miércoles, 02 de diciembre del 2020 Fecha
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El Universo y sus maravillas

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en General    ~    Comentarios Comments (8)

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Cuando llega ese momento final de una estrella por falta de contrapresión, la gravedad, cada vez más libre para hacer su trabajo, produce finalmente la implosión de la estrella y se produce tanto calor que, como he dicho antes, las capas exteriores explotan por la presión de la radiación, y la implosión queda interrumpida quedando una esfera extremadamente compacta de material nuclear o estrella de neutrones proveniente de  una explosión supernova de tipo II. El colapso bajo la propia gravedad la lleva a tener una densidad de unos 1017 Kg/m3; los electrones y protones están tan apretados que se funden y forman neutrones. En este punto conviene aclarar que el objeto en el cual se convierte una estrella finalmente, está directamente conectado a la masa de la estrella. El astrónomo Kart Schwarzschild hizo un estudio que se conoce como “radio de Schwarzschild”: para las estrellas como nuestro Sol, el final estará en una estrella enana blanca; para estrellas con dos veces y media la masa solar, su destino corresponde a una estrella de neutrones; y si la masa de la estrella es mayor que cinco veces la masa del Sol, la estrella se convertirá en un agujero negro. Cuanto más masivo es un agujero negro, mayor es el radio de Schwarzschild. Para un agujero negro que venga de un cuerpo de masa M, este radio es igual a 2GM/c2, donde G es la constante gravitacional y c la velocidad de la luz. Fue calculado por primera vez por este astrónomo a partir de las ecuaciones de Einstein de la relatividad general.

Estos objetos cosmológicos que pueblan el universo tienen propiedades asombrosas. Las estrellas de neutrones, a menudo rotan con impresionante velocidad (más de 500 revoluciones por segundo). Debido a irregularidades en la superficie emiten una señal de radio que pulsa con esa velocidad. Estos objetos fueron descubiertos por la observación de esa señal de radio y por eso se les llamó “púlsares”. En las tablas astronómicas se indican por las letras LGM, que es una reliquia de los tiempos en los que se consideró la posibilidad de que fueran señales de otras civilizaciones extraterrestres.

Los primeros cálculos realizados por el astrónomo de origen indio Subrahmanyan Chandrasekhar demostraron que un objeto frío y compacto tiene una masa sólo unas pocas veces superior a la del Sol. No importa de qué tipo de materia esté formado, no podrá resistir la presión. La fuerza gravitatoria se hace tan intensa que únicamente la teoría de la relatividad general de Einstein puede decirnos lo que sucederá. Como la fuerza gravitatoria actúa colectivamente sobre todas las partículas de la estrella, sigue siendo débil cuando actúa sobre una sola partícula. Por lo tanto, no hay – aún – necesidad de la gravedad cuántica para calcular exactamente la siguiente cadena de sucesos.

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¡El Universo! Ese gran misterio

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (0)

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Hay que prestar atención a las coincidencias. Uno de los aspectos más sorprendentes en el estudio del universo astronómico durante el siglo XX, ha sido el papel desempeñado por la coincidencia: que existiera, que fuera despreciada y que fuera recogida. Cuando los físicos empezaron a apreciar el papel de las constantes en el dominio cuántico y a explorar y explorar la nueva teoría de la gravedad de Einstein para describir el universo en conjunto, las circunstancias eran las adecuadas para que alguien tratara de unirlas.

Entró en escena Arthur Eddington; un extraordinario científico que había sido el primero en descubrir cómo se alimentaban las estrellas a partir de reacciones nucleares. También hizo importantes contribuciones a nuestra comprensión de la galaxia, escribió la primera exposición sistemática de la teoría de la relatividad general de Einstein y fue el responsable de verificar, en una prueba decisiva durante un eclipse de Sol, la veracidad de la teoría de Einstein en cuanto a que el campo gravitatorio del Sol debería desviar la luz estelar que venía hacia la Tierra en aproximadamente 1’75 segmentos de arco cuando pasaba cerca de la superficie solar, y así resultó.

Albert Einstein y Arthur Stanley Eddington se conocieron y se hicieron amigos. Se conservan fotos de los dos juntos conversando sentados en un banco en el jardín de Eddington en el año 1930, donde fueron fotografiados por la hermana del dueño de la casa.

Aunque Eddington era un hombre tímido con pocas dotes para hablar en público, sabía escribir de forma muy bella, y sus metáforas y analogías aún las utilizan los astrónomos que buscan explicaciones gráficas a ideas complicadas. Nunca se casó y vivió en el observatorio de Cambridge, donde su hermana cuidaba de él y de su anciana madre.

Eddington creía que a partir del pensamiento puro sería posible deducir leyes y constantes de la naturaleza y predecir la existencia en el universo de cosas como estrellas y galaxias. ¡Se está saliendo con la suya!

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¡La Fisica!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (0)

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Hablamos de física, y para animar el ambiente, a continuación os pongo la constante de Planck en sus dos versiones, h y ħ; la igualdad masa-energía de Einstein, la constante gravitacional de Newton, la constante de estructura fina (137) y el radio del electrón (omito las formulas).

¡Me encantan sus mensajes!

Es verdaderamente meritorio el enorme avance que en tan poco tiempo ha dado la Humanidad en el campo de la física. En aproximadamente un siglo y medio, se ha pasado de la oscuridad a una claridad, no cegadora aún, pero sí aceptable. Son muchos los secretos de la naturaleza física que han sido desvelados, y el ritmo parece que se mantiene a un muy aceptable (nuevamente).

¡El tiempo!, ése precioso bien está a nuestro favor. Sólo tenemos que ir pasando el testigo para alcanzar las  metas propuestas. Pongamos nuestras esperanzas en que no seamos tan irresponsables como para estropearlo todo.

Astronomía, gravedad o electromagnetismo; cuestiones sencillas de entender para los iniciados y, a veces, muy complejas para la gente corriente. Por tal motivo, si escribo sobre estos interesantes temas, mi primera preocupación es la de buscar la sencillez en lo que explico. No siempre lo consigo. Por ejemplo, expliquemos el magnetismo.

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La Física: Nunca dejará de sorprendernos

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (5)

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Claro que tal asunto tampoco es tan fantástico. Muchas veces se ha oído decir que la realidad supera a la ficción y, precisamente en física, el salto cuántico es lo que ocurre cuando en el átomo, un electrón es golpeado por un fotón que le inyecta energía. De forma inmediata, el electrón desaparece del nivel en el que está situado y, sin recorrer la distancia que los separa, aparece de forma simultánea y surgiendo de la nada en un nivel inmediatamente superior al que se encontraba, surgido del vacío tras desaparecer Dios sabe cómo. ¿Quién puede explicar este fenómeno? De momento, nadie.

El electrón es un leptón como el muón y la partícula tau. Tiene una estructura (si en realidad la tiene) que aún no la tenemos resuelta. Si el electrón se considera como una carga puntual, su autoenergía es infinita y surgen dificultades de la ecuación de Lorentz-Dirac. Es posible dar al electrón un tamaño no nulo con un radio r0, llamado “radio clásico del electrón”, dado por e2/mc2 = 2’82 × 10-13 cm, donde e y m son la carga y la masa del electrón respectivamente, y c la velocidad de la luz.

Pero volvamos al tema que estábamos tratando sobre las estructuras más pequeñas en el espacio-tiempo que podrían representar “supercuerdas”, o quizá sean hebras de “algodón” atadas unas a otras, como defiende Ashteker y sus seguidores. Otros, como Gerard’t Hooft, creen que las estructuras dominantes en las escalas más pequeñas posibles son agujeros negros microscópicos. En cualquier caso, una conclusión parece inevitable: la cantidad de información que uno puede almacenar en un pequeño trozo de espacio parece ser limitada. Cualquiera que haya trabajado con computadoras sabe que la información se representa por una serie de ceros y unos. Si la “interacción” tiene lugar, los ceros y los unos son reemplazados por otros ceros y unos. ¿Significa esto que el mundo en que vivimos no es nada más que una supercomputadora gigante? Cualquier libro sobre los fundamentos de la mecánica cuántica le dirá que esto es una simplificación exagerada. Las leyes de la mecánica cuántica, leemos, son incompatibles con cualquier explicación “mecánica” de lo que vemos que ocurre en la naturaleza. Nuestro futuro no está determinado a partir del pasado por leyes “deterministas” sin ambigüedad.

Esta afirmación está basada en un experimento imaginario inventado por Einstein, Podolski y Rosen. Es un esquema ingenioso diseñado de forma que la predicción de la mecánica cuántica no es compatible con ninguna teoría determinista. Más tarde, John Bell en el CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, Organización Europea para la Investigación Nuclear, situada en Ginebra, Suiza), convirtió este argumento en un teorema matemático rigurosamente formulado. Así podemos imaginar experimentos para los cuales las leyes de la mecánica cuántica conocidas predicen exactamente lo que se observará, y será imposible, de acuerdo con Bell, reproducir esta predicción con ninguna teoría determinista. Él hizo, sin embargo, una suposición: que la información no se puede propagar con una velocidad superior a la de la luz (este experimento se llevó a cabo, y como todo el mundo esperaba, las predicciones de la mecánica cuántica eran las correctas). Aquí tenemos otro ejemplo de un “teorema de imposibilidad”, un teorema que establece con certidumbre cómo no intentar construir una teoría porque no tendría éxito.

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¿Un mundo de más dimensiones?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Relativista    ~    Comentarios Comments (0)

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Nosotros sólo vemos tres dimensiones de espacio y una de tiempo. Sin embargo, hay teorías que nos hablan de otras dimensiones que, en la época del Big Bang, en lugar de expandirse se enrollaron en el límite de Planck.

Esta idea ya había sido sugerida por Theodor Kaluza en 1919 y fue elaborada posteriormente por Oskar Klein en Estocolmo, Suiza. Pero descubrieron algo más: ¡la componente del campo gravitatorio en la dirección en la que se enrolla el espacio obedece de forma exacta a las mismas leyes que las del electromagnetismo de Maxwell!

¿Podría ser que el electromagnetismo no sea sino gravedad con una dimensión enrollada? Cuando Einstein oyó tal idea se entusiasmó con ella, pero pronto comprendió que con esa teoría no se podía predecir nada y la abandonó.

Los expertos en supergravedad redescubrieron esta idea de Kaluza-Klein que operaba en cinco dimensiones. En realidad abrió las puertas de par en par para que se pudieran coger las dimensiones que hicieran falta: así entramos en el paraíso de las matemáticas donde podemos enrollar las cosas de muchas maneras diferentes.

Los componentes de los campos de fuerza gravitatoria en las direcciones enrolladas actúan como diferentes campos gauge. Se obtiene así, prácticamente por nada, no sólo el electromagnetismo sino también otras fuerzas gauge. El número mágico de dimensiones es once, tres de las cuales forman el espacio ordinario, una el tiempo, y las otras siete restantes están enrolladas. Haciendo ciertos trucos con los números, este sistema resulta tener una simetría mayor que nuestro viejo sistema espaciotemporal de cuatro dimensiones. Los campos y las partículas observadas ahora pueden ser fácilmente acoplados, ya que una simetría mayor significa que los indeseados infinitos se cancelan unos con otros con mayor perfección que antes.

Aquí, en este universo de once dimensiones, la mecánica cuántica y la relatividad general, no sólo no se rechazan, sino que se necesitan y complementan para formar un todo.

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