Los 5 mayores misterios sin resolver de la física

Energía oscura y materia oscura

La materia oscura parece rodeada por la paradoja del conocimiento: los científicos saben más sobre lo que no es que sobre lo que es.

La materia oscura no se puede ver directamente y tampoco se ha detectado aún por medios indirectos. En cambio, la existencia y las propiedades de la materia oscura se juzgan a partir de sus efectos gravitacionales sobre la materia visible, la radiación y la estructura del Universo. Imagínelo como un pegamento mágico, que no solo mantiene las galaxias una al lado de la otra, sino que también es en parte responsable de su formación.

Este concepto se planteó por primera vez en 1933 para explicar las desviaciones matemáticas en el cálculo de la masa de las galaxias. Muchos físicos estiman que ronda el 83 por ciento. Materia en el universo, ¡aunque todavía tenemos que probar que realmente existe!

Independientemente de cómo los científicos calculen, los fines de la mayoría de los factores no «se encuentran». Aunque el universo atrae el espacio-tiempo, un modelo matemático que combina las coordenadas del espacio y el tiempo en un todo unificado, se está expandiendo hacia afuera cada vez más rápido. Para explicar esto, los astrofísicos han propuesto un factor invisible que neutraliza la gravedad al empujar el espacio-tiempo hacia los países: la energía oscura.

En términos generales, este es un modelo energético hipotético responsable de la expansión del Universo. Con base en la tasa de expansión observada, los científicos asumen que la suma de todas las energías oscuras debería ser superior al 70%. de todos los contenidos del Universo. Sin embargo, nadie sabe todavía cómo buscar esta forma de energía.

¿Por qué el tiempo fluye en una sola dirección?

Como se mencionó anteriormente, desde la época de Einstein, los físicos han visto el espacio y el tiempo como una estructura de cuatro dimensiones llamada espacio-tiempo. Pero el espacio difiere de vez en cuando de varias formas muy esenciales. Podemos movernos libremente en el espacio como queramos. En términos de tiempo, podemos decir que estamos estancados. Estamos envejeciendo, no somos más jóvenes. Recordamos el pasado, pero no el futuro. El tiempo, a diferencia del espacio, parece tener una dirección deseada; los físicos lo llaman la «flecha del tiempo».

Algunos físicos sospechan que la segunda ley de la termodinámica es una pista. Indica que la entropía del sistema físico (aproximadamente la cantidad de desorden) aumenta con el tiempo, y los físicos creen que es este aumento el que da dirección a lo largo del tiempo. (Por ejemplo, una taza de té rota tiene más entropía que una taza intacta y, en realidad, las tazas rotas siempre aparecen después de la intacta, no antes).

La entropía ahora puede aumentar porque era más pequeña, pero ¿por qué era pequeña al principio? ¿Era la entropía del universo anormalmente baja antes de casi 14 mil millones? el año del Big Bang? Nadie sabe.

Aparentemente, tendremos que aceptar el proceso de envejecimiento.

Universos paralelos

Los datos astrofísicos sugieren que el espacio-tiempo puede ser plano en lugar de curvo, por lo que dura para siempre. Si es así, entonces nuestro reino visible (que consideramos como el Universo) es sólo una parte de un «universo múltiple acolchado» infinitamente grande. Juntas, las leyes de la mecánica cuántica dictan que cada punto cósmico contiene solo un número finito de posibles configuraciones de partículas. Entonces, con un número infinito de manchas cósmicas, la disposición de las partículas que contienen se ve obligada a repetirse, infinitas veces.

Foto de 123RF.com / Tierras paralelas

Esto significa que hay un número infinito de universos paralelos: aquellos que son exactamente iguales al nuestro, que difieren en la posición de una sola partícula, la posición de dos partículas, etc.

Si esto es cierto, todavía no hay evidencia de la existencia de universos paralelos y una alta probabilidad de que nunca lo sea.

¿Qué sucede en los agujeros negros?

¿Qué sucede con la información del objeto si es absorbida por un agujero negro? Según las teorías actuales, si arrojara un cubo de hierro a un agujero negro, esta información no sería reproducible. Esto se debe a que la gravedad de un agujero negro es tan fuerte que su velocidad de salida es mayor que la velocidad de la luz, y la luz es lo más rápido que se conoce. Sin embargo, una rama de la ciencia llamada mecánica cuántica afirma que la información cuántica no se puede destruir. «Si destruye esta información de alguna manera, algo pasará», dijo Robert McNees, profesor asociado de física en la Universidad de Loyola en Chicago.

Foto de 123RF.com/Ilustración de un agujero negro supermasivo

La información cuántica es ligeramente diferente de la información que almacenamos en las computadoras en forma de 1 y 0, o lo que hay en nuestro cerebro. Esto se debe a que las teorías cuánticas no proporcionan información precisa, como la ubicación del objeto, como en el cálculo de la trayectoria de una pelota de béisbol en mecánica. En cambio, estas teorías revelan la ubicación más probable o el resultado más probable de una acción en particular. Por lo tanto, las probabilidades de todos los eventos diferentes deben ser del 1 o del 100 por ciento. (Por ejemplo, cuando lanza un dado hexagonal, la probabilidad de que un número en particular caiga es un sexto, por lo que las probabilidades de todos los números son iguales a 1, y no puede estar seguro de que sucederá algo, más del 100 por ciento). Por eso la teoría cuántica se llama unitaria. Si sabe cómo termina el sistema, puede calcular cómo comenzó.

Todo lo que necesita para describir un agujero negro es masa, momento angular (si está girando) y carga. Nada sale del agujero negro excepto el lento flujo de radiación térmica llamada radiación de Hawking. Por lo que se sabe, no hay forma de hacer el cálculo inverso y determinar qué se tragó realmente el agujero negro. La información se destruye. Pero la teoría cuántica dice que la información no puede ser completamente inaccesible. Aquí es donde reside la «paradoja de la información».

Se ha trabajado mucho en este tema, en particular por Stephen Hawking y Steven Peris, quienes en 2015 sugirieron que la información no debe almacenarse en lo profundo del agujero negro, sino mantenerse dentro de su límite, llamado eventos del horizonte. Muchos otros han intentado resolver esta paradoja. Hasta ahora, los físicos no pueden ponerse de acuerdo sobre una explicación y es poco probable que estén de acuerdo durante algún tiempo.

Orden del caos

Los físicos no pueden identificar un conjunto de ecuaciones que describan el comportamiento de los líquidos, del agua al aire y de todos los demás líquidos y gases. De hecho, no se sabe si existe una solución general de ecuaciones, y si la hay, si describe fluidos en todas partes o si contiene puntos desconocidos llamados singularidades.

Foto de 123RF.com/Water Vortex

Por tanto, no se comprende bien la naturaleza del caos. Los físicos y matemáticos se preguntan si el clima es difícil de predecir o si es esencialmente impredecible. ¿O tal vez todo tiene sentido cuando se enfrenta al matemático adecuado?