La estructura del cosmos: espacio, tiempo y la textura de la realidad (2004) [1] es el segundo libro sobre física teórica , cosmología y teoría de cuerdas escrito por Brian Greene , profesor y codirector delInstituto de Cuerdas, Cosmología y Física de Astropartículas (ISCAP) de Columbia . [2]
Greene comienza con la pregunta clave: "¿qué es la realidad ?", o más específicamente, "¿qué es el espacio-tiempo ?". Se propone describir las características que considera interesantes y esenciales para formar una imagen completa de la realidad que pinta la ciencia moderna . En casi todos los capítulos, Greene presenta conceptos básicos y luego va construyendo lentamente hasta llegar a un clímax, generalmente un avance científico. Greene luego intenta conectar con su lector planteando analogías simples para ayudar a explicar el significado de un concepto científico sin simplificar demasiado la teoría que lo sustenta.
En el prefacio, Greene reconoce que algunas partes del libro son controvertidas entre los científicos . Analiza los puntos de vista principales en el texto principal y los puntos de discordia en las notas finales. Las notas finales contienen explicaciones más completas de los puntos que se simplifican en el texto principal.
El enfoque principal de la Parte I es el espacio y el tiempo .
El capítulo 1, " Caminos hacia la realidad ", introduce lo que vendrá más adelante en el libro, como las discusiones que giran en torno a la física clásica , la mecánica cuántica y la física cosmológica .
El capítulo 2, " El universo y el cubo ", tiene como eje central el espacio. La pregunta que plantea Greene es la siguiente: "¿ Es el espacio una abstracción humana o es una entidad física ?" El experimento mental clave es un cubo de agua que gira , diseñado para hacernos pensar en lo que crea la fuerza que se siente dentro del cubo cuando gira. Se analizan en detalle las ideas de Isaac Newton , Ernst Mach y Gottfried Leibniz sobre este experimento mental.
El capítulo 3, “ La relatividad y lo absoluto ”, se centra en el espacio-tiempo . La pregunta que se plantea ahora es: “¿Es el espacio-tiempo una abstracción de Einstein o una entidad física?” En este capítulo se analizan los conceptos de relatividad especial y relatividad general , así como su importancia para el significado del espacio-tiempo.
En el capítulo 4, " Enredando el espacio ", Greene explora la revolución de la era de la mecánica cuántica, centrándose en lo que significa que los objetos estén separados y sean distintos en un universo dictado por leyes cuánticas. Este capítulo estudia la mecánica cuántica, incluidos los conceptos de ondas de probabilidad y patrones de interferencia , el espín de partículas , el experimento de doble rendija de fotones y el principio de incertidumbre de Heisenberg . El lector también se informa sobre los desafíos que plantearon a la mecánica cuántica Albert Einstein , Boris Podolsky y Nathan Rosen .
La segunda parte comienza abordando la cuestión de que el tiempo es un concepto muy familiar, pero es uno de los conceptos menos comprendidos de la humanidad .
El capítulo 5, " El río helado ", trata de la cuestión de si el tiempo fluye o no. Un punto clave de este capítulo trata de la relatividad especial. Los observadores que se mueven unos con respecto a otros tienen diferentes concepciones de lo que existe en un momento dado y, por lo tanto, tienen diferentes concepciones de la realidad. La conclusión es que el tiempo no fluye, ya que todas las cosas existen simultáneamente al mismo tiempo.
El capítulo 6, " El azar y la flecha ", plantea la pregunta: " ¿Tiene el tiempo una flecha ?". El lector descubre que las leyes de la física se aplican tanto al avanzar en el tiempo como al retroceder en el tiempo. Esta ley se denomina simetría de inversión temporal . Uno de los temas principales de este capítulo es la entropía . Se dan varias analogías para ilustrar cómo funciona la entropía y sus aparentes paradojas . El clímax del capítulo es la correlación entre la entropía y la gravedad , y que el comienzo del Universo debe ser el estado de entropía mínima .
En los capítulos 5 y 6, el tiempo se ha explicado sólo en términos de la física premoderna. El capítulo 7, " El tiempo y lo cuántico ", ofrece información sobre la naturaleza del tiempo en la mecánica cuántica . La probabilidad desempeña un papel importante en este capítulo porque es una parte ineludible de la mecánica cuántica. Se vuelve a examinar el experimento de la doble rendija para revelar cosas sobre el pasado. En este capítulo se presentan muchos otros experimentos, como el experimento del borrador cuántico de elección retardada . Se llaman la atención del lector sobre otros temas importantes, como la mecánica cuántica y la experiencia, así como la mecánica cuántica y el problema de la medición . Finalmente, este capítulo aborda el importante tema de la decoherencia y su relevancia para el mundo macroscópico .
La tercera parte trata del ámbito macroscópico del cosmos .
El capítulo 8, " De copos de nieve y espacio-tiempo ", explica al lector que la historia del universo es, de hecho, la historia de la simetría . La simetría y su importancia para la evolución cósmica se convierten en el foco de este capítulo. Una vez más, se aborda la relatividad general como un tejido extensible del espacio-tiempo. La cosmología, la simetría y la forma del espacio se combinan de una manera nueva.
El capítulo 9, " La vaporización del vacío ", introduce la idea teórica del bosón de Higgs . Este capítulo se centra en la primera fracción crítica de segundo después del Big Bang , cuando se creía que la cantidad de simetría en el universo había cambiado abruptamente mediante un proceso conocido como ruptura de la simetría . Este capítulo también pone en juego la teoría de la gran unificación y también se revisa la entropía.
El capítulo 10, " Desconstruyendo el Big Bang ", hace de la cosmología inflacionaria el tema principal. Se tienen en cuenta la relatividad general y el descubrimiento de la energía oscura (gravedad repulsiva), así como la constante cosmológica . Se abordan ciertos problemas que surgen debido a la teoría estándar del Big Bang, y se dan nuevas respuestas utilizando la cosmología inflacionaria. Entre estos problemas se incluyen el problema del horizonte y el problema de la planitud . También se analiza la distribución de la materia en todo el cosmos, incluidos los conceptos de materia oscura y energía oscura.
El capítulo 11, " Cuantos en el cielo con diamantes ", continúa con el tema de la inflación y también se vuelve a analizar la flecha del tiempo. El capítulo aborda tres desarrollos principales: la formación de estructuras como las galaxias , la cantidad de energía necesaria para generar el universo que vemos hoy y el origen de la flecha del tiempo.
La Parte IV trata de nuevos aspectos teóricos de la física, particularmente en el campo del autor.
El capítulo 12, " El mundo en una cuerda ", informa al lector sobre la estructura del tejido del espacio según la teoría de cuerdas . Se introducen nuevos conceptos, incluidos la longitud de Planck y el tiempo de Planck , y se repasan ideas de El universo elegante . El lector aprenderá cómo la teoría de cuerdas podría llenar los vacíos entre la relatividad general y la mecánica cuántica.
El capítulo 13, " El universo en una brana ", amplía las ideas del capítulo 12, en particular sobre la teoría M , de la que la teoría de cuerdas es una rama. Este capítulo está dedicado a especulaciones sobre el espacio y el tiempo. Se presentan las ideas de varios físicos, incluidos Edward Witten y Paul Dirac . El capítulo se centra en la gravedad y su relación con las dimensiones adicionales. Cerca del final del capítulo, una breve sección está dedicada al modelo cíclico .
La Parte V trata muchos conceptos teóricos, incluidos los viajes espaciales y en el tiempo .
El capítulo 14, " Arriba en los cielos y abajo en la Tierra ", trata de varios experimentos con el espacio y el tiempo. Se recuperan teorías previas de capítulos anteriores, como la teoría de Higgs, la supersimetría y la teoría de cuerdas. Se describen experimentos futuros planificados en un intento de verificar muchos de los conceptos teóricos discutidos, incluidos los componentes de la materia oscura y la energía oscura, la existencia del bosón de Higgs y la verificación de dimensiones espaciales adicionales.
El capítulo 15, " Teletransportadores y máquinas del tiempo ", trata sobre los viajes a través del espacio y el tiempo utilizando métodos intrigantes. La mecánica cuántica vuelve a la palestra cuando el lector se topa con la teletransportación . Se plantean enigmas sobre los viajes en el tiempo, como la idea de que los viajes en el tiempo al pasado sean una posibilidad. El final del capítulo se centra en los agujeros de gusano y la teoría que los sustenta.
El capítulo 16, " El futuro de una alusión ", se centra en los agujeros negros y su relación con la entropía. La idea principal de este capítulo es que el espacio-tiempo puede no ser la estructura fundamental del universo.
The Fabric of the Cosmos se convirtió en el libro de ciencia más popular entre los clientes de Amazon.com en 2005 y estuvo en la lista de los más vendidos del New York Times ; desde su publicación el 10 de febrero de 2004, apareció 10 veces en el top 15 de no ficción, alcanzando el número 3 el 4 de abril, antes de salir de la lista el 9 de mayo. [3] Con una primera impresión de 125.000 y como selección principal del Book of the Month Club , Knopf esperaba que le fuera bien. [4]
NOVA realizó una secuela documental de la popular adaptación de Elegant Universe basada en este libro, The Fabric of the Cosmos , y con el mismo nombre. La serie está presentada por Greene e incluye comentarios de otros numerosos físicos de renombre, como Max Tegmark y otros.
Esta serie documental está compuesta por 4 episodios (5–8 de la temporada 39 , 2011–2012) de la serie de televisión Nova: [5]
Lynn Elber de Associated Press lo llamó "televisión alucinante". [7]