Antes que nada pedir perdón por las burradas que pueda llegar a decir

Es que el otro día estuve viendo un docu en el que hablaban de qué había antes del Big Bang. Comentaban lo de que según la teoría no había tiempo y por tanto no había antes pero explicaban otras teorías en las que sí que había antes. En fin, el caso es que una teoría era la del rebote, en la que cuando el universo se iba comprimiendo por la gravedad en un punto, llegaba a un momento en el que los átomos estaban tan juntos en los que se aplicaba la mecánica cuántica ya que era el mundo de "lo pequeño" y en ese caso la gravedad podría actuar repeliendo en vez de atrayendo.

Lo de "lo pequeño" y "lo grande" lo he escuchado muchas veces pero siempre me ha quedado la duda de si hay un límite estable en el que se aplica una u otra teoría. Por ejemplo, a partir de 1 nm se usa relatividad general, más pequeño, mecánica cuántica. ¿Es algo continuo? ¿Se sabe sí lo es? ¿Es para todas las partículas y condiciones ( temperatura, presión, ...) igual?

Gracias!

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Como decía un profesor mío: la naturaleza es cuántica y relativista. Los "clásicos" son nuestros ojos. En realidad, la física cuántica, la relatividad, son teorías que se aproximan mucho mejor a la realidad y que podríamos aplicar en cualquier caso. De hecho, se puede (y se debería) estudiar cómo cae una pelota de tenis cuando se deja caer desde un metro de altura aplicando las ecuaciones de la relatividad general y la mecánica cuántica.

El problema está, claro, en que no vas a poner a alumnos de primero de bachillerato (o era eso... digo ESO) haciendo ésos cálculos de buenas a primeras y existen aproximaciones bastantes buenas que se descubrieron primero, llamémoslas mecánica de Newton.

La pregunta vendría a ser, ¿cuándo son estas aproximaciones lo suficiente buenas como para poder olvidarnos de la complicación de la mecánica cuántica, la relatividad, e irnos a las fórmulas fáciles? En general, se haría un estudio usando ambas, mirando cómo divergen y concluyendo cuándo deja de ser válida. En la práctica tenemos ya suficiente experiencia (no en vano, se utilizó la mecánica clásica con mucha efectividad durante siglos) y sabemos cuándo utilizar las aproximaciones (=cuando se vio que había algo chungo en la mecánica clásica)

Tenemos cantidades naturales que aparecen cuando utilizamos la mecánica cuántica (la constante de Planck) y la Relatividad (la velocidad de la luz). Lo que tenemos que hacer es averiguar si las cantidades involucradas son del mismo orden de magnitud que éstas unidades naturales o son despreciables. A lo mejor un par de ejemplos (ejercicios típicos) lo hacen más claro

1) ¿Es necesaria la relatividad general para estudiar fórmula 1?
Unidad natural: c. Unidades de velocidad. 300000000km/s
velocidades del problema: 300km/s
Diferencia en un factor de 1000000. Ergo, las velocidades involucradas en el problema son despreciables, no hace falta utilizar relatividad para obtener buenas aproximaciones

2) ¿Es necesaria la mecánica cuántica para estudiar la potencia de mi lavadora?
Unidad natural: h. Unidades Energia x tiempo. 6.62e-34 Julios x segundo
Unidades del problema: 1000vatios (=Julios/s) durante 1 hora= 1000x3600x3600=13G-vatios
(nota: multiplicamos 2 veces para pasar de J/s a J*s)
La diferencia es inmensa. No necesitamos utilizar mecánica cuántica para nuestra lavadora.

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Gracias por la respuesta. Entonces... quitando ese F1 que va a 300 Km/s... ¿Se pueden usar las dos teorías simultáneamente y combinarlas?

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Aunque no tenemos la teoría del todo (que una mecánica cuántica y relatividad), sí se pueden intentar utilizar ambas más o menos al mismo problema. De hecho, problemas como la radiación Hawking han sido abordados de esta manera.

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No sé por qué dices que los resultados van a ser malos. De hecho, al ser ecuaciones que se aproximan más al comportamiento real de la naturaleza, los resultados deben ser todavía mejores que usando las leyes de Newton.Y de hecho, lo son.
El procedimiento es bastante sencillo: toma la ecuación de Schrödinger y anádele como potencial el gravitatorio, y resuelve. Si no recuerdo mal, estaba como ejercicio en el libro "Mecánica cuántica" de S. Sakurai. También se puede aplicar el método pre-cuántico que se señala aquí:
http://www.st-andrews.ac.uk/~ulf/QM1_1.pdf
El resultado es bastante curioso, pero propio de la mecánica cuántica: uno, las partículas no caerán pasando por todos los sitios posibles sino que saltarán de un sitio a otro (ya que el espacio está cuantizado, aunque sea en escalas del orden de la longitud de Planck). Dos, cuidadín cuidadín con la diferencia entre las masas inerciales y gravitatoria.

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una cuestión importante, para mi entender, cuando nos preguntamos ¿que había antes del Big Bang? es que si el Big Bang fue lo que creemos que fue, esa pregunta no tiene mucho sentido dentro de la la ciencia ya que si el Big Bang incluye una singularidad del espacio-tiempo nada de información puede pasar de "antes" a "después" o de "allí" para "aquí" por lo tanto no solo que no sabemos lo que hubo, sino que nunca lo sabremos y lo único que podemos es hacer conjeturas mas o menos plausibles. Otra cosa es que el Big Bang, puede que no fuera lo que creemos que fue y "pasado mañana" mis palabras queden sin sentido...

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"No le puedes enseñar nada, solo puedes ayudarle a encontrar la respuesta dentro de si mismo."
Galileo Galilei
10x

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Si te ves el documental del Discovery Channel "Curiosity- ¿Dios creó el universo?" y "Curiosity-¿Existen universos paralelos?" entre los dos documentales juntos yo creo que abarcan más o menos todas las posibles teorías que actualmente se barajan sobre el origen de todo, el big bang y demás como por ejemplo la de los univeros brana, el universo cíclico (eterno retorno de Nietzche) , etc..etc... y lo explican todo de manera bastante divulgativa para profanos como nosotros (Adama y yo, que tb soy informático xD). Te recomiendo verlos.

Por otro lado, según tengo entendido, las ecuaciones de Newton y la mecánica cuántica no son ecuaciones/teorías complementarias sino que las ecuaciones de Newton forman parte del conjunto que son las ecuaciones de la mecánica cuántica. Hablando en forma de conjuntos, las de Newton serían un conjunto dentro de otro conjunto más grande que son la mecánica cuántica aunque creo que hasta el día en que no se consiga introducir el tema de la gravedad aún quedarán flecos colgando...

Gracias orion60230412424... Gracias Orion!

Miraré a ver si lo encuentro.

edit: Está en youtube mismo

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La relatividad general y la mecánica cuántica no se llevan demasiado bien. Sabemos calcular resultados de mecánica cuántica en espacios curvos (olvidándonos de qué ha curvado ese espacio); y podemos calcular la curvatura del espacio dada la materia que hay (pero olvidándonos de las interacciones cuánticas). Si hay que juntar todo, pues puede dar lugar a problemas matemáticos y hay que coger el resultado con pinzas.

Una de las "pegas" que tiene juntar las dos teorías es que la mecánica cuántica se lleva mal con las singularidades espacio-temporales. De lo que entendemos, una teoría de gravedad cuántica que funcione bien debería evitar que se formaran estas singularidades. Por eso los universos con "rebote" tienen atractivo... presentas la mayoría de las características del big bang, pero desaparecen las singularidades que te están molestando. Yo he visto que este "rebote" aparece en teorías de relatividad general modificadas; pero es probable que aparezcan también con otros métodos. Una vez tienes tu universo con "rebote", puedes calcular con mecánica cuántica resultados cosmológicos (fondo cósmico de microondas, formación de galaxias, ...) para ver que diferencias habría con los resultados típicos de Big Bang.

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Lo del universo que "rebota" viene a ser lo del "big crunch" más o menos, no?

¿Pero esas teorías cuadran con las observaciones?. Yo tenía entendido que si fueran ciertas, la expansión del universo tendría que ser "decelerada" y sin embargo parece que al menos la parte que podemos ver está en expansión acelerada, no?