Problemas no resueltos de la física

Problemas no resueltos de la física

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En física existen los denominados problemas no resueltos. Algunos de ellos son teóricos, es decir, problemas no resueltos que las teorías aceptadas parecen incapaces de explicar, mientras que otros son experimentales, es decir, que el problema consiste en la dificultad de llevar a cabo un experimento para probar un determinado fenómeno o estudiar con más detalle una teoría propuesta. También existen algunos fenómenos al borde de la seudociencia, que son desacreditados por la ciencia en la actualidad, pero que podrían algún día llegar a tener una explicación.

Fenómenos físicos en busca de una explicación

Cosmología

• La constante cosmológica: ¿Por qué la energía del estado fundamental del vacío no hace que haya una constante cosmológica grande? ¿Qué la anula?
• Aceleración del Universo: ¿Por qué la expansión del Universo se está acelerando, tal y como se ha observado? ¿Cuál es la naturaleza de la energía oscura que provoca esta aceleración? Si es debida a la constante cosmológica, ¿por qué es dicha constante tan pequeña, casi cero? ¿Por qué no es enorme, como han predicho la mayoría de las teorías cuánticas de campos, o cero, por alguna razón de simetría todavía desconocida? ¿Cuál es el destino último del Universo?
• Flecha del tiempo: ¿Por qué el Universo tuvo tan poca entropía en el pasado, dando como resultado la distinción entre pasado y futuro y la segunda ley de la termodinámica?
• General: ¿Cuáles son los orígenes de las asimetrías en general del Universo?

Astronomía observacional

• Chorros de los discos de acrecimiento: ¿Por qué los discos de acreción que rodean ciertos objetos astronómicos, como los núcleos de galaxias activas, emiten chorros relativistas a lo largo de sus ejes polares?
• Bolas luminosas o también Rayo globular: ¿Son reales esos objetos flotantes y resplandecientes? ¿Cómo darles explicación?
• El problema de la rotación de las galaxias: ¿Por qué los elementos exteriores de una galaxia orbitan a la misma velocidad que los elementos interiores? Como posibles explicaciones se han propuesto la materia oscura y la Teoría modificada (MOND) de las Leyes de Newton. ¿Cuál es la verdadera?
• Fuentes de rayos gamma: ¿Cuál es el origen de esos objetos astronómicos tan extraordinariamente energéticos?
• ¿A qué se debe que algunos rayos cósmicos parezcan poseer energías elevadísimas, si no existen fuentes de rayos cósmicos lo suficientemente energéticas en las proximidades de la Tierra, y los rayos cósmicos emitidos por fuentes muy alejadas deberían haber sido absorbidos por la radiación de fondo de microondas de acuerdo con el límite Greisen-Zatsepin-Kuzmin ?
• La anomalía de las Pioneer: ¿Cuál es la causa de la aceleración residual de la sonda Pioneer?

Física de partículas

• Asimetría de los bariones: ¿Por qué hay mucha más materia que antimateria en el Universo?
• Constantes físicas fundamentales: ¿Por qué observamos esos valores y no otros?
• Fusión fría: ¿Observamos un exceso de calor en los experimentos? ¿Cuál es su origen?

Física del estado sólido

• Sólidos amorfos: ¿Cuál es la naturaleza de la transición entre un fluido o sólido regular y un estado cristalino? ¿Cuáles son los procesos físicos que dan lugar a las propiedades de los cristales?
• Superconductores de alta temperatura: ¿Por qué ciertos materiales muestran superconductividad a temperaturas mucho mayores de 50 K?

Otros

• Turbulencia: ¿Es posible hacer un modelo teórico que describa el comportamiento de un fluido turbulento (en particular, sus estructuras internas)?
• Física solar: ¿Por qué la corona solar (la capa atmosférica del Sol) está mucho más caliente que su superficie?

Lista de problemas no resueltos presentada por David Gross

En la conferencia Strings 2000, David Gross, Michael Duff y Edward Witten seleccionaron al modo de los famosos 23 problemas de David Hilbert de 1900, cuáles serían los problemas más interesantes de la física en esos momentos, ^[1] su lista era:

1. ¿Son todos los parámetros adimensionales medibles que caracterizan al universo físico calculables en principio o algunos están meramente determinados por accidentes histórico-mecanocuánticos y son incalculables?
2. ¿Cómo puede la gravedad cuántica ayudar a explicar el origen del Universo?
3. ¿Cuál es la vida media del protón y cómo entenderla?
4. ¿Es la naturaleza supersimétrica, y si es así, cómo se rompe la supersimetría?
5. ¿Por qué aparentemente el Universo tiene una dimensión temporal y tres espaciales?.
6. ¿Por qué la constante cosmológica tiene el valor que tiene?, ¿es igual a cero y es realmente una constante? (relacionada con la pregunta 1).
7. ¿Cuales son los grados de libertad fundamentales de la teoría M y describe esta teoría la naturaleza?
8. ¿Cuál es la solución de la paradoja de la información del agujero negro?
9. ¿Cómo explica la física la enorme disparidad entre la escala gravitatoria y la típica escala de la masa de las partículas elementales?
10. ¿Podemos comprender cuantitativamente el confinamiento de quarks y gluones en la cromodinámica quántica?

Ideas teóricas en busca de una demostración experimental

• La expansión del Universo: ¿Es correcta la Teoría de la expansión del Universo? Y si lo es, ¿cuáles son los detalles de este periodo actual? ¿Cuál es el hipotético campo de expansión que dio lugar a la expansión?
• Ondas gravitacionales: ¿Está nuestro Universo lleno de radiación gravitacional procedente del Big Bang y de fuentes astrofísicas, así como de estrellas de neutrones en rotación? ¿Qué pueden revelarnos acerca de la gravedad cuántica y la Teoría general de la relatividad?

• Monopolos magnéticos: ¿Existen partículas que posean "carga magnética"?. Y si las hay, ¿porqué son tan difíciles de detectar?

• La masa de los neutrinos: ¿Cuál es la masa de los variados neutrinos? ¿Cual es su naturaleza? ¿Cumplen la ecuación de Dirac o la de ecuación de Majorana?

• La desintegración de los protones: ¿Los protones se desintegran? Y si es así, ¿cual es su vida media?

• Cromodinámica cuántica (QCD en inglés) en régimen no perturbativo: Las ecuaciones de la QCD siguen sin resolver para las energías que describirían con mayor exactitud los núcleos atómicos. ¿Cómo nos dará a conocer la QCD la física de los núcleos y los nucleones?

• Gravedad cuántica (gravitones): ¿Cómo podemos unir la teoría de la mecánica cuántica con la teoría de la relatividad general para formular la "teoría del todo" ¿Es la teoría de las cuerdas el camino que debemos seguir para llegar a la gravedad cuántica, o es un callejón sin salida? ¿Hay alguna forma de obtener información acerca de cómo son las leyes de la física en la escala de Planck?

• Mecánica cuántica y el límite de correspondencia: ¿Hay una interpretación de la mecánica cuántica que se prefiera antes que las otras? ¿Cómo nos da ésta interpretación cuantizada de la realidad, con cosas como la superposición de estados y el colapso de la función de onda, dar lugar a la realidad que percibimos?

• Parámetros del modelo estándar: ¿Qué dio lugar al modelo estándar que conocemos? ¿Por qué las partículas que recoge el modelo tienen las masas que hemos medido, y las interacciones tienen la fuerza que hemos medido? ¿Existe realmente el Bosón de Higgs, que predice el modelo? ¿Por qué hay precisamente tres generaciones de partículas? ¿Refleja el modelo estándar la realidad, una buena aproximación a ella, o simplemente no vale para nada?

• Supersimetría: ¿Es la supersimetría una simetría que tiene la naturaleza? Si es así, ¿cómo y por qué se rompió? ¿Podrán ser detectadas las partículas supersimétricas que la teoría predice?

• Viajar más rápido que la luz: ¿Es posible ir más rápido que la velocidad de la luz? Si fuera así, ¿se violarían algunos principios del Universo como la causalidad?

Desafíos de la ingeniería

• Energía de fusión: ¿Es posible construir en la práctica un Reactor nuclear que funcione con fusión nuclear en vez de con fisión nuclear?
• Computación cuántica: ¿Es posible fabricar un ordenador que realice cálculos empleando bits cuánticos o qubits?

Problemas resueltos recientemente

• Problema de los neutrinos solares [1] 2002

Véase también

• Física de alta energía
• Astrofísica

Referencias

1. ↑ Transparencias de la presentación de la lista de 10 problemas de David Gross

Enlaces externos (en inglés)

• APS
• Physics News Update Boletín semanal de noticias acerca de física realizado por el American Institute of Physics.
• Open Questions in Physics
• New Scientist: 13 things that do not make sense.
• Science Magazine: the most compelling puzzles and questions facing scientists today.
• List of links to unsolved problems in physics, prizes and research.
• Dark Matter - one problem solved

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