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Comentar algo de Física

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

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Comentar algo de física

Posiblemente, el descubrimiento de las leyes de la mecánica cuántica habría requerido más de un cuarto de siglo se la propia naturaleza no hubiera ayudado “regalándonos” la simplicidad del átomo de hidrógeno. Su espectro tiene la regularidad necesaria que permitió a Bohr empezar a comprenderlo a partir de las embrionarias ideas de Planck y de Einstein (uno con su cuanto de acción, h – la radiación de cuerpo negro –, y el otro con su trabajo inspirado en el anterior, y que versó sobre el efecto fotoeléctrico).

Si el átomo más elemental no constituyera un sencillo sistema “integrable” de dos cuerpos, la complejidad de su espectro hubiera retrasado el progreso hacia la física cuántica. Lo mismo puede decirse de la sencillez del sistema sol-planeta y del descubrimiento de las leyes de Kepler, que facilitaron enormemente el posterior descubrimiento de Newton y de la Ley de la Gravitación Universal, y la génesis de la ciencia moderna.

Por el contrario, la unificación de la mecánica cuántica con la gravitación, uno de los retos científicos fundamentales, no parece, al menos por el momento, que esté agraciada con la misma suerte.

La escala natural en la que la gravedad y la física cuántica se mirarían de igual a igual, viene dada por la longitud de Planck, , pero ésta resulta ser extraordinariamente pequeña, del orden de 10-33 cm, o en términos de masa-energía, , 10-5 g aproximadamente, o Ep = Mpc2 ≈ 1019 GeV. Esta masa está muy por encima de las masas de las partículas elementales y la energía muy lejos de las energías que pueden alcanzarse en varias generaciones venideras de los aceleradores.

El efecto físico más importante donde se combina la relatividad general  y la mecánica cuántica es el que descubrió Hawking en 1.974. Los agujeros negros, en la teoría puramente clásica de la relatividad de Einstein, se comportan como objetos que absorben materia pero que no permiten dejar escapar nada de ella más allá del llamado horizonte de sucesos. Pero cuando la materia es tratada según la teoría cuántica, el agujero negro pasa a ser necesariamente emisor de radiación térmica.

Uno de los efectos físicos más importantes que surgen cuando la geometría del espacio se “distorsiona” es el llamado efecto Casimir. En 1.948, Casimir, motivado por el estudio de las fuerzas de Van der Waals, determinó la fuerza por unidad de área que se ejercen dos placas paralelas metálicas separadas por una pequeña distancia d:

efecto_casimir_formula

efecto_casimir

Confinamiento de un campo electromagnético en una región del espacio. Los modos del campo están obligados a anularse en los bordes de la región, definidos por las dos placas paralelas conductoras. Esta distorsión de los modos conduce, por comparación con la situación sin placas, a la existencia de una densidad de energía de vacío no nula.

Este efecto es interpretado como una manifestación de la existencia de una densidad de energía de vacío no nula debido al confinamiento del campo entre las dos placas. Aunque los valores promedios del campo sean nulos <Ø>, no ocurre lo mismo con < Ø2>, y por tanto, con la densidad de energía. Si consideramos por simplicidad un campo escalar sin masa, la densidad de energía de vacío que se obtiene por comparación con la del espacio completo (sin placas) vale:

densidad_energia_vacio

Para el campo electromagnético, el resultado difiere en un factor 2, que da cuenta de sus dos posibles polarizaciones, y el resultado final conduce a la fuerza por unidad de área dada anteriormente. Experimentos en laboratorios han confirmado de manera significativa el efecto Casimir, a pesar de su pequeña numérica: Fd4 ≈ -1’3×10-27 Nm2. Sin embargo, su significación conceptual el extraordinaria.

Kip S. Thorne nos dice que precisamente esa energía “exótica” que se produce de ese vacío entre las placas del efecto Casimir, puede ser utilizada para mantener abiertas las bocas de entrada y salida de los agujeros de gusano, y, desde luego, no sería una sorpresa que a no tardar demasiado, nos enteremos de que, se ha conseguido obtener esa clase de energía exótica con fines tecnológicos de impensable utilidad.

emilio silvera

 


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