Ciencia

¿Cuál es la Masa del Universo?

Sobre las dificultades de definir la masa en relatividad general

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09-05-2009
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En un artí­culo anterior estuvimos viendo como el llamado mecanismo de Higgs probablemente pueda dar respuesta a como ciertas partí­culas adquieren su masa. Ese enfoque está hecho desde el punto de vista de la fí­sica cuántica en el marco de la fí­sica de las partí­culas elementales. Sin embargo la teorí­a que más ha revolucionado el concepto de masa es la relatividad y desde esta teorí­a surgen otras preguntas y otras respuestas. En un artí­culo anterior estuvimos viendo como el llamado mecanismo de Higgs probablemente pueda dar respuesta a como ciertas partí­culas adquieren su masa. Ese enfoque está hecho desde el punto de vista de la fí­sica cuántica en el marco de la fí­sica de las partí­culas elementales. Sin embargo la teorí­a que más ha revolucionado el concepto de masa es la relatividad y desde esta teorí­a surgen otras preguntas y otras respuestas.
Cuando Albert Einstein resolvió las contradicciones existentes entre la mecánica newtoniana y las leyes del electromagnetismo de Maxwell creando la relatividad especial llegó a su famosa fórmula de equivalencia de masa y de energía. Localmente (en un punto) la relatividad especial siempre es cierta y gracias a la fórmula de Einstein el concepto de masa de una partícula está bien definida.
 
Sin embargo no hay una definición general de masa en la relatividad general, que es la teoría que surge si uno trata de hacer compatible la relatividad especial con la gravitación. Ha resultado imposible hasta ahora encontrar una definición para la masa total de un sistema. El problema proviene de que en las ecuaciones de la relatividad general, también llamadas de Einstein, la energía del campo gravitacional no está incluido en el término que describe la materia. Estas ecuaciones son altamente no lineales y no ha sido posible dominarlas de tal manera que se pudiese definir la masa.
 
Existen definiciones parciales que se acercan al problema considerando casos especiales. Uno es considerando modelos del espacio-tiempo estacionarios o espacio-tiempos que si uno se aleja mucho de ellos son planos. Pero incluso en estos casos la masa sólo se puede definir en el infinito, osea estando de alguna forma muy lejos del sistema en cuestión.
 
Todo esto probablemente suene un poco raro, pero de alguna forma es también expresión de que no hay una forma universal y clara de resolver el problema y que es un campo abierto en el que se está investigando. La pregunta ¿cuál es la masa del Universo? no tiene respuesta, en primer lugar porque sólo conocemos aproximadamente la densidad en un ámbito local y porque además los casos especiales en los que sí se tiene una definición de masa no son aplicables al Universo.
 
La respuesta en el marco actual probalemente sólo se podrá resolver cuando se hayan desarrollado las herramientas matemáticas necesarias provenientes del campo de la geometría diferencial y las ecuaciones en derivadas parciales. Tener bien definido un concepto tan elemental como la masa es desde luego de gran importancia teórica.
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