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The Quantum Geometry of the Spacetime.pdf

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Quantengeometrie des Raums-Zeit.Htm

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Quantum Geometry of the Spacetime.Htm

La Geometría Cuántica del Espacio-tiempo

Modelo Tetra Dimensional de Relatividad Cuántica

Materia, Energía, Vacío


Autor: Rafael Javier Martínez Olmo
E-mail: Rafael@gravityquantum.com

Madrid

España

Madrid, sábado 1 de julio de 2009

   Prólogo Filosófico.

El objeto de este trabajo es la unificación de la Teoría General de la Relatividad y la Mecánica Cuántica, mediante la eliminación de la aleatoriedad en la segunda.

El motivo por el cual ha sido imposible, hasta ahora, de lograr esta unificación, está en que arrastramos un ERROR en la esencia de la Lógica.

Ningún objeto físico puede poseer dos propiedades mutuamente excluyentes de forma simultánea, tales como, existir y no existir, ser continuo y a la vez discreto, ser aleatorio y a la vez determinista.

Este ERROR apareció mediante el procedimiento de abstracción, que da origen a objetos geométricos de dimensiones inferiores a las  que posee físicamente la Naturaleza, es decir, cuatro, tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal.

Me refiero a los conceptos matemáticos de punto, de dimensión cero, línea (dimensión uno) y plano (dimensión dos). Así como al concepto matemático y el significado físico del cero.

Si bien las matemáticas dado su carácter abstracto, son casi inmunes a este error, no pasa lo mismo con la Filosofía Natural o Física, dado su carácter concreto al tener que describir la realidad de las leyes del universo y someterlo al contraste experimental.

Este Error está en el ambiguo concepto matemático de punto, cuándo es aplicado a la Física.

El concepto de punto es desconcertante. Ya que parece poseer dos propiedades auto excluyente y de forma simultánea; la existencia y la no existencia. No es posible pensar de los objeto físicos, que existe y no existe a la vez, sin embargo, el concepto de punto matemático de dimensión = 0, cuando se aplica a la física presenta esta aparente paradoja:

El punto existe, porque tiene una posición exacta y real en cualquier sistema de referencia espacio temporal , que está determinada por sus cuatro coordenadas en el espacio tiempo.

El punto no existe, porque no tiene dimensiones (dimensión = 0). No tiene alto, no tiene largo, no tiene ancho, y además, no existe en tiempo. Esta incoherencia es sutil, casi invisible. Conocemos sus consecuencias desde hace 2600 años, pero su origen, su porqué, siempre pasó desapercibido.

Históricamente se ha presentado ante nosotros tres veces. Siempre oculta bajo el concepto de continuidad.

La primera vez que presento su incoherencia está en los cuatro sofismas de Zenón de Elea, hace 2.600 años y cuya lógica es perfecta, cerrada y concluyente.Estos sofismas fueron presentados a los filósofos locales, en Atenas. Quizás ante el propio Sócrates, Sabemos que Aristóteles y Platón, algo posteriores, conocían perfectamente el discurso dado por Zenón. Para profundizar en el tema.

La segunda vez que se presentó nuevamente la contradicción, es en la invención del cálculo infinitesimal. En aquella época, muchos intelectuales estuvieron en contra de la lógica de tal teoría, pues no hay forma de explicar el movimiento o sus variables asociadas, velocidad y aceleración, en término de puntos cerodimensionales.El punto matemático no tiene otro punto que sea su siguiente, ni su anterior. No existe el punto segundo, quinto... ni tampoco el penúltimo o el anterior a éste... Porque el conjunto de los número Reales (R) carece de un número ordinal asociado a sus elementos.

A pesar de ser un conjunto completamente ordenado, carece de buen orden.Esta contradicción está enquistada en el cálculo infinitesimal y  nunca ha podido ser resuelta, pues carece de lógica lo que es absurdo.

Esta contradición va implícita en la incoherencia del punto matemático (dimensional = cero) con el que está construido el “continuum” matemático (R).

Pero como el cálculo funcionó y funciona, y la sutil contradicción no fue descubierta, las opiniones opositoras tuvieron que callar de mala gana.

Con lo cual, el movimiento y sus magnitudes asociadas, velocidad y aceleración entraron en  el club de las incoherencias, pues: el conjunto de los número Reales (R) es continuo (por definición) pero el Cálculo infinitesimal no se puede demostrar matemáticamente en términos de puntos (dimension = 0), sólo se puede demostrar matemáticamente en términos de intervalos (e > 0) dimensión = 1).

La tercera vez que se presentó la incoherencia fue en el nacimiento de la Mecánica Cuántica (Principio de incertidumbre de Heisenberg). La incoherente realidad del concepto punto, volvió a pasar inadvertida y partió en dos a la Física, introduciendo la aleatoriedad en el mundo cuántico.

Desde entonces el universo posee a la vez dos propiedades mutuamente excluyentes: es aleatorio y es causal, dependiendo del tamaño del objeto de la Naturaleza que estemos estudiando, aleatorio si éste pertenece al microcosmo y determinista si el objeto pertenece al macrocosmos.

    Prólogo Físico.

El universo y todo su contenido tiene cuatro dimensiones.

El Espacio-tiempo tiene cuatro dimensiones.

El universo, hasta donde sabemos experimentalmente, también tiene cuatro dimensiones.

La materia tiene siempre tres dimensiones espaciales (volumen) y existe en el tiempo, la energía ocupa siempre un volumen de espacio y existe en el tiempo, luego ambas tienen cuatro dimensiones.

El vacío absoluto, en el sentido de carente tanto de materia como de energía, no existe.

No hay forma de aislar la gravedad de un “volumen de Espacio-tiempo”.

El vacío relativo, es decir, que al menos contiene gravedad, tiene por tanto, también cuatro dimensiones. No existe ningún ejemplo físico, (esto es, que pueda ser medido), de objetos en nuestro universo, que tengan un número de dimensiones diferente de cuatro.

Siguiendo a Euclides, no es posible construir, por mera adición, objetos geométricos de dimensión diferente de la de sus elementos de construcción.

Si en la Naturaleza únicamente existen elementos de cuatro dimensiones, el elemento ínfimo e indivisible de nuestro universo ha de tener cuatro dimensiones. Es decir un volumen que cambia con el tiempo.

No existen objetos en la Naturaleza de menos de cuatro dimensiones, sólo existen en el mundo Platónico de la ideas como abstracciones matemáticas.

Para calcular el valor del volumen-tiempo ínfimo usamos las constantes fundamentales de la naturaleza, c, h, y G, de forma análoga a como ya hiciera hace un siglo Max Planck, las combinamos buscando un volumen-tiempo, es decir, una unidad de volumen durante una unidad de tiempo.

Para ello basta con la siguiente combinacion de constantes fundamentales, que además es única:

Sistema Cegesimal (centímetro, gramo, segundo)

Como sabemos, el universo es isótropo, es decir, no tiene direcciones espaciales preferidas, presenta en cualquier dirección el mismo aspecto y propiedades.

Las distinciones que hacemos entre largo, ancho y alto son meramente semánticas, pues podemos intercambiar a voluntad sus nombres y siguen representando la misma realidad física.

Si asociamos la idea de isotropía al objeto elemental e ínfimo del universo, éste sólo puede ser, evidentemente, una esfera.

Al ser una esfera es facil calcular el radio: Lmo = 4,897 506 921 037 260E-19 centímetros que es la distancia ínfima y toda medición de una distancia es igual al producto de Lmo por un número Natural (N).

Esta distancia se recorre a la velocidad de la luz en, Tmo = 1,633 632 464 842 480 E-29 segundos. Éste es el intervalo de tiempo ínfimo, y toda medición de tiempo es igual al producto de Tmo por un número Natural (N).

Como es la distancia ínfima, no puede existir una longitud de onda más corta que Lmo, 4,897 506 921 037 260E-19 centímetros. Por ser la longitud de onda ínfima es el valor supremo de energía Emo = 253,177 660 585 902 TeV.

Toda longitud de onda es igual al producto de Lmo por un número Natural (N).

Así mismo, el valor de toda medición de una cantidad de energía es igual a dividir Emo por un número Natural (N)

Por la equivalencia entre masa y energía de Einstein E= m•c2, sólo tenemos que dividir por c2 para obtener el valor de la masa elemental ínfima Mmo = 4,512 946 783 762 060E-19 gramos, y toda medición de una masa es igual al producto de Mmo por un número Natural (N).

Este procedimiento dimensional fue ideado por Max Planck para determinar las unidades absolutas de la Naturaleza, porque son obtenidas de las constantes universales, cada una de las cuales viene expresada en sus propias unidades dimensionales, por ejemplo la velocidad de la luz es una longitud dividida por un tiempo.

Max Planck consideró, hace ya un siglo, la longitud, la masa, el tiempo, la carga eléctrica y la temperatura como  los elementos fundamentales para describir la Naturaleza, utilizando además de c, h, G, la constante de Coulomb y la constante de Boltzmann.

Eestas dos últimas constantes no se utilizan en este trabajo, por considerarlas innecesarias  o no exenciales para la descripción de la Geometría Cuántica elemental (no divisible) del Espacio-tiempo. 

La diferencia entre el procedimiento dimensional de Max Planck, con él establecido en este trabajo, está en la respuesta “¿Qué magnitudes son elementales?” Para Planck eran la longitud, la masa y el tiempo.

Cuestión que es perfectamente opinable, en contra de la idea aceptada actualmente, que queda bien reflejado en el siguiente párrafo:

“El sistema mide varias de las magnitudes fundamentales del universo: tiempo, longitud, masa, carga eléctrica y temperatura. Las unidades Planck suelen llamarse (en broma) por los físicos como las "unidades de Dios". Esto elimina cualquier arbitrariedad antropocéntrica del sistema de unidades”.

Extraído de Wikipedia, Unidades de Planck.

En este trabajo se considera como magnitud elemental, un volumen de espaciotiempo de cuatro dimensiones, ínfimo e indivisible. Con una única formula dimensional se calculan las cantidades ínfimas y supremas de la Geometría Cuántica.

VT= [G•h•c-2]

 En la siguiente tabla vemos las diferencias entre ambos métodos.

Max Planck
This Work
Dimensional formulae
Values  (System  c, g, s)
Dimensional formula
Values  (System  c, g, s)

5.39121 × 10-44 Seconds
1,63363 x 10-29 Segundos
1.61624 ×10-33centimeters
4,89750 x 10-19 centimeters

2.17645 × 10-5 grams

4,51294 x 10-19 grams

Las magnitudes calculadas por Max Planck para la longitud y el tiempo, son extremadamente pequeñas e involucran cantidades de energía inaccesible a nuestra tecnología. Los costes necesarios para su construcción desbordan la imaginación, todo ello, sin entrar en su tamaño que sería cósmico.
Una longitud de onda en torno a 10E-33 cm equivale a una energía de 3,89626E+11 TeV aproximadamente, un billón (10E+12) de veces la energía máxima de los aceleradores de partículas actuales. Por el contrario, la masa es grande, comparable a la masa de una bacteria 2.17645E-5 gr. y por tanto accesible a la experimentación, sin embargo, no hemos encontrado ninguna correlación entre su valor y ningún hecho experimental cuántico.

Claramente parece que las unidades de Planck no tienen ningún significado físico.

Por el contrario las magnitudes calculadas en este trabajo pueden estar en el camino correcto, y son contrastables experimentalmente en la actualidad con el acelerador de partículas  del CERN (LHC) del que pronto dispondremos, cuando termine de ser reparado y aliniado.

La cantidad suprema de energía 253, 177 TeV. Está a sólo dos ordenes de magnitud de los últimos aceleradores de partículas, probablemente la geometría cuántica ha sido ya fotografiada, pero ha pasado desapercibida entre los billones de sucesos y datos que se obtienen en los experimentos de estos grandes aceleradores

.Por primera vez, la Gravitación Cuántica estará al alcance de los físicos experimentales, concretamente de los que actualmente trabajan en el CERN (LHC), que son los únicos que podrían determinar si las predicciones de este trabajo están de acuerdo con la Naturaleza o son erróneas.

   Extracto.

Si entendemos el Cálculo Diferencial como una Teoría Física (realidad). No como un modelo matemático, que nos aproxima a ésta infinitamente, pero sin alcanzarla. Usando el mitológico conjunto de los números Reales (R). Vemos que es el camino lógico que nos muestra la naturaleza elemental y cuántica de la Geometría del “Espacio-tiempo”; cuyos componentes elementales, en el sentido de sin partes, son volúmenes en el tiempo (VT), de cuatro dimensiones (D4), infinitesimales (e > 0) y de topología curva (p).

Esta vía fundamentada en el Cálculo Diferencial, es la Geometría Cuántica. El escrito pretende sentar las bases y fundamentos teoréticos de este camino, que unifica los resultados experimentales de la Mecánica Cuántica con la teoría de la Relatividad General, mediante las variables ocultas (Op), curvaturas espaciotemporales de los sucesos elementales cuánticos).

El modelo es relacional e independiente de fondo (Relatividad Cuántica), donde tanto la Teoría General de la Relatividad  como la Mecánica Cuántica son modificadas, la primera es concretada en una geometría elíptica de dinámica radial (D = 4).

La segunda es completada introduciendo la causalidad, sustituyendo el tratamiento estadístico (casual, aleatorio) por un tratamiento geométrico (causal, determinista). La Geometría Cuántica da una explicación causal de la Mecánica Cuántica, estableciendo una conexión biunívoca, entre los resultados estadísticos y las geometrías elementales (sin partes) del “Espacio-tiempo”, que contienen dichos sucesos cuántico.

Así mismo, determina la geometría y la métrica de la Naturaleza en su escala elemental, infima o indivisible, concretando el modelo de Relatividad Cuántica.

Los intentos de unificación de ambas teorías, han fracasado siempre por la aparición de los infinitos. El origen de estas indeterminaciones está en una lectura equívoca del “Calculus”. Consecuencia del error de expresar la continuidad partiendo de puntos de dimension-cero (D = 0; R).

El conjunto de los números reales (R) nos han permitido hasta hoy representar la realidad física a nuestra escala, pero naufraga de forma inequívoca al enfrentar la descripción de la naturaleza elemental o indivisible del “Espacio-tiempo”; que sólo puede ser descrita en términos elementales, por objetos geométricos tetradimensionales, Volúmenes en el Tiempo (VT); y  ser representados por el conjunto de los números naturales (N).

N, tal que 0 no pertenece a N

En consecuencia, el término continuo sólo es opuesto a discreto, bajo el concepto de punto matemático (D = 0; R) (infinita divisibilidad).

No existen  singularidades físicas en la Naturaleza, son el resultado de usar el conjunto de los números reales fuera de contexto (escala cuántica). Son tan sólo singularidades matemáticas (división por cero) y no Físicas.

Este modelo es finito, cuantitativo y predictivo. Contrastable experimentalmente a niveles de energía entre 1 y 8 TeV. Será irrefutable a un nivel de energía inferior a 253,177 660 585 902 TeV. (Valor Supremo de energía de un suceso Elemental Cuántico).

12 de octubre de 2005

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