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SEA UN CIENTIFICO CON LA BIBLIA: UNIFIED FIELD THEORY (TEORIA DEL CAMPO UNIFICADO)
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Réponse  Message 1 de 2 de ce thème 
De: BARILOCHENSE6999  (message original) Envoyé: 03/04/2025 02:42

Unified field theory

 
 
 

In physics, a unified field theory (UFT) is a type of field theory that allows all fundamental forces and elementary particles to be written in terms of a single type of field. According to modern discoveries in physics, forces are not transmitted directly between interacting objects but instead are described and interpreted by intermediary entities called fields.[1][2] Furthermore, according to quantum field theory, particles are themselves the quanta of fields. Examples of different fields in physics include vector fields such as the electromagnetic field, spinor fields whose quanta are fermionic particles such as electrons, and tensor fields such as the metric tensor field that describes the shape of spacetime and gives rise to gravitation in general relativity. Unified field theory attempts to organize these fields into a single mathematical structure.

For over a century, unified field theory has remained an open line of research. The term was coined by Albert Einstein,[3] who attempted to unify his general theory of relativity with electromagnetism. Einstein attempted to create a classical unified field theory, rejecting quantum mechanics. Among other difficulties, this required a new explanation of particles as singularities or solitons instead of field quanta. Later attempts to unify general relativity with other forces incorporate quantum mechanics. The concept of a "Theory of Everything[4] or Grand Unified Theory[5] are closely related to unified field theory, but differ by not requiring the basis of nature to be fields, and often by attempting to explain physical constants of nature. Additionally, Grand Unified Theories do not attempt to include the gravitational force and can therefore operate entirely within quantum field theory.

The goal of a unified field theory has led to a great deal of progress in theoretical physics.[6]

Introduction

[edit]

Unified field theory attempts to give a single elegant description of the following fields:

Forces

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All four of the known fundamental forces are mediated by fields. In the Standard Model of particle physics, three of these result from the exchange of gauge bosons. These are:

General relativity likewise describes gravitation as the result of the metric tensor field, which describes the shape of spacetime:

  • Gravitational interaction: a long-range attractive interaction that acts on all particles. In hypothetical quantum versions of GR, the postulated exchange particle has been named the graviton.

Matter

[edit]

In the Standard Model, the "matter" particles (electrons, quarks, neutrinos, etc) are described as the quanta of spinor fields. Gauge boson fields also have quanta, such as photons for the electromagnetic field.

Higgs

[edit]

The Standard Model has a unique fundamental scalar field, the Higgs field, the quanta of which are called Higgs bosons.

History

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Classic theory

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The first successful classical unified field theory was developed by James Clerk Maxwell. In 1820, Hans Christian Ørsted discovered that electric currents exerted forces on magnets, while in 1831, Michael Faraday made the observation that time-varying magnetic fields could induce electric currents. Until then, electricity and magnetism had been thought of as unrelated phenomena. In 1864, Maxwell published his famous paper on a dynamical theory of the electromagnetic field. This was the first example of a theory that was able to encompass previously separate field theories (namely electricity and magnetism) to provide a unifying theory of electromagnetism. By 1905, Albert Einstein had used the constancy of the speed-of-light in Maxwell's theory to unify our notions of space and time into an entity we now call spacetime. In 1915, he expanded this theory of special relativity to a description of gravity, general relativity, using a field to describe the curving geometry of four-dimensional (4D) spacetime.

In the years following the creation of the general theory, a large number of physicists and mathematicians enthusiastically participated in the attempt to unify the then-known fundamental interactions.[7] Given later developments in this domain, of particular interest are the theories of Hermann Weyl of 1919, who introduced the concept of an (electromagnetic) gauge field in a classical field theory[8] and, two years later, that of Theodor Kaluza, who extended General Relativity to five dimensions.[9] Continuing in this latter direction, Oscar Klein proposed in 1926 that the fourth spatial dimension be curled up into a small, unobserved circle. In Kaluza–Klein theory, the gravitational curvature of the extra spatial direction behaves as an additional force similar to electromagnetism. These and other models of electromagnetism and gravity were pursued by Albert Einstein in his attempts at a classical unified field theory. By 1930 Einstein had already considered the Einstein-Maxwell–Dirac System [Dongen]. This system is (heuristically) the super-classical [Varadarajan] limit of (the not mathematically well-defined) quantum electrodynamics. One can extend this system to include the weak and strong nuclear forces to get the Einstein–Yang-Mills–Dirac System. The French physicist Marie-Antoinette Tonnelat published a paper in the early 1940s on the standard commutation relations for the quantized spin-2 field. She continued this work in collaboration with Erwin Schrödinger after World War II. In the 1960s Mendel Sachs proposed a generally covariant field theory that did not require recourse to renormalization or perturbation theory. In 1965, Tonnelat published a book on the state of research on unified field theories.

Modern progress

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In 1963, American physicist Sheldon Glashow proposed that the weak nuclear force, electricity, and magnetism could arise from a partially unified electroweak theory. In 1967, Pakistani Abdus Salam and American Steven Weinberg independently revised Glashow's theory by having the masses for the W particle and Z particle arise through spontaneous symmetry breaking with the Higgs mechanism. This unified theory modelled the electroweak interaction as a force mediated by four particles: the photon for the electromagnetic aspect, a neutral Z particle, and two charged W particles for the weak aspect. As a result of the spontaneous symmetry breaking, the weak force becomes short-range and the W and Z bosons acquire masses of 80.4 and  91.2 GeV/c2, respectively. Their theory was first given experimental support by the discovery of weak neutral currents in 1973. In 1983, the Z and W bosons were first produced at CERN by Carlo Rubbia's team. For their insights, Glashow, Salam, and Weinberg were awarded the Nobel Prize in Physics in 1979. Carlo Rubbia and Simon van der Meer received the Prize in 1984.

After Gerardus 't Hooft showed the Glashow–Weinberg–Salam electroweak interactions to be mathematically consistent, the electroweak theory became a template for further attempts at unifying forces. In 1974, Sheldon Glashow and Howard Georgi proposed unifying the strong and electroweak interactions into the Georgi–Glashow model, the first Grand Unified Theory, which would have observable effects for energies much above 100 GeV.

Since then there have been several proposals for Grand Unified Theories, e.g. the Pati–Salam model, although none is currently universally accepted. A major problem for experimental tests of such theories is the energy scale involved, which is well beyond the reach of current accelerators. Grand Unified Theories make predictions for the relative strengths of the strong, weak, and electromagnetic forces, and in 1991 LEP determined that supersymmetric theories have the correct ratio of couplings for a Georgi–Glashow Grand Unified Theory.

Many Grand Unified Theories (but not Pati–Salam) predict that the proton can decay, and if this were to be seen, details of the decay products could give hints at more aspects of the Grand Unified Theory. It is at present unknown if the proton can decay, although experiments have determined a lower bound of 1035 years for its lifetime.

Current status

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Theoretical physicists have not yet formulated a widely accepted, consistent theory that combines general relativity and quantum mechanics to form a theory of everything. Trying to combine the graviton with the strong and electroweak interactions leads to fundamental difficulties and the resulting theory is not renormalizable. The incompatibility of the two theories remains an outstanding problem in the field of physics.

See also

[edit]
https://en.wikipedia.org/wiki/Unified_field_theory


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Réponse  Message 2 de 2 de ce thème 
De: BARILOCHENSE6999 Envoyé: 03/04/2025 02:44

Teoría del campo unificado

 

En física, la teoría de campo unificado es una teoría de campos que trata de unificar —introduciendo principios comunes— dos teorías de campo previamente consideradas diferentes. Esto implicaría que sería posible describir las interacciones fundamentales entre las partículas elementales en términos de solo un campo.

 Introducción

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En física, las fuerzas entre los objetos pueden describirse por los efectos de los "campos". Las teorías actuales consideran que para distancias subatómicas, el comportamiento cuántico de los campos difiere del de los campos clásicos ya que son descritos por la mecánica cuántica. Alternativamente, usando la dualidad onda-partícula de la mecánica cuántica, los campos pueden describirse en términos de intercambio de partículas que transfieren el momento y la energía entre los objetos. De esta forma, los objetos interaccionan cuando emiten y absorben las partículas intercambiadas. La base fundamental de la teoría unificada de campos es que las cuatro fuerzas fundamentales (abajo) al igual que la materia son simplemente manifestaciones diferentes de un único campo fundamental.

La teoría unificada de campos trata de reconciliar las cuatro fuerzas fundamentales (o campos) de la naturaleza (del más fuerte al más débil):

  • Fuerza nuclear fuerte: fuerza responsable de la unión de los quarks para formar neutrones y protones, y de la unión de estos para formar el núcleo atómico. Las partículas de intercambio que median esta fuerza son los gluones.
  • Fuerza nuclear débil: responsable de la radioactividad.Es una interacción repulsiva de corto alcance que actúa sobre los electrones, neutrinos y los quarks. Los bosones W y Z son los que median en esta fuerza.
  • Fuerza electromagnética: Actúa sobre las partículas cargadas eléctricamente. El fotón es la partícula de intercambio para esta fuerza.
  • Fuerza gravitacional: igualmente experimentada, es una fuerza atractiva de largo alcance que actúa sobre todas las partículas con masa. Se postula que hay una partícula de intercambio que se ha denominado gravitón, aunque todavía no se ha podido comprobar. Este es, entre otros, uno de los puntos clave a desvelar en el proyecto LHC.

Historia

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El término teoría de campo unificado fue introducido por Einstein cuando intentó tratar unificadamente la gravedad y el electromagnetismo mediante una teoría de campos unificada. Previamente Maxwell había logrado en 1864 lo que denominaríamos primera teoría unificada, al formular una teoría de campo que integraba la electricidad y el magnetismo.

La búsqueda de Einstein de una teoría de campo unificado para el campo electromagnético y el campo gravitatorio, generalizando su teoría general de la relatividad fue infructuosa. Otro intento interesante de unificar estas dos teorías fue la teoría de Kaluza-Klein alguna de cuyas ideas inspiraron algunos aspectos de la teoría de cuerdas moderna, un ambicioso intento de formular una teoría del todo.

Desde los primeros intentos de Einstein y Kaluza, otro tipo de interacciones diferentes de la gravedad y electromagnetismo, como la interacción débil y la interacción fuerte han sido objeto de diversos intentos de unificación, así hacia finales de los años 1960 se formuló el modelo electrodébil que de hecho es una teoría de campo unificado del electromagnetismo y la interacción débil. Luego, teniendo una buena descripción de la interacción fuerte por el desarrollo de la Cromodinámica cuántica (propuesta en los años 70 por David PolitzerFrank Wilczek y David Gross ), se la unificó con el modelo electrodébil dando lugar al modelo estándar. Sin embargo, sigue siendo un reto añadir la gravedad al modelo estándar formulando una teoría del todo, capaz de explicar la naturaleza y el comportamiento de toda la materia.

La siguiente lista recoge las teorías de campo unificado según una cronología histórica:

Teoría del todo
Modelo estándar
 
 
Modelo electrodébil  (~1960)
Electromagnetismo (~1860)
 

electrostática

 
 

magnetismo

 
 
 

Interacción débil

 
 
 

Cromodinámica cuántica

 
 
 
 
 

Relatividad general

 
 

 Teoría de campo unificado de Maxwell

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Históricamente, la primera teoría unificada de campos fue desarrollada por James Clerk Maxwell. En 1831, Michael Faraday observó que la variación en el tiempo de los campos magnéticos podía inducir corrientes eléctricas. Hasta entonces, la electricidad y el magnetismo se consideraban como fenómenos no relacionados entre sí. En 1864, Maxwell publicó su famosa teoría de campos electromagnéticos. Este fue el primer ejemplo de una teoría que podía unificar teorías anteriores (electricidad y magnetismo) dando lugar al electromagnetismo. No obstante, hoy se sabe que la electrodinámica clásica desarrollada por Maxwell falla a niveles cuánticos. En los 1940s se alcanzó una teoría cuántica completa para describir la fuerza electromagnética, conocida como electrodinámica cuántica (QED). Esta teoría representa las interacciones de las partículas cargadas mediante fotones, las partículas que transmiten la interacción. Esta teoría se basa en la simetría del espacio-tiempo de un campo llamada simetría gauge (realmente simetría de fase). La teoría tuvo tanto éxito que rápidamente se adoptó el principio de la simetría gauge continua para todas las fuerzas.

 Teoría de campo unificado de Glashow-Weinberg-Salam

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En 1967, Los estadounidenses Sheldon GlashowSteven Weinberg y el pakistaní Abdus Salam propusieron de manera independiente una teoría unificadora del electromagnetismo y la fuerza nuclear débil. Demostraron que el campo gauge de la interacción débil era idéntico en su estructura al del campo electromagnético. Esta teoría recibió soporte experimental por el descubrimiento en 1983, de tales bosones W y Z en el CERN por el equipo de Carlo Rubbia. Por sus descubrimientos, Glashow, Weinberg y Salam compartieron el Premio Nobel de Física en 1979. Carlo Rubbia y Simon van der Meer recibieron el mismo premio en 1984.

 Teorías de Gran Unificación

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El siguiente paso hacia la unificación de las fuerzas fundamentales de la naturaleza fue el incluir la interacción fuerte con las fuerzas electrodébiles en una teoría llamada Gran Teoría Unificada. Una teoría cuántica de la interacción fuerte fue desarrollada en los 1970s bajo el nombre de Cromodinámica cuántica.

La interacción fuerte actúa entre quarks mediante el intercambio de partículas llamadas gluones. Hay ocho tipos de gluones, cada uno transportando una carga de color y una carga de anti-color. Basándose en esta teoría, Sheldon Glashow y Howard Georgi propusieron la primera gran teoría unificada en 1974, que se aplicaba a energías por encima de 1000 GeV. Desde entonces ha habido nuevas propuestas, aunque ninguna está aceptada en la actualidad de manera universal. El mayor problema de estas teorías es la enorme escala de energías que requieren las pruebas experimentales, que están fuera del alcance de los aceleradores actuales.

Sin embargo, hay algunas predicciones que se han hecho para procesos de bajas energías que no requieren los aceleradores. Una de estas predicciones es que el protón es inestable y puede decaer. Por el momento, se desconoce si el protón decae, aunque los experimentos han determinado un límite inferior para su vida media de 1035{displaystyle 10^{35}} años. Por ello, por el momento es incierto el que esta teoría sea una descripción adecuada de la materia.

 Esfuerzos teóricos

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La gravedad está aún por ser incluida en la teoría del todo. Los físicos teóricos han sido incapaces hasta ahora de formular una teoría consistente que combine la relatividad general y la mecánica cuántica. Las dos teorías han mostrado ser incompatibles y la cuantización de la gravedad continúa siendo un serio problema en el campo de la física. En los años recientes, la búsqueda de una teoría de campo unificada se ha focalizado en la teoría M (con origen en la teoría de cuerdas y teniendo como máximo exponente a Edward Witten) y en la gravedad cuántica de bucles (desarrollada en 1986 por Abhay Ashtekar).

Reduccionismo

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Hay un cierto debate sobre el valor último de buscar una teoría de campos unificada. Así algunos han argumentado que si se encontrase tal teoría "final", esto es el origen último de la materia, con ello no se resolverían todos los demás problemas científicos sobre el universo. Este es el punto de vista en el cual la comprensión última de las partículas no da un conocimiento completo del comportamiento de los átomos y moléculas o de cualquier estructura de nivel más alto. Algunos físicos, como P.W. Anderson, argumentan que las grandes estructuras poseen comportamientos colectivos que no se describen en términos del comportamiento de sus constituyentes [cita requerida] y, por lo tanto, no hay razón para considerar tales comportamientos en el nivel más bajo como más fundamentales.

 Ecuación fundamental

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La ecuación fundamental de la Teoría del campo unificado sería:

ln⁡(�����0)=−1/�{displaystyle ln(kappa m_{p}cH_{0})=-1/alpha }

Fue introducida en el año 2011.[1]​ Combina las constantes fundamentales de la electrodinámica cuántica (la constante de estructura fina {displaystyle alpha }), la gravedad cuántica (la masa de Planck ��{displaystyle m_{p}}) y también de la relatividad general (la constante del campo de Einstein {displaystyle kappa }), y la cosmología (la constante de Hubble �0{displaystyle H_{0}} ).

�=�2/4��0ℏ�=1/137.036{displaystyle alpha =e^{2}/4pi varepsilon _{0}hbar c=1/137.036}
��=ℏ�/�{displaystyle m_{p}={sqrt {hbar c/G}}}
�=8��/�4{displaystyle kappa =8pi G/c^{4}}

Aquí {displaystyle G} es la constante gravitacional, {displaystyle c} es la velocidad de la luz{displaystyle hbar } es la constante reducida de Planck, {displaystyle e} es la carga elemental, y �0{displaystyle varepsilon _{0}} es la permitividad vacío. La ecuación fundamental de la teoría del campo unificado predice la constante de Hubble para ser:

�0=69.734(4){displaystyle H_{0}=69.734(4)} km/s/Mpc (Mpcː megapársec)

Posteriormente se utiliza el valor de los datos recogidos por la sonda WMAP durante nueve años:[2][3]

�0=69.32±0.80{displaystyle H_{0}=69.32pm 0.80} km/s/Mpc

De esta manera, se consigue:

ln⁡(�����0)=−137.042±0.011{displaystyle ln(kappa m_{p}cH_{0})=-137.042pm 0.011}

 Véase también

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