Todos los seres vivos nos valemos de la reproducción para burlar a la Entropía destructura, y, aunque no podamos esquivarla a nivel individual, si que lo podemos hacer en el ámbito de la Civilización que, al reproducirse perdura. Aquí es donde entra la frase: “mientras haya muerte hay esperanza”. ¿Podríamos considerar como entes vivos a las Galaxias y a los mundos que, como el planeta Tierra se regenera mediante explosiones surpernovas, terremotos, erupciones volcánicas y otros fenómenos naturales? Creo que sí, de todos esos “desastres” surgen nuevas cosas, nacen nuevas plantas, se crean cursos de ríos, valles y montañas que no existían pasan a formar parte de un nuevo y renovado paisaje y, entre todo eso, también surgen nuevas formas de vida dispuestas a evolucionar como es su destino.

Y pensar que la Entropía acabará algún día con nuestro Universo…Es duro de asimilar y, sin embargo… ¡El Univereo está muriendo lentamente! Las galaxias cada vez producen menos estrellas y, el alejamiento de la materia (las grandes estructuras se alejan las unas de las otras), está creando una temperatura cada vez más baja que, si nada lo remedia, llegará al cero absoluto, es decir, -273 ºC, y, en ese ambiente, nada se mueve, ni los átomos.

.. sus peldaños se va destruyendo a nuestras espaldas. Nunca podremos regresar al pasado. La flecha del tiempo, sólo sabe correr hacia el futuro …

La cuestión sobre la flecha del tiempo intriga a los científicos porque la mayor parte de las leyes fundamentales de la física no separan el pasado del futuro. El concepto de entropía, a su vez, se basa en el flujo del tiempo, ya que establece que el desorden o caos aumenta con el paso del tiempo, tal como señaló el físico Ludwig Boltzmann hace ya más de un siglo.

Espacio y tiempo son conceptos que no tienen sentido antes de la aparición de la materia en el Universo, por lo que en el modelo cosmológico actual se considera que el espacio y el tiempo aparecen con la materia en el mismo momento del Big-Bang.

Según este modelo cosmológico, a medida que el tiempo fluye, la entropía global del Universo también aumenta. Como la flecha del flujo del tiempo es irreversible, la flecha de flujo de la entropía también es irreversible. En el Universo, la cantidad de energía útil disminuye paulatinamente y aumenta la forma degradada de energía.

Dado que la entropía global siempre está en constante aumento, causará en algún momento el desplome térmico de todos los biosistemas en el Universo conocido, fenómeno conocido como Muerte Térmica del Biocosmos. Fin del Universo, de la vida, del tiempo y también de la entropía, según el actual modelo cosmológico.  El espacio se expande cada vez más, las galaxias se alejan las unas de la otras, la temperatura del Universo es muy baja y cada vez se irá reduciendo más y más, y, cuando alcance el Cero Absoluto, -273,15  ºC… ¡Todo habrá acabado, ni los átomos se moverán!

Claro que, hablamos y hablamos de la Entropía pero, no caemos en la cuenta de que, en el Universo, todo está relacionado. Existen hilos invisibles que atan unas cosas a las otras e inciden sobre los comportamientos y, si eso es así (que lo es), deberíamos pensar en eso que llamamos “vacío cuántico” y preguntar: ¿Qué incidencia podría tener sobre esa entropía destructora?

En el vacío, la existencia del cuanto de acción que está íntimamente unida a la propia naturaleza de la energía de las fluctuaciones cuánticas obliga a que su estructura sea discontinua, escalonada, fractal (prefractal), lejos de la continuidad clásica, por ello la geometría fractal puede enseñarnos algo que antes no podíamos ver. Pero las fluctuaciones cuánticas de energía del vacío no son simples variaciones sobre un fondo absoluto y estático. Las fluctuaciones determinan la propia geometría del espacio, por lo que analizando su estructura podremos averiguar algo más sobre la referencia espaciotemporal que determinan. La forma en que se puede proceder a analizarlas es idéntica a como se determina la dimensión fractal de una costa o cualquier figura fractal sencilla. La pauta que nos guia, en nuestro caso, es la variación de la energía virtual de las fluctuaciones con la distancia.

Desde distancias astronómicas hasta la Longitud de Planck la energía asociada está siempre en proporción inversa a dicha distancia: si para una distancia D se le asocia una energía E, para una distancia 2D se le asocia una energía E/2.A pesar de lo intrincadas e irregulares que son las fluctuaciones cuánticas su dependencia con el inverso de la distancia permite al vacío cuántico que se nos presente de forma, prácticamente, similar al vacío clásico a pesar de las tremendas energías a las que se encuentra asociado. En este efecto tuvo mucho que ver la particular geometría que adoptó nuestro Universo : 3 dimensiones espaciales ordinarias y 6 compactadas. Esta geometría y la propia naturaleza del cuanto de acción están íntimamente ligadas. Con otra geometría diferente las reglas de la mecánica cuántica en nuestro universo serían completamente diferentes.

La estabilidad del espacio-tiempo, de la materia y de la energía tal como los conocemos sería imposible y, a la postre, tampoco sería posible la belleza que esta estabilidad posibilita así como la propia inteligencia y armonía que, en cierta forma, subyace en todo el Universo.

Así que, entre el espacio que podemos ver, ese vacío que sabemos que está ahí y no podemos más más que algunas consecuencias de su existencia, lo que llamamos “materia oscura” que es la mayor concentración de “ese algo” que existe, y, que, bien podrían ser las semillas a partir de las cuales surge la materia normal o luminosa una vez que, con el tiempo y a partir de esa “semilla” se transforma en materia “normal”, Bariónica y, ahora sí, sujeta al electromagnetismo…Todo eso, amigos, no podría incidir de alguna manera en esa Entropía destructora que, sin que lo sepamos está siendo combatida por todos esos parámetros que ignoramos…a ciencia cierta.

Una ley científica es un fenómeno universal observado experimentalmente y que puede verificarse mediante el método científico. Algunas de leyes establecidas mediante el método científico que confirman la creación son:

Leyes de la Termodinámica y otras que hemos podido descubrir pero… esa sería otra hiustoria.

  Laboratorio estelar, la cuna de las estrellas, de los mundos y de moléculas esenciales para la vvida

Cuando me sumerjo en los misterios y maravillas que encierra el universo, no puedo dejar de sorprenderme por sus complejas y bellas formaciones, la inmensidad, la diversidad, las fuerzas que están presentes, los objetos que lo pueblan, y, esa presencia invisible que permea todo el espacio y que se ha dado en denominar océano y campos de Higgs, allí donde reside esa clase de energía exótica, ese nuevo éter que, en definitiva hace que el Universo funcione tal como lo podemos ver. Existen muchos parámetros del Cosmos que aún no podemos comprender y que, de momento, sólo sabemos presentir, es como si pudiéramos ver la sombra de algo que no sabemos lo que es.

Todo el Universo conocido nos ofrece una ingente cantidad de objetos que se nos presentan en formas de estrellas y planetas, extensas nebulosas formadas por explosiones de supernovas y que dan lugar al nacimiento de nuevas estrellas, un sin fin de galaxias de múltiples formas y colores, extraños cuerpos que giran a velocidades inusitadas y que alumbran el espacio como si de un faro se tratara, y, hasta objetos de enormes masas y densidades infinitas que no dejan escapar ni la luz que es atrapada por su fuerza de gravedad.

             Ya nos gustaría saber qué es, todo lo que observamos en nuestro Universo

Sin embargo, todo eso, está formado por minúsculos e infinitesimales objetos que llamamos quarks y leptones, partículas elementales que se unen para formar toda esa materia que podemos ver y que llamamos Bariónica pudiendo ser detectada porque emite radiación. Al contrario ocurre con esa otra supuesta materia que llamamos oscura y que, al parecer, impregna todo el universo conocido, ni emite radiación ni sabemos a ciencia cierta de qué podrá estar formada, y, al mismo tiempo, existe también una especie de energía presente también en todas partes de la que tampoco podemos explicar mucho.

Pensemos por ejemplo que un átomo tiene aproximadamente 10^-8 centímetros de diámetros. En los sólidos y líquidos ordinarios los átomos están muy juntos, casi en contacto mutuo. La densidad de los sólidos y líquidos ordinarios depende por tanto del tamaño exacto de los átomos, del grado de empaquetamiento y del peso de los distintos átomos.

Isaac Asimov en uno de sus libros nos explicó que,  los sólidos ordinarios, el menos denso es el hidrógeno solidificado, con una densidad de 0’076 gramos por cm³. El más denso es un metal raro, el osmio, con una densidad de 22’48 gramos/cm³. Si los átomos fuesen bolas macizas e incompresibles, el osmio sería el material más denso posible, y un centímetro cúbico de materia jamás podría pesar ni un kilogramo, y mucho menos toneladas.

Ese puntito blanco del centro de la Nebulosa planetaria, es mucho más denso que el osmio, es una enana blanca, y, sin embargo, no es lo más denso que en el Universo podemos encontrar. Cualquier estrella de neutrones es mucho más densa y, no hablemos de los agujeros negros, de su singularidad.

Pero los átomos no son macizos. El físico neozelandés experimentador por excelencia, Ernest Ruthertord, demostró en 1909 que los átomos eran en su mayor parte espacio vacío. La corteza exterior de los átomos contiene sólo electrones ligerísimos, mientras que el 99’9% de la masa del átomo está concentrada en una estructura diminuta situada en el centro: el núcleo atómico.

El núcleo atómico tiene un diámetro de unos 10^-15 cm (aproximadamente 1/100.000 del propio átomo). Si los átomos de una esfera de materia se pudieran estrujar hasta el punto de desplazar todos los electrones y dejar a los núcleos atómicos en contacto mutuo, el diámetro de la esfera disminuiría hasta un nivel de 1/100.000 de su tamaño original. De manera análoga, si se pudiera comprimir la Tierra hasta dejarla reducida a un balón de núcleos atómicos, toda su materia quedaría reducida a una esfera de unos 130 metros de diámetro. En esas mismas condiciones, el Sol mediría 13’7 km de diámetro en lugar de los 1.392.530 km que realmente mide. Y si pudiéramos convertir toda la materia conocida del universo en núcleos atómicos en contacto, obtendríamos una esfera de sólo algunos cientos de miles de km de diámetro, que cabría cómodamente dentro del cinturón de asteroides del Sistema Solar.

El calor y la presión que reinan en el centro de las estrellas rompen la estructura atómica y permiten que los núcleos atómicos empiecen a empaquetarse unos junto a otros. Las densidades en el centro del Sol son mucho más altas que la del osmio, pero como los núcleos atómicos se mueven de un lado a otros sin impedimento alguno, el material sigue siendo un gas.  Hay estrellas que se componen casi por entero de tales átomos destrozados.  La compañera de la estrella Sirio es una “enana blanca” no mayor que el planeta Urano, y sin embargo tiene una masa parecida a la del Sol.

Los núcleos atómicos se componen de protones y neutrones. Ya hemos dicho antes que todos los protones tienen carga eléctrica positiva y se repelen entre sí, de modo que en un lugar dado no se pueden reunir más de un centenar de ellos. Los neutrones, por el contrario, no tienen carga eléctrica y en condiciones adecuadas pueden estar juntos y empaquetados un enorme número de ellos para formar una “estrella de neutrones”. Los púlsares, según se cree, son estrellas de neutrones en rápida rotación.

Estas estrellas se forman cuando las estrellas de 2 – 3 masas solares, agotado el combustible nuclear, no pueden continuar fusionando el hidrógeno en helio, el helio en oxígeno, el oxigeno en carbono, etc, y explotan en supernovas. Las capas exteriores se volatilizan y son expulsados al espacio; el resto de la estrella (su mayor parte), al quedar a merced de la fuerza gravitatoria, es literalmente aplastada bajo su propio peso hasta tal punto que los electrones se funden con los protones y se forman neutrones que se comprimen de manera increíble hasta que se degeneran y emiten una fuerza que contrarresta la gravedad, quedándose estabilizada como estrella de neutrones.

El Gran Telescopio Canarias (GTC), instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma), ha obtenido imágenes de una profundidad “sin precedentes” de una estrella de neutrones del tipo magnetar, de las que se conocen seis. Si el Sol se convirtiera en una estrella de neutrones, toda su masa quedaría concentrada en una pelota cuyo diámetro sería de 1/100.000 del actual, y su volumen (1/100.000)³, o lo que es lo mismo 1/1.000.000.000.000.000 (una milmillonésima) del actual. Su densidad sería, por tanto, 1.000.000.000.000.000 (mil billones) de veces superior a la que tiene ahora.

La densidad global del Sol hoy día es de 1’4 gramos/cm³. Una estrella de neutrones a partir del Sol tendría una densidad que se reflejaría mediante 1.400.000.000.000.000 gramos por cm³. Es decir, un centímetro cúbico de una estrella de neutrones puede llegar a pesar 1.400.000.000 (mil cuatrocientos millones de toneladas). ¡Qué barbaridad!

Objetos como estos pueblan el universo, e incluso más sorprendentes todavía, como es el caso de los agujeros negros explicado en páginas anteriores de este mismo trabajo. Cuando hablamos de las cosas del universo estamos hablando de cosas muy grandes. Cualquiera se podría preguntar, por ejemplo: ¿hasta cuándo podrá mantener el Sol la vida en la Tierra? Está claro que podrá hacerlo mientras radie energía y nos envie luz y calor que la haga posible tal como la conocemos.

Como ya explicamos antes, la radiación del Sol proviene de la fusión del hidrógeno en helio. Para producir la radiación vertida por el sol se necesita una cantidad ingente de fusión: cada segundo tienen que fusionarse 654.600.000 toneladas de hidrógeno en 650.000.000 toneladas de helio  (las 4.600.000 toneladas restantes se convierten en energía de radiación y las pierde el Sol para siempre. La ínfima porción de esta energía que incide sobre la Tierra basta para mantener toda la vida en nuestro planeta).

Los rayos del Sol que envían al planeta Tierra su luz y su calor, también forma parte del Universo, al mismo tiempo que hace posible la vida en un planeta maravilloso que es el habitat de millones de especies, unas más inteligentes que otras en relación al roll que, a cada una, le tocó desempañar.

Nadie diría que con este consumo tan alto de hidrógeno por segundo, el Sol pudiera durar mucho tiempo, pero es que ese cálculo no tiene en cuenta el enorme tamaño del Sol. Su masa totaliza 2.200.000.000.000.000. 000.000.000.000 (más de dos mil cuatrillones) de toneladas. Un 53% de esta masa es hidrógeno, lo cual significa que el Sol contiene en la actualidad una cantidad de 1.166.000.000.000.000.000.0000.0000.000 toneladas.

Para completar datos diré que el resto de la masa del Sol es casi todo helio. Menos del 0’1 por 100 de su masa está constituido por átomos más complicados que el helio. El helio es más compacto que el hidrógeno. En condiciones idénticas, un número dado de átomos de helio tiene una masa cuatro veces mayor el mismo número de átomos de hidrógeno. O dicho de otra manera: una masa dada de helio ocupa menos espacio que la misma masa de hidrógeno. En función del volumen – el espacio ocupado –, el Sol es hidrógeno en un 80 por ciento.

Si suponemos que el Sol fue en origen todo hidrógeno, que siempre ha convertido hidrógeno en helio al ritmo dicho de 4.654.600  toneladas  por segundo y que lo seguirá haciendo hasta el final, se calcula que ha estado radiando desde hace unos 4.000 millones de años y que seguirá haciéndolo durante otros cinco mil millones de años más. Pero las cosas no son tan simples. El Sol es una estrella de segunda generación, constituida a partir de gas y polvo cósmico desperdigado por estrellas que se habían quemado y explotado miles de millones de años atrás.  Así pues, la materia prima del Sol contenía ya mucho helio desde el principio, lo que nos lleva a pensar que el final puede estar algo más cercano.

Por otra parte, el Sol no continuará radiando exactamente al mismo ritmo que ahora. El hidrógeno y el helio no están perfectamente entremezclados. El helio está concentrado en el núcleo central y la reacción de fusión se produce en la superficie del núcleo. Cuando el Sol se convierta en gigante roja… Nosotros tendremos que haber podido buscar la manera de salir de la Tierra para unicarnos en otros mundos, dado que, dicha fase del Sol, no permitirá la vida en nuestro planeta.

Los planetas interiores serán engullidos por nuestro Sol y, la Tierra, quedará calcinada, sus océanos se evaporarán y toda la vida, desaparecerá

Las estrellas, como todo en nuestro universo, tienen un principio y un final. La que en la imagen de arriba podemos contemplar, ha llegado al final de su ciclo, y, agotado su combustible nuclear, quedará a merced de la fuerza de la Gravedad que la convertirá en un objeto distinto del que fue durante su larga vida. Dependiendo de su masa,  las estrellas se convierten en enanas blancas -el caso del Sol-, estrella de neutrones o Agujeros negros.

Espero que al lector de este trabajo (obtenido principalmente de uno original de Asimov), encargado por la Asociación Cultural “Amigos de la Física 137, e/hc”, les esté entreteniendo y sobre todo interesando los temas que aquí hemos tratado, siempre con las miras puestas en difundir el conocimiento científico de temas de la naturaleza como la astronomía y la física. Tratamos de elegir temas de interés y aquellos que han llamado la atención del público en general, explicándolos y respondiendo a preguntas cuyas respuestas seguramente querrían conocer.

La atracción gravitatoria de la Luna sobre la Tierra hace subir el nivel de los océanos a ambos lados de nuestro planeta y crea así dos abultamientos. A medida que la Tierra gira de oeste a este, estos dos bultos – de los cuales uno mira hacia la Luna y el otro en dirección contraria – se desplazan de este a oeste alrededor de la Tierra. Al efectuar este desplazamiento, los dos bultos rozan contra el fondo de los mares poco profundos, como el de Bering o el de Irlanda. Tal rozamiento convierte energía de rotación en calor, y este consumo de la energía de rotación terrestre hace que el movimiento de rotación de la Tierra alrededor de su eje vaya disminuyendo poco a poco. Las mareas actúan como freno sobre la rotación de la Tierra, y como consecuencia de ello, los días terrestres se van alargando un segundo cada mil años.

Pero no es sólo el agua del océano lo que sube de nivel en respuesta a la gravedad lunar. La corteza sólida de la Tierra también acusa el efecto, aunque en medida menos notable. El resultado son dos pequeños abultamientos rocosos que van girando alrededor de la Tierra, el uno mirando hacia la Luna y el otro en la cara opuesta de nuestro planeta. Durante ese desplazamiento, el rozamiento de una capa rocosa contra otra va minando también la energía de rotación terrestre. (Los bultos, claro está, no se mueven físicamente alrededor del planeta, sino que a medida que el planeta gira, remiten en un lugar y se forman en otro, según qué porciones de la superficie pasen por debajo de la Luna y sean atraídas por su fuerza de gravedad).

La Luna no tiene mares ni mareas en el sentido corriente. Sin embargo, la corteza sólida de la luna acusa la fuerte atracción gravitacional de la Tierra, y no hay que olvidar que ésta es 80 veces más grande que la Luna. El abultamiento provocado en la superficie lunar es mucho mayor que el de la superficie terrestre. Por tanto, si la Luna rotase en un periodo de 24 horas, estaría sometida a un rozamiento muchísimo mayor que la Tierra. Además, como nuestro satélite tiene una masa mucho menor que la Tierra, su energía total de rotación sería, ya de entrada, para periodos de rotación iguales, mucho menor.

Así pues, la Luna, con una reserva inicial de energía muy pequeña, socavada rápidamente por los grandes bultos provocados por la Tierra, tuvo que sufrir una disminución relativamente rápida de su periodo de rotación.  Hace seguramente muchos millones de años debió de decelerarse hasta el punto de que el día lunar se igualó con el mes lunar. De ahí en adelante, la Luna siempre mostraría la misma cara hacia el planeta Tierra.

Esto, a su vez, congela los abultamientos en un aposición fija. Unos de ellos miran hacia la Tierra desde el centro mismo de la cara lunar que nosotros vemos, mientras que el otro está apuntando en dirección contraria desde el centro mismo de la cara lunar que no podemos ver. Puesto que las dos caras no cambian de posición a medida que la Luna gira alrededor de la Tierra, los bultos no experimentan ningún nuevo cambio ni tampoco se produce rozamiento alguno que altere el periodo de rotación del satélite. La luna continuará mostrándonos la misma cara indefinidamente; lo cual, como veis, no es ninguna coincidencia, sino la consecuencia inevitable de la gravitación y del rozamiento.

Durante unos ochenta años, por ejemplo, se pensó que Mercurio (el planeta más cercano al Sol y el más afectado por la fuerza gravitatoria solar) ofrecía siempre la misma cara al Sol, por el mismo motivo que la Luna ofrece siempre la misma cara a la Tierra. Pero se ha comprobado que, en el caso de este planeta, los efectos del rozamiento producen un periodo estable de rotación de 58 días, que es justamente dos tercios de los 88 días que constituyen el período de revolución de Mercurio alrededor del Sol.

Hay tantas cosas que aprender que el corto tiempo que se nos permite estar aquí es totalmente insuficiente para conocer todo lo que nos gustaría. ¿Hay algo más penoso que la ignorancia? Continuemos pues aprendiendo cosas nuevas.

En alguna ocasión dejé una reseña de lo que se entiende por entropía y así sabemos que la energía sólo puede ser convertida en trabajo cuando    dentro del sistema concreto que se esté utilizando, la concentración de energía no es uniforme. La energía tiende entonces a fluir desde el punto de mayor concentración al de menor concentración, hasta establecer la uniformadad. La obtención de trabajo a partir de energía consiste precisamente en aprovechar este flujo.

El agua de un río está más alta y tiene más energía gravitatoria en el manantial del que mana en lo alto de la montaña y menos energía en el llano en la desembocadura, donde fluye suave y tranquila. Por eso fluye el agua río abajo hasta el mar (si no fuese por la lluvia, todas las aguas continentales fluirían montaña abajo hasta el mar y el nivel del océano subiría ligeramente. La energía gravitatoria total permanecería igual, pero estaría distribuida con mayor uniformidad).

Una rueda hidráulica gira gracias al agua que corre ladera abajo: ese agua puede realizar un trabajo. El agua sobre una superficie horizontal no puede realizar trabajo, aunque esté sobre una meseta muy alta y posea una energía gravitatoria excepcional. El factor crucial es la diferencia en la concentración de energía y el flujo hacia la uniformidad.

Esta imagen que lleva el nombre de “Noche cristalina” fue tomada en abril de 2008 en la mina de Río Tinto, en (Huelva) España. Foto: J. Henry Fair/Cortesía: Galería Gerald Peters

Y lo mismo reza para cualquier clase de energía. En las máquinas de vapor hay un depósito de calor que convierte el agua en vapor, y otro depósito frío que vuelve a condensar el vapor en agua. El factor decisivo es esta diferencia de temperatura. Trabajando a un mismo y único nivel de temperatura no se puede extraer ningún trabajo, por muy alta que sea aquella.

El término “entropía” lo introdujo el físico alemán Rudolf J. E. Clausius en 1.849 para representar el grado de uniformidad con que está distribuida la energía, sea de la clase que sea. Cuanto más uniforme, mayor la entropía. Cuando la energía está distribuida de manera perfectamente uniforme, la entropía es máxima para el sistema en cuestión. El Tiempo, podríamos decir que es el portador de una compañera que, como él mismo, es inexorable. La entropía lo cambia todo y, en un Sistema cerrado (pongamos el Universo), la entropía siempre crece mientras que la energía es cada vez menor. Todo se deteriora con el paso del tiempo.

Marzo de 2009, Carolina del Sur, Estados Unidos. Lo que vemos son los desechos de cenizas de carbón en una planta generadora de electricidad. Foto: J. Henry Fair/Cortesía: Galería Gerald Peters. De la misma manera, en el Universo, se producen transiciones de fase que desembocan en el deterioro de los objetos que lo pueblan. Nunca será lo mismo una estrella de 1ª generación que una de 3ª y, el material del que están compuestas las últimas serán más complejos y cada vez, tendrán menor posibilidad de convertirse en Nebulosas que sean capaces de crear nuevas estrellas.

Clausius observó que cualquier diferencia de energía dentro de un sistema tiende siempre a igualarse por sí sola. Si colocamos un objeto caliente junto a otro frío, el calor fluye de manera que se transmite del caliente al frío hasta que se igualan las temperaturas de ambos cuerpos. Si tenemos dos depósitos de agua comunicados entre sí y el nivel de uno de ellos es más alto que el otro, la atracción gravitatoria hará que el primero baje y el segundo suba, hasta que ambos niveles se igualen y la energía gravitatoria quede distribuida uniformemente.

      Considerado como Sistema Cerrado, la Entropía no deja de aumentar en nuestro Universo a medida que el Tiempo transcurre

Clausius afirmó, por tanto, que en la naturaleza era regla general que las diferencias en las concentraciones de energía tendían a igualarse. O dicho de otra manera: que la entropía aumenta con el tiempo. El estudio del flujo de energía desde puntos de alta concentración a otros de baja concentración se llevó a cabo de modo especialmente complejo en relación con la energía térmica. Por eso, el estudio del flujo de energía y de los intercambios de energía y trabajo recibió el nombre de “termodinámica”, que en griego significa “movimiento de calor”.

Con anterioridad se había llegado ya a la conclusión de que la energía no podía ser destruida ni creada. Esta regla es tan fundamental que se la denomina “primer principio de la termodinámica”. Sin embargo, cuando la entropía ataca, la energía puede quedar congelada e inservisble. La idea sugerida por Clausius de que la entropía aumenta con el tiempo es una regla general no menos básica, y que denomina “segundo principio de la termodinámica.”

Según este segundo principio, la entropía aumenta constantemente, lo cual significa que las diferencias en la concentración de energía también van despareciendo. Cuando todas las diferencias en la concentración de energía se han igualado por completo, no se puede extraer más trabajo, ni pueden producirse cambios.

¿Está degradándose el universo?

Bueno, todos sabemos que el Universo evoluciona y, como todo, con el paso del tiempo cambia. Lo que hoy es, mañana no será. Existe una pequeña ecuación:   S = k log W que, aunque pequeña y sencilla, es la mayor aportaciópn de Boltzmann y una de las ecuaciones más importantes de la Física. El significado de las tres letras que aparecen (aparte la notación para el logaritmo es el siguiente: S es la entropía de un Sistema; W el número de microestados posibles de sus partículas elementales y k una constante de proporcionalidad que hoy día recibe el nombre de constante de Boltzmann y cuyo valor es k = 1,3805 x 10^-23 J(K (si el logaritmo se toma en base natural). En esta breve ecuación se encierra la conexión entre el micromundo y el macromundo, y por ella se reconoce a Boltzmann como el padre de la rama de la Física comocida como Mecánica Estadistica (en el siguiente trabajo se habla de ésta maravillosa fórmula).

Pero esa, es otra historia.

Nunca debemos olvidar que el Universo es inmenso, en realidad, “infinito” para nosotros que no podemos recorrrer sus distancias en las que, bellas formaciones, como la que arriba podemos contemplar, sólo pueden ser captadas por ingenios modernos y sofisticados telescopio que atrapan la luz que viaja desde miles de millones de kilómetros de distancia para poder así mostrarnos, objetos de una belleza que ningún pintor podría reproducir por su dinámica constante ni tampoco, nuestra imaginación podría mentalizar por el desconocimiento que tenemos de que maravillas así pudieran existir en un vasto Universo que, en gran parte, es aún un gran desconocido.

Emilio Silvera V.

  Recordemos la Misión Cassini Huygens

la Luna Titan captada por la Huygens con atmósfera como la de la Tierra hace millones de años, océanos de metano, y, características que, en el futuro, podríann ser idóneas para la vida.

Sobrevuelos a Venus, la Tierra y Júpiter investigando  Saturno y sus lunas. Ha sido una de las misiones espaciales más rentable hasta el momento.

La masa de la sonda Cassini es tan grande que no fue posible emplear un vehículo de lanzamiento que la dirigiese directamente a Saturno. Para alcanzar este planeta fueron necesarias cuatro asistencias gravitacionales; de esta forma, Cassini empleó una trayectoria interplanetaria que la llevaría a Venus en dos ocasiones, posteriormente hacia la Tierra y después hacia Júpiter. Después de sobrevolar Venus en dos ocasiones a una altitud de 284 Km, el 26 de abril de 1998 y a 600 Km, el 24 de junio de 1999, el vehículo se aproximó a la Tierra, acercándose a 1171 Km de su superficie el 18 de agosto de 1999. Gracias a estas tres asistencias gravitacionales, Cassini adquirió el momento suficiente para dirigirse al Sistema Solar externo. La cuarta y última asistencia se llevaría a cabo en Júpiter, el 30 de diciembre de 2000, sobrevolándolo a una distancia de 9.723.890 Km, e impulsándose hacia Saturno.

El Universo lo es todo. El Espacio y el Tiempo, la Materia y las fuerzas que con ella interaccionan, las Constantes de la Naturaleza y todo ello, implica una serie de cuestiones de una complejidad inmensa que aún, no hemos podido resolver. La cantidad de teorías, de modelos, de experimentos y de posibilidades que están en marcha en los distintos campos del saber, son enormes, y, finalmente, todas deberán ser unidas en un solo y complementado conocimiento que nos lleve a ese entendimiento profundo de nuestro Universo como un todo que es, lo que podremos ver, trás unir las piezas del rompecabezas con el que ahora estamos trabajando al dilucidar parcelas de esa inmensidad que no podemos abarcar con la vista y menos con el conocimiento, sólo la imaginación se acerca a ese todo que pretendemos construir.

No podemos tener una imagen del Universo completo, es demasiado grande para que eso sea posible y sólo, pequeñas regiones del mismo podemos captar con nuestros telescopios que nos enseñan regiones más o menos lejanas del inmenso Cosmos. En cualquier parte que podamos mirar y observar, nos daremos cuenta de que las cosas que allí puedan pasar, son las mismas que pasan en otros lugares, toda vez que, el Universo se rige por leyes que actúan en todas partes de la misma manera. Muchos, desde hace mucho tiempo, pensaron en todas esas cuestiones.

Tales nació en la ciudad de Mileto en el año 639 a. de C. Fue el primero de los 7 sabios de Grecia y era matemático, geógrafo, pensador, astrónomo y astrólogo. Hijo de Examio y Cleóbula. Se marchó a Egipto para formarse con los sacerdotes del faraón en Geometría, astrología y física, allí aprendió cosas tan útiles como medir las pirámides por la longitud de la sombra. Era experto en astrosofía (algo que unía astronomía con filosofía) y que le daba el título de erudito en el más alto nivel. Se cuenta de él que, un día caminaba, de noche, observando las estrellas y cayó en un socabón que había en el suelo. Él fue el primero en dar al Agua la importancia que tiene para la vida.

Hoy trataré de dejar aquí una insignificante brizna de toda esa búsqueda, desesperada, por ese saber incansablemente perseguido por la especie humana que,deseosa de conocer todos aquellos misterios encerrados dentro de esa burbuja que llamamos Universo, no ha dejado, desde que Tales de Mileto desterró la mitología para emplear la lógica, de buscar el por qué del mundo, de los cielos y, en fin, de la Naturaleza. Claro que, desde aquel entonces hasta ahora, mucho es lo que nuestra curiosidad nos ha podido dar de ese saber que buscamos y del que no todos, hanestado siempre seguros de lograr.

Por ejemplo:

No olvidemos que, en el siglo XIX, algunos científicos declararon que la composición de las estrellas estaría siempre fuera del alcance del experimento, y, que la única manera que tendríamos de conocerlas sería la de mirar al cielo y verlas allí, inalcanzables como puntos de luz brillantes y lejanos en la oscuridad del vacío del cosmos.Sin embargo, podemos decir hoy, finalizando la segunda década del siglo XXI, , que no solo podemos saber la composición de las estrellas, sino también como nacen, “viven” y mueren, las distancias que las separan de nosotros y un sin fin de datos más que el estudio y la investigación nos ha posibilitado descubrir.

Las estrellas del cielo, ¡tan lejanas! ¡tan misteriosas! que en las noches oscuras nos envían guiños de complicidad, como si trataran de decirnos alguna cosa, como si nos estuvieran llamando. Fue tanto el misterio que en nuestras mentes sembraron las estrellas que, no hemos parado ni un momento por saber, no sólo de qué estaban hechas, sino como surgen a la vida, como se desarrollan sus mecanismos, como mueren y en qué se convierten después. Sabemos que las estrellas son importantes en nuestras vidas hasta el punto de que, sin ellas, no podríamos estar aquí. Una de ellas, a la que llamamos Sol, nos envía su luz y su calor haciendo posible la vida en el planeta Tierra, otra antes que el Sol, hace seguramente muchos miles de millones de años, regó el espacio con su materia estelar y, pasado el tiempo, se condenso (ayudada por la Fuerza de Gravedad) en lo que hoy conocemos como el Sistema Solar.

Nada más cierto que lo que quiere simbolizar esa enorme imagen del Pensador. Es un fiel reflejo de lo que, a través de los tiempos, ha sido el SER Humano. Nunca hemos dejado ni dejaremos de pensar, en ello está nuestro futuro. A las pruebas de la Historia me remito.

Particularmente creo que el ser humano es capaz de realizar todo aquello en lo que piensa dentro de unos limites racionales.Podremos, en un futuro no muy lejano, alargar de manera considerable la media de vida.Podremos colonizar otros planetas (terraformarlos) y explotar recurso mineros en las lunas de nuestro sistema solar (las grandes compañias petroleras estarían encantadas en Titán), los turistas irán al planeta Marte o a las lunas Ganímedes o Europa.Los transportes de hoy serán reliquias del pasado y nos trasladaremos mediantes sistemas de transportes aéreos más limpios, rápidos y exentos de colisiones, sus modernos censores lo impedirán.Tendremos computadoras de cifrado cuántico que harán más seguras las comunicaciones y el intercambio de datos será realmente el de la velocidad de c, y así en todos los campos del saber humano.

En el nombre “Internet del Futuro” se asocian una serie de conceptos y tecnologías que abarcan desde la infraestructura de red, dispositivos e interfaces, software y aplicaciones que compondrán el que en unos años conformará el panorama de las Tecnologías de Información y Comunicaciones.

Entre estos temas, aparece la red de redes de gran velocidad y llegando a todas partes, mediante nuevos dispositivos, con nuevas formas de interaccionar con el mundo digital, acceso fácil e inteligente los diferentes tipos de contenidos con mención especial a 3D, y todo ello soportado por innovadores modelos de negocio adaptados a este nuevo panorama.

A los jóvenes no hay que convencerles de que Internet es imprescindible. El futuro para ellos es ya hoy. Una reciente encuesta pone de relieve la enorme vocación juvenil de tomar la red como bandera generacional. De hecho ellos, los jóvenes lo van a construir y modelar a su gusto y, probablemente, el Internet del futuro poco se parecerá al Internet que conocemos hoy. Alguien ha dicho: “Hoy, Internet está en su Prehistoria”. Lleva toda la razón

Estamos inmersos en un avance exponencial, imparable.

Se podría decir que, gracias a los Aceleradores de Partículas, podemos jugar con los átomos para mirar en su interior y saber, de qué está hecha la Materia que nos confroma a nosotros, a las estrellas y a los mundos de las galaxias del Universo.

Otro ejemplo de una idea “inverificable” la tenemos en la existencia del átomo.En el siglo XIX, la hipótesis atómica se reveló como el paso decisivo en la comprensión de las leyes de la química y la termodinámica.Sin embargo, muchos físicos se negaban a creer que los átomos existieran realmente, los aceptaban como un concepto o herramienta matemática para operar en su trabajo que, por accidente, daba la descripción correcta del mundo.Hoy somos todavía incapaces de tomar imágenes directas del átomo debido al principio de incertidumbre de Heisemberg, aunque ahora existen métodos indirectos.En 1.905, Einstein proporcionó la evidencia más convincente, aunque indirecta, de la existencia de átomos cuando demostró que el movimiento browniano (es decir, el movimiento aleatorio de partículas de polvo suspendidas en un líquido) puede ser explicado como colisiones aleatorias entre las partículas y los átomos del líquido.

Ejemplo en el que se observa la variación de los valores de la dimensión de masa y de la dimensión del contorno calculada por el método del compás en los siguientes DLA.

Otra posibilidad de crecimiento DLA es el vertical. Las partículas se lanzan desde lo alto y las partículas fijas se sitúan en el fondo del recipiente. Se puede observar en la siguiente figura como cuando una formación sobresale, las de sus lados dejan de crecer. Esto es debido a que las más grandes absorben los recursos de las más pequeñas e impiden su crecimiento, fenómeno que se da en la naturaleza cuando un árbol grande impide que crezcan los que están a su alrededor quitándoles los recursos de luz, agua…

Por analogía, podríamos esperar la confirmación experimental de la física de la décima dimensión utilizando métodos indirectos que aún ni se han inventado o descubierto.En lugar de fotografiar el objeto que deseamos, quizá nos conformaríamos, de momento, con fotografiar la “sombra” del mismo.

Bueno, con la imagen de la sombra podemos tener una idea, bastante acertada de la imagen original, el movimiento lo delata. Lo curioso del caso  es que, si la  miras, fijamente, comenzará  a  dar vueltas hacia el  lado contrario.

También la existencia de los neutrinos, propuestos por Wolfgang Pauli en 1.930, para dar cuenta de la energía perdida en ciertos experimentos sobre radiactividad que parecían violar la conservación de la materia y la energía, también digo, era inverificable (en aquel momento).Pauli comprendió que los neutrinos serían casi imposibles de observar experimentalmente, porque interaccionarían muy débilmente y, por consiguiente muy raramente con la materia.La materia, toda la materia, si profundizamos en ella a niveles microscópicos, podremos comprobar el hecho de que, en un 99% está constituida de espacios vacíos y, siendo así, los neutrinos pueden atravesarla sin rozar siquiera sus átomos, de hecho, pueden atravesar la Tierra como si ni siquiera existiera y, al mismo tiempo, también nosotros somos atravesados continuamente por billones de neutrinos emitidos por el sol, incluso por la noche.

Unos quieren pesar planetas y otros neutrinos pero, todos quieren saber sobre los misterios del Universo

Hablando de neutrinos recuerdo cuando el experimento Opera de los neutrinos pusiera en tela de juicio la teoría de Einstein, la medición de la luz proveniente de las galaxias confirmaron por primera vez a escala cósmica la teoría de la relatividad del genio físico.Sin embargo, no en una, sino en varias ocasiones han querido quitarle al bueno de Einstein el honor de haber marcado el límite de velocidad en nuestro Universo

Pauli admitió:  ”He cometido el pecado más grave, he predicho la existencia de una partícula que nunca puede ser observada”. Él predijo la existencia del neutrino para explicar “la masa perdida” en procesos de desintegración.

Pero incluso Pauli, con todos sus enormes conocimientos, se equivocaba, y el neutrino ha sido comprobado mediante distintos métodos que no dejan dudas de su existencia. Incluso producimos regularmente haces de neutrinos en colisionadores de átomos, realizamos experimentos con los neutrinosemitidos por reactores nucleares y, detectamos su presencia en enormes depósitos de agua pesada colocados en profundas minas abandonadas en las entrañas de la Tierra. Cuando una espectacular supernova de iluminó en el cielo del hemisferio sur en 1.987, los físicos registraron una ráfaga de neutrinos que atravesaron sus detectores situados, precisamente, en profundas minas.

         El Enorme recipiente lleno de agua pesada (SNOLSB), delatará a los neutrinos que lo atraviesen.

Dentro de una antigua mina de Sudbury (Ontario, Canadá) está ubicado el complejo de investigación astrofísica SNOLAB. Una de sus instalaciones es el Observatorio de Neutrinos (ONS, en la imagen). Los neutrinos son partículas subatómicas con una masa tan ínfima —se ha calculado que menos de una milmillonésima parte de la masa de un átomo de hidrógeno— que pueden atravesar la materia ordinaria sin apenas perturbarla. La materia está “compuesta” en su mayor parte de vacío aunque nuestros ojos y nuestro cerebro (en primera instancia) no lo interpreten así.

Para evitar la interferencia de otras partículas cósmicas este peculiar observatorio no está situado en la superfície, sino nada menos que a dos kilómetros de profundidad en el interior de la corteza terrestre. La instalación ONS es básicamente un “cazador de neutrinos” capaz de detectar estas partículas producidas por las reacciones de fusión en el interior Sol y así poder analizar la composición del núcleo de nuestra estrella. La cubierta acrílica del ONS contiene un kilotón (1.000 toneladas) de agua pesada (D2O) que al reaccionar con los neutrinos hacen que se produzcan unos azulados destellos de radiación o luz Cherenkov, llamada así en honor del destacado miembro de la Academia de Ciencias de la Unión Soviética Pável Alekséyevich Cherenkov (1904-1990), Premio Nobel de Física de 1958 por el descubrimiento e interpretación de este fenómeno. El primer detector orbital de partículas de estas características —Detector Cherenkov— fue uno de los equipos científicos instalados en el satélite Sputnik-3, lanzado por la URSS el mismo año en que Cherenkov recibiera el Nobel.

Si hablamos de la masa de Planck, lo hacemos de la masa de una partícula cuya longitud de onda Compton es igual a la Longitud de Planck, está dada por la ecuación de arriba, donde tenemos la constante de Planck racionalizada (la h cortada con ese palito arriba), c que es la velocidad de la luz y G la constante gravitacional, la descripción de una partícula elemental de esta masa.o partículas que interacionan con energías por partículas equivalentes a ellas a través de E = mc², requiere una teoría cuántica de la Gravedad. Como la masa de Planck es del orden de 10^-8 kg (equivalente a una energía de 10¹⁹ GeV) y, por ejemplo, la masa del protón es del ordende 10^-27 Kg y las mayores energías alcanzables en nuestros aceleradores de partículas actuales son de un orden (aún pequeño) los efectos de gravitación cuántica no aparecen en los laboratorios de física de partículas. Sin embargo, en el universo primitivo se cree quen las partículas tenían ejnergías del orden de la energía de Planck (representada en la ecuación de abajo) que sería la energía necesaria para llegar hasta las cuerdas.

Echando una larga mirada a la historia de la ciencia, creo que existen motivos para un moderado optimismo. Witten está convencido de que la ciencia sería algún día capaz de sondear hasta las energías de Planck.

E. Witten, padre de la versión más avanzada de la teoría de supercuerdas, la teoría M, dice:

“No siempre es tan fácil decir cuáles son las preguntas fáciles y cuáles las difíciles.En el S.XIX, la pregunta de por qué el agua hierve a 100 grados era desesperadamente inaccesible.Si usted hubiera dicho a un físico del siglo XIX que hacia elS. XX sería capaz de calcularlo, le habría parecido un cuento de hadas…. La teoría cuántica de campos es tan difícil que nadie la creyó completamente durante veinticinco años.”

 

 

 

Lo mismo que otros muchos, no creo que tengamos que esperar un siglo antes de que nuestro ingenio y nuestras máquinas puedan sondear de manera indirecta la décima dimensión, alguien sabrá, durante ese periodo de tiempo, resolver esa teoría de campos de cuerdas o alguna otra formula no perturbativa.El problema es teórico, no experimental.Necesitamos alguien con el ingenio y la inteligencia necesaria (además de un enorme índice de observación), para saber “ver” lo que probablemente tenemos ante nuestras narices, utilizando para ello todos los datos e indicios existentes de gente como Einstein, Kaluza y Klein, Veneziano y Suzuki, el cuarteto de cuerdas de Princeton, Michio Kaku, Witten…, y tantos otros.

Suponiendo que algún físico brillante resuelva la teoría de campos de cuerdas y derive las propiedades conocidas de nuestro Universo, sigue existiendo el problema practico de cuándo seríamos capaces de aprovechar el poder de la teoría del hiperespacio.Existen dos posibilidades:

1. Esperar que nuestra civilización alcance la capacidad para dominar energías millones de veces mayores que las de hoy.
2. Encontrar civilizaciones extraterrestres que, más avanzadas, hayan dominado el arte de manipular el Hiperespacio.

                           Pero, si no son como esta…¡Mejor!

Antes de que Edison (robara las ideas de Tesla) y con sus otros colaboradores aprovecharan los descubrimientos de Faraday y las ecuaciones de Maxwell, sobre la electricidad y el magnetismo, para explotarlos de manera práctica, pasaron unos setenta años.

La civilización moderna depende crucialmente del aprovechamiento de esta fuerza.La fuerza nuclear fue descubierta casi con el cambio de siglo, pasó todo el siglo XX y estamos en la primera década del XXI, han pasado 100 años, y, sin embargo, todavía no tenemos medios de aprovecharla con éxito en reactores de fusión, la energía limpia que produce el Sol.

El próximo paso, el aprovechar la potencia de la teoría de campo unificado, requiere un salto mucho mayor en nuestra tecnología, aunque sea un salto que probablemente tendrá implicaciones muchísimo más importantes.

El problema reside en que obligamos a la teoría de supercuerdas a responder preguntas sobre energías cotidianas, cuando su “ámbito natural” está en la energía de Planck.Energía que sólo fue liberada en el propio instante de la creación.Es decir, la teoría de supercuerdas es una teoría de la propia creación, así nos puede explicar todas las partículas y la materia, las fuerzas fundamentales y el espacio-tiempo, es decir, es la teoría del propio Universo.

El dolor de cabezas que nos causa pensar en el espacio-tiempo y en el cómo podemos desplazarnos por él a grandes distancias de tiempo y también de espacio. ¿Se conseguirá alguna vez? ¿Será cierto que existen los Agujeros de Gusano? ¿Podremos alguna vez construir naves que surquen el Hiperespacio hacia otras galaxias y otros mundos?

Durante estos comentarios, frecuentemente he reseñado la palabra “espacio-tiempo” refiriéndome a una geometría que incluye las tres dimensiones espaciales y una cuarta dimensión temporal.En la física newtoniana, el espacio y el tiempo se consideraban como entidades separadas y el que los sucesos fueran simultáneos o no era una materia que se consideraba como obvia para cualquier observador capacitado.

En el concepto de Einstein del universo físico, basado en el sistema de geometría inventada por H. Minkowski (1864-1909), el espacio y el tiempo estaban considerados como enlazados, de manera que dos observadores en movimiento relativo podían estar en desacuerdo sobre la simultaneidad de sucesos distantes.En la Geometría de Minkowski (inspirada a partir de la teoría de la relatividad especial de Einstein), un suceso se consideraba como un punto de universo en un continuo de cuatro dimensiones.

Pero volvamos a las supercuerdas.El problema fundamental al que se enfrenta esta teoría es este: de los millones de universos posibles que pueden ser generados matemáticamente por la teoría de supercuerdas, ¿cuál es el correcto? Como ha dicho David Gross:

“Existen millones y millones de soluciones con tres dimensiones espaciales. Existe una enorme abundancia de soluciones clásicas posibles… Esta abundancia de riqueza era originalmente muy satisfactoria porque proporcionaba evidencia de que una teoría como la de la cuerda heterótica podía tener un aspecto muy parecido al mundo real. Estas soluciones, además de tener cuatro dimensiones espacio-temporales, tenían otras muchas propiedades que se asemejaban a nuestro mundo: el tipo correcto de partículas tales como quarks y Leptones, y el tiempo correcto de interacciones… Esto constituyó una fuente de excitación en su momento.”

 

 

Es difícil escenificar lo que las supercuerdas son, nunca nadie pudo ver ninguna.

 

Gross, sin embargo, advierte que aunque alguna de estas soluciones están muy próximas al modelo estándar, otras dan lugar a propiedades físicas muy embarazosas e indeseables, lo que finalmente se traduce en una auténtica incomodidad o problema, ya que tenemos muchas soluciones pero ninguna forma aceptable de escoger entre ellas.Además algunas tienen propiedades deseadas y otras potencialmente desastrosas.

Un profano, al oir esto por primera vez, puede quedar intrigado para preguntar: ¿por qué no calcular simplemente que solución se adapta o prefiere la cuerda? Puesto que la teoría de cuerdas es una teoría bien definida, parece enigmático que los físicos no puedan calcular la respuesta.

Lo único seguro es que los físicos seguirán trabajando a la búsqueda de la solución que, más pronto o más tarde, llegará.

Efecto túnel a través del espacio y del tiempo

         ¡Extraña mecánica cuántica!

Estaría bien poder saber como un electrón, cuando absorbe un fotón, desaparece del lugar que ocupa y, de manera instántanea, aparece en otro lugar más ener´getico sin haber recorrido la distancia que separa ambos lugares, es el efecto túnel o salto cuántico. ¿Cuánto podríamos ganar si aprendiéramos como se hacer eso?

En definitiva, estamos planteando la misma cuestión propuesta por Kaluza, cuando en 1.919, escribió una carta a Einstein proponiéndole su teoría de la quinta dimensión para unificar el electromagnetismo de James Clark Maxwell y la propia teoría de la relatividad general. ¿Dónde está la quinta dimensión?, pero ahora en un nivel mucho más alto.Como Klein señaló en 1.926, la respuesta a esta cuestión tiene que ver con la teoría cuántica.Quizá el fenómeno más extraordinario (y complejo) de la teoría cuántica es el efecto túnel.

El efecto túnel se refiere al hecho de que los electrones son capaces de atravesar una barrera al parecer infranqueable hacia una región que estaría prohibida si los electrones fuesen tratados como partículas clásicas.El que haya una probabilidad finita de que un electrón haga un túnel entre una región clásicamente permitida a otra que no lo está, surge como consecuencia de la mecánica cuántica.El efecto es usado en el diodo túnel.La desintegración alfa es un ejemplo de proceso de efecto túnel.

Antes preguntábamos, en relación a la teoría de Kaluza – Klein, el destino o el lugar en el que se encontraba la quinta dimensión.

El profesor Teodor Kaluza nos hablaba de la Quinta Dimensión que unificaba la Relatividad de Einsteincon la Teoría de Maxwell. Todo en cinco dimensiones…Ahí comenzó toda la historia que después, desembocaron enm las supersimetrías, supergravedad, cuerdas y supercuerdas, cuerda heteráotica y teoría M…¿Qué vendrá después?

La respuesta de Klein a esta pregunta fue ingeniosa al decir que estaba enrollada o compactada en la distancia o límite de Planck, ya que, cuando comenzó el Big Bang, el Universo se expandió sólo en las cuatro dimensiones conocidas de espacio y una de tiempo, pero esta dimensión no fue afectada por la expansión y continua compactada en L_p=√(Għ/c³),cuyo valor es del orden de 10^{-35 metros, distancia que no podemos ni tenemos medios de alcanzar, es 20 ordenes de magnitud menor que el protón que está en 10 con exponente -15 metro.}

Pues las dimensiones que nos faltan en la teoría decadimensional, como en la de Kaluza – Klein, también están compactada en una recta o en un círculo en esa distancia o límite de Planck que, al menos por el momento, no tenemos medios de comprobar dada su enorme pequeñez menor que un protón.

¿Cómo pueden estar enrolladas unas dimensiones?

Bueno, igual que para explicar de manera sencilla la gravedad mediante el ejemplo de una sábana estirada por los 4 extremos, en la que ponemos un enorme peso en su centro y se forma una especie de hondonada que distorsiona la superficie antes lisa de la sábana, al igual que un planeta distorsiona el espacio a su alrededor, de manera tal que cualquier objeto que se acerca a la masa del objeto pesado, se ve atraído hacia él.Pues bien, en las dimensiones de espacio enrolladas, utilizamos el símil de la sábana con bandas elásticas en las esquinas.

La sábana que tenemos es pequeña y la cama es grande.Con esfuerzo logramos encajar las cuatro esquinas, pero la tensión es demasiado grande; una de las bandas elásticas salta de una esquina, y la sábana se enrolla. Este proceso se llama ruptura de simetría.La sábana uniformemente estirada posee un alto grado de simetría.La sábana se enrolla.Se puede girar la cama 180º alrededor de cualquier eje y la sábana permanece igual.Este estado altamente simétrico se denomina falso vacío.Aunque el falso vacío aparece muy simétrico, no es estable. La sábana no quiere estar en esta condición estirada. Hay demasiada tensión y la energía es demasiado alta.Pero, la sábana elástica salta y se enrolla.La simetría se rompe, y la sábana pasa a un estado de energía más baja con menor simetría. Si notamos la sábana enrollada 180º alrededor de un eje ya no volvemos a tener la misma sábana.

Reemplacemos ahora la sábana por el espacio-tiempo decadimensional, es espacio-tiempo de simetría definitiva.En el comienzo del tiempo, el universo era perfectamente simétrico.Si alguien hubiera estado allí en ese instante, podría moverse libremente y sin problemas por cualquiera de las diez dimensiones. En esa época la Gravedad y las fuerzas débiles y fuertes y electromagnéticas estaban todas ellas unificadas por la supercuerda.Sin embargo, esta simetría no podía durar.El Universo decadimensional, aunque perfectamente simétrico, era inestable, la energía existente muy alta, exactamente igual que la sábana, estaba en un falso vacío. Por lo tanto, el paso por efecto túnel hacia un estado de menor energía era inevitable. Cuando finalmente ocurrió el efecto túnel, tuvo lugar una transición de fase y se perdió la simetría.

                                                   La imaginación no tiene límites y, la Naturaleza tampoco

Puesto que el Universo empezó a dividirse en un Universo de cuatro y otro de seis dimensiones, el universo ya no era simétrico. Seis dimensiones se habían enrollado (como la sábana elástica).Pero nótese que la sábana puede enrollarse de cuatro maneras, dependiendo de qué esquina haya saltado.Para el universo decadimensional, sin embargo, existen aparentemente millones de modos de enrollarse.Para calcular que estado prefiere el Universo decadimensional, necesitamos resolver la teoría de campos de cuerdas utilizando la teoría de transiciones de fase, el problema más difícil en la teoría cuántica.

Las transiciones de fase no son nada nuevo. Trasladémoslo a nuestras propias vidas.En un libro llamado PASAJES, el autor, Gail Sheehy destaca que la vida no es un flujo continuo de experiencias, como parece, sino que realmente pasa por varios estadios, caracterizados por conflictos específicos que debemos resolver y por objetivos que debemos cumplir.

El psicólogo Eric Ericsson llegó a proponer una teoría de estadios psicológicos del desarrollo.Un conflicto fundamental caracteriza cada fase.Si este conflicto no queda resuelto, puede enconarse e incluso provocar una regresión a un periodo anterior.Análogamente, el psicólogo Jean Piaget demostró que el desarrollo mental de la primera infancia tampoco es un desarrollo continuo de aprendizaje, sino que está realmente caracterizado por estadios discontinuos en la capacidad de conceptualización de un niño.Con un mes de edad, un niño puede dejar de buscar una pelota una vez que ha rodado fuera de su campo de visión.Sin comprender que la pelota existe aunque no la vea.Al mes siguiente, esto resultará obvio para el niño.

    ¡Siempre aprendiendo! Jugando comenzamos a conocer cómo es el mundo.

Esta es la esencia de la dialéctica.Según esta filosofía, todos los objetos (personas, gases, estrellas, el propio Universo) pasan por una serie de estadios.Cada estadio está caracterizado por un conflicto entre dos fuerzas opuestas.La naturaleza de dicho conflicto determina, de hecho, la naturaleza del estadio.Cuando el conflicto se resuelve, el objeto pasa a un objetivo o estadio superior, llamado síntesis, donde empieza una nueva contradicción, y el proceso pasa de nuevo a un nivel superior.

Los filósofos llaman a esto transición de la “cantidad” a la “cualidad”.Pequeños cambios cuantitativos se acumulan hasta que, eventualmente, se produce una ruptura cualitativa con el pasado.Esta teoría se aplica también a las sociedades o culturas.Las tensiones en una sociedad pueden crecer espectacularmente, como la hicieron en Francia a finales del siglo XVIII.Los campesinos se enfrenaban al hambre, se produjeron motines espontáneos y la aristocracia se retiró a sus fortalezas.Cuando las tensiones alcanzaron su punto de ruptura, ocurrió una transición de fase de lo cuantitativo a los cualitativo: los campesinos tomaron las armas, tomaron Paris y asaltaron la Bastilla.

            Parece que el “vacio” está bastante lleno de cosas…que no llegamos a comprender.

Las transiciones de fases pueden ser también asuntos bastante explosivos.Por ejemplo, pensemos en un río que ha sido represado.Tras la presa se forma rápidamente un embalse con agua a enorme presión Puesto que es inestable, el embalse está en el falso vacío.El agua preferiría estar en su verdadero vacío, significando esto que preferiría reventar la presa y correr aguas abajo, hacia un estado de menor energía.Así pues, una transición de fase implicaría un estallido de la presa, que tendría consecuencias desastrosas.

También podría poner aquí el ejemplo más explosivo de una bomba atómica, donde el falso vacío corresponde al núcleo inestable de uranio donde residen atrapadas enormes energías explosivas que son un millón de veces más poderosas, para masas iguales, que para un explosivo químico.De vez en cuando, el núcleo pasa por efecto túnel a un estado más bajo, lo que significa que el núcleo se rompe espontáneamente.Esto se denomina desintegración radiactiva.Sin embargo, disparando neutrones contra los núcleos de uranio, es posible liberar de golpe esta energía encerrada según la formula de EinsteinE=mc², por supuesto, dicha liberación, es una explosión atómica ¡menuda transición de fase!

Una transición de fase que perseguimos, es dominar la Galaxia, poder moldearla con nuestras manos, y, si eso llega a ser posible alguna vez, seremos los señores del Hiperespacio.Para entonces, los misteriosos agujeros negros no tendrán secretos para nosotros, las energías perdidas tampoco y…los viajes en el tiempo, serán cosa cotidiana. ¿Será realidad algún día ese pensamiento?

Las nuevas características descubiertas por los científicos en las transiciones de fases es que normalmente van acompañadas de una ruptura de simetría.Al premio Nobel Abdus Salam le gusta la ilustración siguiente: consideremos una mesa de banquete circular, donde todos los comensales están sentados con una copa de champán a cada lado.Aquí existe simetría.Mirando la mesa del banquete reflejada en un espejo, vemos lo mismo: cada comensal sentado en torno a la mesa, con copas de champán a cada lado.Asimismo, podemos girar la mesa de banquete circular y la disposición sigue siendo la misma.

Rompamos ahora la simetría.Supongamos ahora que el primer comensal toma la copa que hay a su derecha.Siguiendo la pauta, todos los demás comensales tomaran la copa de champán de su derecha. Si la imagen es vista en el espejo produce la situación opuesta.El  comensal ha tomado la copa izquierda.De este modo, la simetría izquierda-derecha se ha roto.

Así pues, el estado de máxima simetría es con frecuencia también un estado inestable, y por lo tanto corresponde a un falso vacío.

Con respecto a la teoría de supercuerdas, los físicos suponen (aunque todavía no lo puedan demostrar) que el universo decadimensional original era inestable y pasó por efecto túnel a un universo de cuatro y otro de seis dimensiones.Así pues, el universo original estaba en un estado de falso vacío, el estado de máxima simetría, mientras que hoy estamos en el estado roto del verdadero vacío.

Al principio, cuando el Universo era simétrico, solo existía una sola fuerza que unificaba a todas las que ahora conocemos, la gravedad, las fuerzas electromagnéticas y las nucleares débil y fuerte, todas emergían de aquel plasma opaco de alta energía que lo inundaba todo.Más tarde, cuando el Universo comenzó a enfriarse, se hizo transparente y apareció la luz, las fuerzas se separaron en las cuatro conocidas, emergieron las primeras quarks para unirse y formar protones y neutrones, los primeros núcleos aparecieron para atraer a los electrones que formaron aquellos primeros átomos.Doscientos millones de años más tarde, se formaron las primeras estrellas y Galaxias. Con el paso del tiempo, las estrellas sintetizaron los elementos pesados de nuestros cuerpos, fabricados en supernovas que estallaron, incluso antes de que se formase el Sol.Podemos decir, sin temor a equivocarnos, que una supernova anónima explotó hace miles de millones de años y sembró la nube de gas que dio lugar a nuestro sistema solar, poniendo allí los materiales complejos y necesarios para que algunos miles de millones de años más tarde, tras la evolución, apareciéramos nosotros.

Las estrellas evolucionan desde que en su núcleo se comienza a fusionar Hidrógeno en Helio, de los elementos más ligeros a los más pesados.Avanza creando en el Horno termonuclear, cada vez, metales y elementos más pesados.Cuando llega al hierro y explosiona en la forma explosiva deuna super nova.Luego, cuando este material estelar es otra vez recogido en una nueva estrella rica en hidrógeno, al ser de segunda generación (como nuestro Sol), comienzo de nuevo el proceso de fusión llevando consigo materiales complejos de aquella supernova.

Puesto que el peso promedio de los protones en los productos de fisión, como el cesio y el kripton, es menor que el peso promedio de los protones de uranio, el exceso de masa se ha transformado en energía mediante E=mc².Esta es la fuente de energía que subyace en la bomba atómica.

                                       Restos de Hipernova que produce cambios hacia el futuro del Universo

Así pues, la curva de energía de enlace no solo explica el nacimiento y muerte de las estrellas y la creación de elementos complejos que también hicieron posible que nosotros estemos ahora aquí y, muy posiblemente, será también el factor determinante para que, lejos de aquí, en otros sistemas solares a muchos años – luz de distancia, puedan florecer otras especies inteligentes que, al igual que la especie humana, se pregunten por su origen y estudien los fenómenos de las fuerzas fundamentales del Universo, los componentes de la materia y, como nosotros, se interesen por el destino que nos espera en el futuro.

Cuando alguien oye por vez primera la historia de la vida de las estrellas, generalmente (lo sé por experiencia), no dice nada, pero su rostro refleja escepticismo. ¿Cómo puede vivir una estrella 10.000 millones de años? Después de todo, nadie ha vivido tanto tiempo como para ser testigo de su evolución.

Sin embargo, tenemos los medios técnicos y científicos para saber la edad que tiene, por ejemplo, el Sol.

                          El Sol que nos da la vida con su luz y su calor

Nuestro Sol, la estrella alrededor de la que giran todos los planetas de nuestro Sistema Solar (hay que eliminar a Plutón de la lista, ya que, en el último Congreso Internacional, han decidido, después de más de 20 años, que no tiene categoría para ser un planeta), la estrella más cercana a la Tierra (150 millones de km=UA), con un diámetro de 1.392.530 km, tiene una edad de 4.500 millones de años.

Es tal su densidad, es tal su enormidad que, como se explicó en otro ensayo anterior de este mismo trabajo, cada segundo, transforma por medio de fusión nuclear, 4.654.000 Toneladas de Hidrógeno en 4.650.000 Toneladas de Helio, las 4.000 toneladas restantes, son lanzadas al espacio exterior en forma de luz y calor de la que, una parte nos llega a la Tierra y hace posible la vida. Se calcula que al Sol le queda material de fusión para otros 4.500 millones de años.Cuando transcurra dicho periodo de tiempo, se convertirá en una gigante roja, eyectará sus materiales exteriores al espacioy se transformará finalmente en una estrella enana blanca.Para entonces, ya no podremos estar aquí.

Cuándo mentalmente me sumerjo en las profundidades inmensas del Universo que nos acoge, al ser consciente de su enormidad, veo con claridad meridiana lo insignificante que somos, en realidad, en relación al universo, como una colonia de bacterias que habitan en una manzana, allí tienen su mundo, lo más importante para ellas, y no se paran a pensar que puede llegar un niño que, de un simple puntapié, las envíe al infierno.

      Sólo somos importantes a nivel local, pretendemos serlo a otros niveles pero, ¿será posible eso?

Igualmente, nosotros nos creemos importantes dentro de nuestro cerrado y limitado mundo en el que, de momento, estamos confinados.Podemos decir que hemos dado los primeros pasos para dar el salto hacia otros mundos, pero aún nos queda un largo recorrido por delante.

Tendremos que dominar la energía del Sol, ser capaces de fabricar naves espaciales que sean impenetrables a las partículas que a cientos de miles de trillones circulan por el espacio a la velocidad de la luz, poder inventar una manera de imitar la gravedad terrestre dentro de las naves para poder hacer la vida diaria y cotidiana dentro de la nave sin estar flotando todo el tiempo, y, desde luego, buscar un combustible que procure velocidades relativistas, cercanas a c, ya que, de otra manera, el traslado por los mundos cercanos se haría interminable.Finalmente, y para escapar del sistema solar, habría que buscar la manera de romper la barrera de la velocidad de la luz.

       ¿Viajar en el tiempo? Otro sueño de la Humanidad… ¿Será inalcanzable en el futuro?

Nuestra imaginación sólo es comparable a la inmensidad del Universo. Ahí radica nuestra verdadera riqueza. La curiosidad del SER humano le empuja de manera irremediable a seguir buscando respuestas sobnre lo mucho que ignora. Ya lo dejó claro aquel gran folósofo:

“Cambiaría todo lo que se, por la mitad de lo que ignoro”.

¡Qué listo! 

Emilio Silvera V.

La posible resolución de la hipótesis de Riemann