Del mundo cuántico al universo en expansión

DEL MUNDO CUÁNTICO AL
UNIVERSO EN EXPANSIÓN
Autor: SHAHEN

1

HACYAN

COMITÉ DE SELECCIÓN
EDICIONES
DEDICATORIA
INTRODUCCION
I. MATERIA, LUZ Y ANTIMATERIA
II.LAS FUERZAS DE LA NATURALEZA
III. EL MODELO ESTÁNDAR
IV. LAS SIMETRÍAS DEL MUNDO CUÁNTICO
V. MÁS ALLÁ DEL MODELO ESTÁNDAR
VI. EL UNIVERSO
VII.EL UNIVERSO INFLACIONARIO
VIII. CONSECUENCIAS DE LA INFLACIÓN
GLOSARIOCOLOFÓN
CONTRAPORTADA

2

COMITÉ DE SELECCIÓN
Dr. Antonio Alonso
Dr. Juan Ramón de la Fuente
Dr. Jorge Flores
Dr. Leopoldo García-Colín
Dr. Tomás Garza
Dr. Gonzalo Halffter
Dr. Guillermo Haro †
Dr. Jaime Martuscelli
Dr. Héctor Nava Jaimes
Dr. Manuel Peimbert
Dr. Juan José Rivaud
Dr. Emilio Rosenblueth †
Dr. José Sarukhán
Dr. Guillermo Soberón
Coordinadora Fundadora:
Física AlejandraJaidar †
Coordinadora:
María del Carmen Farías

3

EDICIONES

Primera edición, 1994
La Ciencia para Todos es proyecto y propiedad del Fondo de
Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos.
Se publica con los auspicios de la Subsecretaría de Educación
Superior de Investigación Científica de la SEP y del Consejo
Nacional de Ciencia y Tecnología.
D.R. © 1994, FONDO DECULTURA ECONÓMICA, S. A.
DE C. V.
Carretera Picacho-Ajusco 227; 14200 México, D.F.
ISBN- 968-16-4435-2
Impreso en México

4

DEDICATORIA

"It ain't necessarily so.
De t'ings dat yo li'ble
To read in de Bible.
It ain't. necessarily so."
Porgy and Bess
Acto II, escena 2
GERSHWIN & HEYWARD

5

INTRODUCCIÓN

¿Puede la materia dividirse indefinidamente? Demócrito afirmaba, hace másde dos mil años que la materia esta formada de
átomos, partículas diminutas e indivisibles. El tiempo le dio la
razón. A principios del siglo XX quedó plenamente establecido
que todos los cuerpos materiales están formados por átomos,
cuyo tamaño es del orden de unas cuantas millonésimas de
milímetro.
La palabra átomo significa "indivisible" en griego y se utilizó
hace menos de un siglopara designar lo que parecía ser el
constituyente más pequeño de la materia. Pero pronto se descubrió que lo que se había identificado como un átomo está
formado, a su vez, por partículas aún más pequeñas. A éstas se
les llamó partículas elementales con la esperanza de que fueran
efectivamente elementales, es decir, sin más constituyentes.
Pero el Universo no se puede reducir sólo a partículaselementales. El Universo es dinámico; todos los cuerpos interactúan
entre sí por medio de fuerzas —de las cuales la gravitacional es
la más familiar. Las partículas, junto con sus interacciones, son
los elementos fundamentales del Universo.
Para explicar las fuerzas de la naturaleza, los físicos inventaron
un nuevo concepto, el campo, que resultó ser de enorme utilidad para describir losfenómenos físicos. Partículas y campos
resultaron ser dos facetas, inseparables, de una misma realidad.
Pero si bien el concepto de partícula es intuitivamente claro, el
de campo es un desafío a nuestra capacidad de comprender el
mundo. Esta dificultad se hace más manifiesta cuando se des-

6

cribe el comportamiento de la materia a nivel de los átomos.
Ahí rige la física cuántica y todasnuestras ideas intuitivas se
esfuman; sólo quedan partículas y campos cuánticos.
Uno de los objetivos del presente libro es reseñar, para los lectores que no son especialistas en física, los conocimientos actuales acerca de las partículas elementales, de los campos cuánticos y sus comportamientos de acuerdo con la física del mundo atómico. Otro objetivo es mostrar cómo estos conocimientos del mundocuántico se aplican al estudio de la evolución
inicial del Universo. Con base en lo que sabemos del mundo
subatómico, pasaremos revista a lo que pudieron ser los primeros instantes del Universo, de acuerdo con la teoría cosmológica más aceptada en la actualidad: la famosa teoría de la Gran
Explosión.
Con los primeros cuatro capítulos de este libro esperamos proporcionar un panorama general...