1. Teorías físicas centrales y propuestas del universo.
Trabajo
CMC

2. Física teórica:
La física teórica constituye la rama de la física que elabora teorías
y modelos usando el lenguaje matemático con el fin de explicar y
comprender fenómenos físicos, aportando las herramientas
necesarias no solo para el análisis sino para la predicción del
comportamiento de los sistemas físicos. El objetivo de la física
teórica es comprender el universo elaborando unos modelos
matemáticos y conceptuales de la realidad que se utilizan para
racionalizar, explicar y predecir los fenómenos de la naturaleza,
planteando una teoría física de la realidad. Su núcleo central es la
física matemática, aunque también se usan otras técnicas
conceptuales.

3. Método de la física:
Todas las ciencias de la naturaleza poseen una característica común: son
ciencias experimentales, es decir, los conocimientos acumulados han sido
obtenidos mediante la experimentación sistemática. Este procedimiento se
denomina método científico experimental o también método empírico­
descriptivo.
No obstante, la física teórica crea y usa la matemática adecuada para
predecir fenómenos que aún no han sido observados experimentalmente así
como otros que nos permiten conocer el universo en formas no accesibles
experimentalmente, en base a principios bien demostrados
experimentalmente. Pero la demostración final de todo conocimiento en física
es experimental y hasta que no se demuestra de esta forma las predicciones
de la teoría no se puede estar seguro de la validez de una teoría o modelo. Un
ejemplo está en los aceleradores de partículas en los que se busca en muchas
ocasiones partículas previstas por el modelo de la física de partículas y
frecuentemente se encuentran otras no previstas inicialmente y que hacen
cambiar el modelo. Asimismo, las predicciones de la física teórica han indicado
a menudo la existencia de partículas no descubiertas y han proporcionado las
técnicas adecuadas para su búsqueda experimental, siendo encontradas de
forma posterior a su predicción teórica.

4. Teorías centrales:
Las teorías dominantes (a veces conocido como teorías central) son el
cuerpo de conocimiento de ambos puntos de vista fáctico y científico, y que
poseen una calidad científica habitual de pruebas de repetibilidad, y
coherencia con los parámetros bien establecidos de la ciencia y la
experimentación. No existen teorías dominantes que son generalmente
aceptadas, sino teorías que se basan únicamente en sus efectos explicar una
amplia variedad de datos, aunque la composición de la detección, y la
explicación, son aún posibles temas de debate.
Ejemplos: Es la rama de la astrofísica, que estudia la estructura
a gran escala y la dinámica del Universo. En
particular, trata de responder las preguntas acerca
del origen, la evolución y el destino del Universo.
La Nucleosíntesis del Big Bang es la teoría de la
formación de los elementos en el Universo
Cosmología física primigenio. Acaba cuando el Universo tiene tres
minutos de edad y su temperatura cae lo suficiente
como para que cese la fusión nuclear. Sólo se
produjeron los elementos más ligeros, principalmente
deuterio, helio y litio. Algunos cosmólogos han
propuesto que la nucleosíntesis del big bang sugiere
la existencia de cuatro especies "estériles" de

5. Energía oscura
En cosmología física, la energía oscura es una forma de materia o energía que estaría
presente en todo el espacio, produciendo una presión que tiende a acelerar la
expansión del Universo, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva. Considerar la
existencia de la energía oscura es la manera más frecuente de explicar las
observaciones recientes de que el Universo parece estar en expansión acelerada. En el
modelo estándar de la cosmología, la energía oscura aporta casi tres cuartas partes de
la masa­energía total del Universo. Las supernovas de tipo 1a proporcionan la principal
prueba directa de la existencia de la energía
oscura. Según a la Ley de Hubble, todas las galaxias
lejanas se alejan aparentemente de la Vía Láctea,
mostrando un desplazamiento al rojo en el espectro
luminoso debido al efecto Doppler. La medición del
factor de escala en el momento que la luz fue
emitida desde un objeto es obtenida fácilmente
midiendo el corrimiento al rojo del objeto en
recesión. Este desplazamiento indica la edad de un
objeto lejano de forma proporcional, pero no
absoluta. Por ejemplo, estudiando el espectro de un
quasar se puede saber si se formó cuando el
Universo tenía un 20% o un 30% de la edad actual,
pero no se puede saber la edad absoluta del
Universo. Para ello es necesario medir con precisión
la expansión cosmológica. El valor que representa
esta expansión en la actualidad se denomina
Constante de Hubble.

6. Si la aceleración continúa indefinidamente, el resultado final será que las galaxias exteriores al
Supercúmulo de Virgo se moverán más allá del horizonte de sucesos: no volverán a ser visibles,
porque su velocidad radial será mayor que la velocidad de la luz. Esta no es una violación de la
relatividad especial y el efecto no puede utilizarse para enviar una señal entre ellos. Realmente no
hay ninguna manera de definir la "velocidad relativa" en un espacio­tiempo curvado. La velocidad
relativa y la velocidad sólo pueden ser definidas con significado pleno en un espacio­tiempo plano
o en regiones suficientemente pequeñas (infinitesimales) de espacio­tiempo curvado. A su vez,
previene cualquier comunicación entre ellos y el objeto pase sin contactar. La Tierra, la Vía Láctea
y el Supercúmulo de Virgo, sin embargo, permanecería virtualmente sin perturbaciones mientras el
resto del Universo retrocede. En este escenario, el supercúmulo local finalmente sufriría la muerte
caliente, justo como se pensaba para un Universo plano y dominado por la materia, antes de las
medidas de la aceleración cósmica.
El fondo de microondas indica que la geometría del Universo es plana, es decir, el Universo tiene la
masa justa para que la expansión continúe indeterminadamente. Si el Universo, en vez de plano
fuese cerrado, significaría que la atracción gravitatoria de la masa que forma el Universo es mayor
que la expansión del Universo, por lo que éste se volvería a contraer (Big Crunch). Sin embargo, al
estudiar la masa del Universo se detectó muy pronto que faltaba materia para que el Universo
fuese plano. Esta "materia perdida" se denominó materia oscura. Con el descubrimiento de la
energía oscura hoy se sabe que el destino del Universo ya no depende de la geometría del mismo,
es decir, de la cantidad de masa que hay en él. En un principio la expansión del Universo se frenó
debido a la gravedad, pero hace unos 4.000 millones de años la energía oscura sobrepasó al
efecto de la fuerza gravitatoria de la materia y comenzó la aceleración de la expansión.
El futuro último del Universo depende de la naturaleza exacta de la energía oscura. Si ésta es una
constante cosmológica, el futuro del Universo será muy parecido al de un Universo plano. Sin
embargo, en algunos modelos de quintaesencia, denominados energía fantasma, la densidad de
la energía oscura aumenta con el tiempo, provocando una aceleración exponencial. En algunos
modelos extremos la aceleración sería tan rápida que superaría las fuerzas de atracción nucleares y
destruiría el Universo en unos 20.000 millones de años, en el llamado Gran Desgarro (Big Rip).

7. Materia oscura:
Se denomina materia oscura a la hipotética materia que no emite suficiente radiación
electromagnética para ser detectada con los medios técnicos actuales, pero cuya
existencia se puede deducir a partir de los efectos gravitacionales que causa en la
materia visible, tales como las estrellas o las galaxias, así como en las anisotropías del
fondo cósmico de microondas presente en el universo.
Velocidad de dispersión de las galaxias: hay lugares donde la materia oscura parece
ser un pequeño componente o estar totalmente ausente. Los cúmulos globulares no
muestran evidencias de contener materia oscura, aunque sus interacciones orbitales
con las galaxias muestran pruebas de materia oscura galáctica. Durante algún
tiempo, las mediciones del rango de velocidad de las estrellas parecía indicar la
concentración de la materia oscura en el disco galáctico de la Vía Láctea; sin
embargo, ahora parece que la alta concentración de la materia bariónica en el disco
de la galaxia (especialmente en el medio interestelar) puede influir en este
movimiento. Los perfiles de las masas de las galaxias se piensa que parecen muy
diferentes de los perfiles de la luz. El modelo típico para las galaxias de materia oscura
es una distribución lisa y esférica en halos virializados.

8. Materia oscura en cúmulos de galaxias: La materia oscura también afecta a
agrupaciones galácticas. Las medidas de Rayos X del caliente gas intracumular se
corresponden íntimamente a las observaciones de las relaciones masa­luz para grandes
cúmulos de casi 10 a 1. Muchos de los experimentos del Observatorio de rayos X
Chandra utilizan esta técnica para determinar independientemente la masa de los
cúmulos.
El cúmulo de galaxias Abell 2029 está compuesto de miles de galaxias envueltas en una
nube de gas caliente y una cantidad de materia oscura equivalente a más de diez14
soles. En el centro de este cúmulo hay una enorme galaxia con forma elíptica que se
piensa que se formó a partir de la unión de muchas galaxias más pequeñas.[13] Las
velocidades orbitales de las galaxias medidas dentro de los cúmulos de galaxias son
consistentes con las observaciones de materia oscura.

9. Termodinámica de los agujeros negro:
La termodinámica de los agujeros negros es la rama de la astrofísica desarrollada a
partir del descubrimiento de la analogía entre las leyes de la termodinámica y algunas
de las propiedades de los agujeros negros. Estos estudios fueron emprendidos en los
años 1970 por científicos como Stephen Hawking, quien a su vez planteó el fenómeno
de la evaporación de los agujeros negros en 1975 por el cual un agujero negro no es
un cuerpo absolutamente oscuro sino que podría emitir una cantidad débil de
radiación térmica.
Analogía: el estudio de los agujeros negros estableció el llamado teorema de ningún
pelo que sostiene que es posible describir estos cuerpos celestes mediante
únicamente tres parámetros: su masa M, su carga eléctrica Q y su momento cinético L.
En ausencia de momento cinético, un agujero negro es perfectamente esférico, pero
si posee un momento cinético, adoptará una forma ligeramente achatada. Así, el
parámetro que pertinentemente describe la estructura del agujero negro no es su
radio, sino su superficie que ha de entenderse como la superficie del horizonte de
sucesos que le caracteriza. Existirá por tanto una relación entre el área del agujero
negro A a los tres parámetros establecidos por el teorema.

10. Relatividad general:
La teoría general de la relatividad o relatividad general es una teoría del campo
gravitatorio y de los sistemas de referencia generales, publicada por Albert Einstein en
1915 y 1916.
El nombre de la teoría se debe a que generaliza la llamada teoría especial de la
relatividad. Los principios fundamentales introducidos en esta generalización son el
Principio de equivalencia, que describe la aceleración y la gravedad como aspectos
distintos de la misma realidad, la noción de la curvatura del espacio­tiempo y el
principio de covariancia generalizado.
Las características esenciales de la teoría de la relatividad general son las siguientes:
* El principio general de covariancia: las leyes de la física deben tomar la misma forma
matemática en todos los sistemas de coordenadas.
* El principio de equivalencia o de invariancia local de Lorentz: las leyes de la relatividad
especial (espacio plano de Minkowski) se aplican localmente para todos los
observadores inerciales.
* La curvatura del espacio­tiempo es lo que observamos como un campo gravitatorio,
en presencia de materia la geometría del espacio­tiempo no es plana sino curva, una
partícula en movimiento libre inercial en el seno de un campo gravitorio sigue una
trayectoria geodésica.

11. Teorías propuestas:
Las teorías propuestas de la física son relativamente nuevas teorías que se
ocupan del estudio de la física, que incluyen los enfoques científicos, medios
para determinar la validez de los modelos y los nuevos tipos de
razonamiento utilizados para llegar a la teoría. Sin embargo, algunas teorías
propuestas son las teorías que han existido durante décadas y han eludido a
los métodos de descubrimiento y de la prueba. Teorías propuestas pueden
incluir las teorías marginales en el proceso de establecerse (y, a veces,
ganando una mayor aceptación). Las teorías propuestas por lo general no
han sido probados.
Ejemplos :
Agujero de gusano:
En física, un agujero de gusano, también conocido como un puente de Einstein­Rosen
y en las traducciones españolas «agujero de lombriz», es una hipotética característica
topológica de un espacio­tiempo, descrita por las ecuaciones de la relatividad
general, la cual es esencialmente un «atajo» a través del espacio y el tiempo. Un
agujero de gusano tiene por lo menos dos extremos, conectados a una única
«garganta», pudiendo la materia 'desplazarse' de un extremo a otro pasando a través
de ésta. Hasta la fecha no se ha encontrado ninguna evidencia que el espacio­
tiempo conocido contenga estructuras de este tipo, por lo que en la actualidad son
sólo una posibilidad teórica.

12. La definición topológica de agujero de gusano
no es intuitiva. Se dice que en una región
compacta del espacio­tiempo existe un agujero
de gusano cuando su conjunto frontera es
topológicamente trivial pero cuyo interior no es
simplemente conexo.
Viajes en el tiempo: Un agujero de gusano podría
permitir en teoría el viaje en el tiempo. Esto podría
llevarse a cabo acelerando el extremo final de
un agujero de gusano a una velocidad
relativamente alta respecto de su otro extremo. La dilatación de tiempo relativista
resultaría en una boca del agujero de gusano acelerada envejeciendo más lentamente
que la boca estacionaria, visto por un observador externo, de forma parecida a lo que
se observa en la paradoja de los gemelos. Sin embargo, el tiempo pasa diferente a
través del agujero de gusano respecto del exterior, por lo que, los relojes sincronizados
en cada boca permanecerán sincronizados para alguien viajando a través del agujero
de gusano, sin importar cuanto se muevan las bocas. Esto quiere decir que cualquier
cosa que entre por la boca acelerada del agujero de gusano podría salir por la boca
estacionaria en un punto temporal anterior al de su entrada si la dilatación de tiempo
ha sido suficiente.
Viajes a velocidades superiores a la de la luz: la relatividad especial sólo tiene aplicación
localmente. Los agujeros de gusano — si en efecto existiesen— permitirían teóricamente
el viaje superluminal (más rápido que la luz) asegurando que la velocidad de la luz no es
excedida localmente en ningún momento. Al viajar a través de un agujero de gusano,
las velocidades son subluminales (por debajo de la velocidad de la luz).

13. Teoría de cuerdas:
La teoría de cuerdas es un modelo fundamental de la física que básicamente asume
que las partículas materiales aparentemente puntuales son en realidad "estados
vibracionales" de un objeto extendido más básico llamado "cuerda" o "filamento".
De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un "punto" sin estructura interna y
de dimensión cero, sino un amasijo de cuerdas minúsculas que vibran en un espacio­
tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que
moverse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a nivel
"microscópico" se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una
cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse;
puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces,
macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces
veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta
teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M, pretende
alejarse de la concepción del punto­partícula.
La siguiente formulación de una teoría de cuerdas se debe a Jöel Scherk y John
Schwuarz, que en 1974 publicaron un artículo en el que demostraban que una teoría
basada en objetos unidimensionales o "cuerdas" en lugar de partículas puntuales
podía describir la fuerza gravitatoria. Aunque estas ideas no recibieron en ese
momento mucha atención hasta la Primera revolución de supercuerdas de 1984. De
acuerdo con la formulación de la teoría de cuerdas surgida de esta revolución, las
teorías de cuerdas pueden considerarse de hecho un caso general de teoría de
Kaluza­Klein cuantizada.

14. Las ideas fundamentales son dos:
* Los objetos básicos de la teoría no serían partículas puntuales sino objetos
unidimensionales extendidos (en las cinco teorías de cuerdas convencionales estos
objetos eran unidimensionales o "cuerdas"; actualmente en la teoría­M se admiten
también de dimensión superior o "p­branas"). Esto renormaliza algunos infinitos de los
cálculos perturbativos.
* El espacio­tiempo en el que se mueven las cuerdas y p­branas de la teoría no
sería el espacio­tiempo ordinario de 4 dimensiones sino un espacio de tipo Kaluza­
Klein, en el que a las cuatro dimensiones convencionales se añaden 6 dimensiones
compactificadas en forma de variedad de Calabi­Yau. Por tanto
convencionalmente en la teoría de cuerdas existe 1 dimensión temporal, 3
dimensiones espaciales ordinarias y 6 dimensiones compactificadas e inobservables
en la práctica.
Teoría M:
La teoría M contiene mucho más que cuerdas. Contiene tanto objetos de mayor como
menor dimensionalidad. Estos objetos son llamados P­branas* donde p denota su
dimensionalidad (así, 1­brana podría ser una cuerda y 2­brana una membrana) o D­
branas (si son cuerdas abiertas). Objetos de mayores dimensiones siempre estuvieron
presentes en la teoría de las cuerdas pero nunca pudieron ser estudiados antes de la
Segunda Revolución de las Supercuerdas debido a su naturaleza no­perturbativa.
Incluso se ha sugerido que el Big bang fue producido por la colisión de dos de estas
membranas, brotando nuestro Universo.
Nota: La Teoría­M , concibe una organizacion de esferas/membranas sin fin pero con un
orden subyacente. Para esta hipótesis, orden holográfico, definirá entre otros, el

15. Gravedad cuántica de los bucles (LQG):
Es una teoría de gravedad cuántica, que mezcla las teorías aparentemente
incompatibles de la mecánica cuántica y la relatividad general. Como teoría de la
gravedad cuántica, es el competidor principal de la teoría de las cuerdas, aunque
quienes sostienen esta última exceden en número a quienes sostienen la teoría de
bucles por un factor, aproximadamente, de 10 a 1.
Esta teoría sugiere que el espacio puede tratarse como una fina red tejida con un
número finitos de lazos o bucles cuantizados que se denomina red de espín. Si
incorporamos el tiempo a estas redes entonces tendremos una espuma de espín. En
otras palabras, LQG plantea que a escalas muy pequeñas (a distancia de Planck), el
espacio­tiempo está formado por una red de lazos entretejidos en una especie de
espuma. Defiende que el espacio no es suave y continuo sino que consta de trozos
indivisibles de 10­35 metros de diámetro. La LQG define el espacio­tiempo como una
red de enlaces abstractos que conecta estos volúmenes de espacio (= lazos o
bucles), como si fueran los nodos enlazados de un grafo.
Características:
LQG y el límite clásico: Cualquier teoría exitosa de la gravedad cuántica debe
proporcionar predicciones físicas que emparejen de cerca la observación conocida,
y reproducir los resultados de la teoría de campos cuánticos y de la gravedad. Hasta
la fecha la teoría de Einstein de la relatividad general es la teoría más acertada de la
gravedad. Se ha mostrado que cuantificar las ecuaciones del campo de la
relatividad general no recuperará necesariamente esas ecuaciones en el límite
clásico. Sigue siendo confuso si LQG da los resultados que emparejan la relatividad

16. Cosmología cuántica de la LQG: Un principio importante en la cosmología cuántica
al cual LQG adhiere, es que no hay observadores exteriores al universo. Todos los
observadores deben ser una parte del universo que están observando. Sin embargo,
porque los conos de luz limitan la información que está disponible para cualquier
observador, la idea platónica de verdades absolutas no existe en un universo de
LQG. En su lugar, existe una consistencia de verdades en que cada observador, si es
veraz, reportará resultados consistentes pero no necesariamente iguales.
Otro principio importante gira alrededor de la constante cosmológica, que es la
densidad de la energía inherente a un vacío.
El Big Bang en la LQG: La LQG se ha asociado a un modelo en el que el Big bang es
precedido por una o varias fases previas de colapso y expansión, en una especie de
'rebote' llamado Big bounce. LQG permite hacer cálculos y computar lo que puede
haber pasado antes del Big bang, e indican de forma rotunda que antes del Big
bang hubo otro universo que se contrajo y luego, al rebotar, dio lugar al nuestro.
Según este modelo cosmológico simplificado basado en LGQ, si retrocedemos en el
tiempo, el Universo se hace cada vez más denso hasta que no se puede comprimir
más, pasándose luego a una fase de expansión hacia atrás en el tiempo (colapso en
el sentido del tiempo habitual).
Por tanto, nuestro universo sería el resultado del rebote de un universo previo que
colapsó bajo los efectos de la gravedad sin pasar por una singularidad. Las
preguntas que surgen son muchas, todas estas preguntas se están investigando y no
hay una respuesta clara. Quizás el estudio en detalle de la radiación cósmica de
fondo nos dé pistas al respecto y nos diga si esta teoría va por buen camino.
Permitiría someter esta teoría al escrutinio experimental, y corroborar o refutar el
modelo de evolución del universo que se infiere de la LQG

17. FIN