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Breve historia del Tiempo
Una breve historia del tiempo rastrea la historia de cómo los humanos han desarrollado nuevas percepciones del tiempo, el espacio, la materia y la energía, con énfasis en la física moderna.
Resumen
Materia, energía, espacio y tiempo
Los primeros capítulos de Una breve historia del tiempo se pueden dividir en secciones de investigación que se centran en la materia y la energía a pequeña escala y el espacio y el tiempo a gran escala. Los capítulos 2, 3, 6 y 7 analizan la fusión del espacio y el tiempo en dos dimensiones interrelacionadas, aplicables a las vastas regiones del universo. Los capítulos 4 y 5 examinan los intercambios de materia y energía a niveles subatómicos. En los capítulos 8, 10, 11 y 12, Stephen Hawking explica conceptualmente cómo las dimensiones del espacio-tiempo, combinadas con la comprensión de las relaciones entre la materia y la energía dentro y alrededor de los agujeros negros, señalan el camino hacia una gran teoría unificada para explicar todo. Este ha sido el objetivo elusivo de los físicos del siglo XX y principios del XXI.
Capítulo 1, Nuestra imagen del universo
Este capítulo comienza con una descripción histórica de los desarrollos en astronomía trabajando a través de modelos progresivos del sistema solar. Se tuvieron que hacer modificaciones en estos modelos para que coincidieran con las observaciones de las propiedades de la gravedad, el tiempo y el espacio. En el ámbito de la física moderna, Hawking expone las propiedades del examen teórico expresadas en dos conjuntos incompatibles de teorías. Una es la mecánica cuántica (la investigación de las unidades más pequeñas de existencia material) y la otra es la teoría de la relatividad (la investigación de la gran escala del universo).
Capítulo 2, Espacio y tiempo
En este capítulo, Hawking introduce el papel del observador y la teoría de la relatividad en nuestra percepción del espacio y el tiempo, mostrando que no existe un punto absoluto en ninguna de las dimensiones. Hawking describe las dificultades para establecer un punto absoluto en el espacio o el tiempo que un observador pueda usar para medir con precisión los movimientos de los objetos. Las leyes de movimiento de Sir Isaac Newton son válidas en su mayor parte, aunque tanto el tiempo como la distancia en cualquier evento dado pueden ser diferentes, dependiendo del observador. Pero mientras que el tiempo y el espacio parecen estar separados cuando se mide la posición y la velocidad «con cosas como manzanas o planetas que viajan comparativamente lento», es solo al pensar en el espacio y el tiempo como dos puntos relativos de referencia que las cosas que se mueven a velocidades que se aproximan o rivalizan con esas de luz se puede medir.
Capítulo 3, El universo en expansión
Este capítulo explica la forma en que el universo parece estar expandiéndose. Hawking señala que esta expansión es observable en el comportamiento de la luz a medida que viaja grandes distancias desde las estrellas de otras galaxias hasta la Tierra. Sobre la base de la teoría de la relatividad de Einstein, los avances de los últimos 50 años prueban que el universo tuvo un comienzo en el tiempo.
Capítulo 4, El principio de incertidumbre
Si bien la teoría de la relatividad de Einstein es válida para las leyes que rigen el comportamiento de los sistemas estelares y las galaxias en el universo a gran escala, las reglas que rigen la materia en la escala más pequeña de la mecánica cuántica son muy diferentes. Para comprender la materia a escalas muy pequeñas, donde el movimiento de un solo átomo o un solo electrón podría cambiar el estado de la materia, necesitamos la mecánica cuántica. Al igual que la relatividad, la mecánica cuántica se basa en el observador, pero de una manera aún más sutil: el mismo acto de observación puede determinar el estado de la materia. Aquí, las partículas viven en un estado indeterminado, exhibiendo una dualidad onda-partícula que representa las probabilidades de lo que puede ser. Cuando se realiza una medición, la partícula de alguna manera exhibirá uno de esos resultados, comportándose como una partícula o como una onda, según el método de observación. Aunque la mecánica cuántica crea una amplia gama de posibilidades, aún no responde todas nuestras preguntas sobre cómo funciona el universo y cómo comenzó.
Capítulo 5, Partículas elementales y las fuerzas de la naturaleza
Este capítulo aborda el descubrimiento de las partículas subatómicas y las fuerzas que actúan entre ellas. Hasta el momento, las partículas más pequeñas conocidas son los quarks, que tienen varias clasificaciones, pero los científicos continúan buscando partículas aún más pequeñas. Hawking explica los cuatro tipos de fuerza (gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte, nuclear débil) y los esfuerzos para descubrir una gran teoría unificada (GUT) que las explique todas. Hasta ahora, todo menos la gravedad se han explicado dentro de un modelo. Hawking presenta y explica las simetrías combinadas de carga, paridad y tiempo (CPT) que informan este conjunto de teorías parciales. Estas simetrías ayudan a explicar algunos aspectos del universo tal como lo conocemos, pero la búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad continúa.
Capítulo 6, Agujeros negros
En este capítulo, Hawking rastrea la historia de la reciente acumulación de evidencia (y las oposiciones a ella) de la presencia de agujeros negros en nuestro universo. Traza la evolución de cómo una estrella colapsa en un agujero negro y lo que sucede con la materia, la luz y el tiempo que se acerca a las intensas fuerzas gravitatorias de uno. Determinar las propiedades de los agujeros negros primordiales (aquellos que se formaron al mismo tiempo que el universo) puede indicar la progresión de los eventos que siguieron inmediatamente al big bang.
Capítulo 7, Los agujeros negros no son tan negros
Basado en la idea de que los agujeros negros no absorben automáticamente todo lo que se acerca a ellos, sino que pueden retener la luz atrapada en sus bordes, Hawking comenzó una nueva línea de pensamiento sobre su comportamiento. Encontró que la luz forma un horizonte de eventos en el borde de un agujero negro, atrapando la luz en su campo gravitacional, del cual no escapa. Sin embargo, la radiación emitida por un agujero negro indica que su gravedad no es tan absoluta como se pensaba anteriormente.
Capítulo 8, El origen y el destino del universo
Hawking especula que varias teorías parciales implican varias propiedades específicas. Una sola teoría unificada de la mecánica cuántica y la relatividad necesitaría expresar estas propiedades. Se propone la idea de que el espacio-tiempo podría parecerse a la superficie de la Tierra, una configuración finita que no tiene límites. Si esto es así, no está claro si el universo tuvo un comienzo o tendrá un final futuro.
Capítulo 9, La flecha del tiempo
Este capítulo comienza con preguntas sobre cómo el tiempo parece moverse en una sola dirección y por qué recordamos el pasado pero no el futuro. Hawking presenta tres flechas del tiempo que separan el pasado del futuro en un universo en expansión:
- La flecha termodinámica: el desorden aumenta con el tiempo
- La flecha psicológica: se percibe que el tiempo fluye en una dirección
- La flecha cosmológica: el desorden aumenta con la expansión del universo
Hawking explica cómo una vez pensó que estas flechas podrían cambiar de dirección cuando el universo comienza a contraerse, pero luego rechaza esta idea.
Capítulo 10, Agujeros de gusano y viajes en el tiempo
Este capítulo proporciona una descripción general de la probabilidad de que el viaje en el tiempo, que es una de las tecnologías más populares en la ciencia ficción, tenga alguna base científica. El principio de la paradoja sugiere que los viajeros del tiempo al pasado no tendrían libre albedrío para cambiar el pasado. Sin embargo, la idea de muchos universos alternativos indica que los viajeros al pasado podrían llegar a un lugar pasado pero no tendrían la capacidad de regresar a su universo original. En cualquier caso, según nuestros modelos actuales que utilizan la mecánica cuántica, Hawking cree que el viaje en el tiempo no es posible en ningún sentido que sea útil para los humanos.
Capítulo 11, La unificación de la física
Hawking describe los pasos necesarios para llegar a la unificación de la física en una teoría integral. La clave está en cómo responden las cosas a la gravedad, que es insignificante a nivel cuántico pero significativa con materia de gran masa sujeta a la relatividad. Tal unificación tendría que ser aplicable a ambos extremos del espectro de la existencia. No está claro si alguna vez se encontrará una teoría unificada o si simplemente continuaremos creando mejores aproximaciones y teorías parciales.
Capítulo 12, Conclusión
El último capítulo de Una breve historia del tiempo reúne la amplia gama de especulaciones que la gente ha tenido sobre la naturaleza del ser, de dónde viene la vida y hacia dónde se dirige en el futuro. Hawking afirma que la física se acerca cada vez más a describir con precisión las leyes que rigen el qué del universo, pero también que se necesitarán pensadores de muchas disciplinas diversas para sopesar el por qué.
Back Matter, Tres científicos
La contraportada del libro incluye una breve descripción de la personalidad de tres científicos clave. Albert Einstein hizo pocos amigos con su postura pacifista y su apoyo al sionismo oa un estado judío en Palestina. Galileo Galilei luchó contra la comunidad científica y la Iglesia Católica en su determinación de apoyar la verdad de la observación. Sir Isaac Newton es descrito como un hombre polémico y desagradable.
