿rival de la relatividad?

Al mismo tiempo que Einstein formaba la teoría de la relatividad, una nueva camada de científicos desarrolló una teoría ya existente: la teoría cuántica. Se refiere al mundo de lo pequeño, de las partículas.

Este modelo continúa abierto hasta el día de hoy y nos muestra un mundo caótico, frenético, aleatorio y de realidad incierta. De él surge la famosa paradoja del gato de Schrödinger.

A diferencia de la teoría gravitacional de Newton, la teoría de la relatividad y la cuántica no responden al sentido común. Escapan a la capacidad de nuestras mentes y nos obligan a luchar contra nuestra propia intuición.

El Modelo Estándar

La teoría de la relatividad consiguió cambiar la forma en la que vemos el tiempo, el espacio y la energía. Y la teoría cuántica desveló los secretos del mundo microscópico. Imagina el resultado de combinarlas en un único modelo. Eso es el Modelo Estándar.

Esta teoría unifica casi todo el saber obtenido en física tras dos mil quinientos años de ciencia. Es la suma de dos grandes esfuerzos por conocer la naturaleza: las partículas y sus interacciones. Las primeras forman la materia, mientras que las segundas hace que se mantengan unidas, aunque también pueden separarlas.

Consiste en una ecuación muy compleja capaz de decirnos de qué está compuesto el universo y cuáles son los elementos fundamentales de la naturaleza.

El modelo se completa con los mediadores de las fuerzas. Y las fuerzas se explican por el intercambio de partículas. Por lo tanto, existe una partícula para cada fuerza. La electromagnética cuenta con el fotón, la nuclear fuerte con el gluón, la nuclear débil con los bosones W y Z y la gravitatoria con el gravitón.

Con el Modelo Estándar también es posible crear materia a partir de energía o realizar el proceso inverso: aniquilar partículas que desaparecen en forma de energía.

A pesar de recibir tantos elogios, este modelo no es perfecto: no incluye la gravedad. Sucede que no hay forma de integrar esta cuarta fuerza. Es demasiado débil en comparación al resto. Por eso sólo se describe en la teoría relatividad general.

Por lo tanto, a falta de una nueva postura que la incluya, existen cosas que el Modelo Estándar no puede explicar en profundidad. Como los sistemas muy pequeños, donde los efectos cuánticos sean importantes, pero lo bastante masivos como para no poder ignorar la relatividad. Por ejemplo, los agujeros negros o el Big Bang.

Para comprenderlos a fondo, necesitaríamos una teoría de la gravedad cuántica.

El universo donde vivimos

Es probable que este dato no te sorprenda, pero sólo conocemos una ínfima porción del universo.

Sabemos que el Sol es una bola de gas con un diámetro más de cien veces mayor al de la Tierra. Su temperatura va de los miles de grados centígrados en su superficie a los millones de grados en su interior.

Lleva brillando unos cuatro mil quinientos millones de años y probablemente lo hará por otros cinco mil millones de años más, hasta que se le acabe el hidrógeno.

Sabemos que un día en Mercurio equivale a 59 días terrestres, que la temperatura en Venus llega a los 464 grados y que Marte es tan similar a la Tierra que incluso sería posible poblarlo en el futuro.

Esto nos indica algo que ya tenemos claro: lo frágil que es nuestro planeta y su constante deterioro.

Nuestro sistema solar se encuentra en la Vía Láctea, una galaxia que contiene entre doscientos y cuatrocientos millones de estrellas. Y todas ellas -incluyendo nuestro Sol- giran alrededor del centro de la galaxia.

Un dato curioso: en su centro, la Vía Láctea tiene un agujero negro supermasivo. Pero tranquilo, no caeremos en él, en principio… Está demasiado lejos.

El universo contiene cientos de miles de millones de galaxias. La nuestra se encuentra dentro de un cúmulo, llamado Grupo Local (parece que para este nombre se les terminó la originalidad).

Ahora volvamos a la Tierra. Somos más pequeños que un grano de arena en la inmensidad de la existencia. Qué insignificantes, ¿no? Y pensar que durante milenios nos creímos el centro de todo.

También es excitante pensar en las similitudes que hay entre el mundo de lo pequeño, con millones de átomos y partículas, y el de lo grande, con millones de estrellas y galaxias. Desde un punto de vista filosófico, podríamos decir que cada uno de nosotros es un universo en sí mismo.

La teoría del Big Bang

Si te quedan dudas acerca de nuestra ignorancia, asimila el siguiente dato: el ser humano tiene menos de doscientos mil años de existencia, mientras que el universo ya cuenta con más de trece mil millones de años de edad. Somos unos recién llegados.

Y llegó la hora de visitar el origen de todo. Pero primero, algunas aclaraciones: no existe el espacio más allá del universo. El espacio y el tiempo nacieron a la vez que el universo. No es que cuando éste se expandió ocupó un espacio “vacío” que existía con anterioridad.

De hecho, el Big Bang no sucedió en un punto, sino que surgió en todos los lugares a la vez. No existe un centro del universo. Fue el propio universo el que se estiró, aumentando el espacio entre sus elementos.

Complicado, lo sé. Si aún estás ahí, sigamos.

Todavía se desconoce con exactitud lo que sucedió en el preciso momento de la explosión y si había algo anteriormente. Para conocer eso deberíamos desarrollar la ya mencionada teoría de la gravedad cuántica.

Los primeros minutos luego del Big Bang fueron claves. Empezaron a darse las primeras reacciones entre partículas y a formarse los primeros núcleos complejos.

Desde entonces y hasta trescientos mil años después, el universo fue totalmente opaco. Luego, con la temperatura del espacio superando los tres mil grados, sucedió la recombinación, donde se formó todo el hidrógeno y el helio del universo.

Se acumularon nubes de estos gases que empezaron a girar formando las primeras estrellas y galaxias. El resto es historia.

Como cualquier teoría, la del Big Bang no fue totalmente aceptada al principio. Se necesitaba encontrar algún resto de esa explosión, una especie de ceniza cósmica. Y se encontró.

Estos restos se conocen como “fondo cósmico de microondas” (o CMB, por sus siglas en inglés), es el eco del Big Bang y se encuentra disperso por todo el espacio.

Fue detectado por primera vez en 1992, a través de una imagen que mostraba la temperatura del universo correspondiente a la era de la recombinación. Una fotografía de hace más de trece mil millones de años.

Enigmas por descubrir

A pesar de todo lo que conocemos hasta ahora, podríamos decir que no sabemos nada. 

Algunas de las incógnitas más grandes relacionadas al universo son la materia y la energía oscuras y los agujeros negros.

Sabemos que el universo está compuesto por aproximadamente un 4% de materia normal, un 23% de materia oscura y un 73% de energía oscura. Todo forma un universo plano o casi plano e infinito, que se expande aceleradamente.

¿Lo ves? No conocemos prácticamente nada.

¿Y respecto a los agujeros negros? Bueno, se sabe que son capaces de tragar todo lo que se les pone enfrente: estrellas, planetas, asteroides…

Son el resultado de la compresión extrema de la gravedad sobre la materia. Cuando ya no queda nada que contrarreste la gravedad, surgen los agujeros negros.

Notas finales

Existe una tendencia en el mundo científico: simplificar. Cada nueva teoría, aunque no siempre lo parezca, surge para encontrar una explicación más sencilla a todo lo que ocurre en el universo.

Sin embargo, al leer este microlibro, tendrás la misma sensación que Santaolalla al escribirlo: cuanto más sabemos, más nos queda por saber. Nos hacemos más preguntas. Y esto es lo que vuelva a la física tan fascinante.

Consejo de 12

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¿Quién escribió el libro?

Javier Santaolalla es un ingeniero, físico y divulgador español. Se recibió de ingeniero de telecomunicaciones por la ULPGC y obtuvo un máster en física fundamental investigando con un... (Lea mas)