sábado, 17 de abril del 2021 Fecha
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¡Qué extraña es, la mecánica cuántica!

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

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Por ejemplo:

La quiralidad está a menudo asociada a la presencia de carbonos asimétricos. Un carbono asimétrico es aquel que se une a cuatro sustituyentes diferentes. Un ejemplo de carbono asimétrico lo tenemos en la molécula de Bromocloroyodometano. El carbono está unido a bromo, cloro, yodo e hidrógeno, cuatro sustituyentes diferentes que lo convierten en quiral o asimétrico. La molécula y su imagen en un espejo son diferentes, ningún giro permite superponerlas. La relación entre una molécula y su imagen especular no superponible es de enantiómeros.

 

En estos dibujos podemos ver la molécula de Bromocloroyodometano y su enantiómero reflejado en el espejo. No siempre la imagen del espejo refleja lo mismo que se ha puesto delante de él tratándo de reproducir lo mismo que el original muestra.

 

 

Si nos ponemos delante del espejo y hacemos como que apuntamos con una pistola que sostenemos con la mano derecha, a “nuestro yo” reflejado, veremos que, la imagen especular, como riéndose de nosotros, nos apunta con la izquierda. ¿Cómo ha podido suceder tal cosa? Resulta que la simetría especular se rompe en ciertos casos.

Nunca dejaremos de sorprendernos. Todo aquello que nos es desconocido causa en nosotros sos sentimientos: temor y asombro. El mundo cotidiano, el planeta en el que vivímos, nos muestra la Naturaleza tal como nosotros creemos que es y, a veces, nos hace exclamar:

 ¡Que mundo más hermoso, parece de verdad!

 

 

http://4.bp.blogspot.com/-t7BYp5UcTgk/Tu-34NeqgRI/AAAAAAAAAEY/2xERJsqryoE/s1600/quarks.jpg

 

No todo lo que vemos es, necesariamente, un reflejo de la realidad de la Naturaleza que, puede tener escondidos más allá de nuestras percepciones, otros escenarios y otros objetos, a los que, por ahora, no hemos podido acceder, toda vez que, físicamente tenemos carencias, intelectualmente también, y, nuestros conocimientos avanzar despacio para conseguir nuevas máquinas y tecnologías más avanzadas que nos posibiliten “ver” lo que ahora nos está “prohibido” y, para ello, como nos dice la historia de la Humanidad, necesitamos energías de las que no disponemos.

Lo cierto es que todo está hecho de esas pequeñas partículas… Quarks y Leptones. Las estudiamos y observamos los comportamientos que en situaciones distintas puedan tener y, una de las cuestiones que resultó curioso constatar es que,   existen partículas subatómicas que podríamos llamar pares y otras que podríamos llamar impares, porque sus combinaciones y desintegraciones cumplen las mismas propiedades que la suma de enteros pares e impares. Una partícula de paridad par puede partirse en dos de paridad par, o en dos de paridad impar, pero nunca en una de paridad par y otra de paridad impar (esto implica la conservación de la paridad).

En 1927 el físico y matemático húngaro Eugene Wigner demostró que las partículas con paridad par poseían, en cierta forma, una simetría especular (izquierda derecha, como la letra M o el número 8). Una simetría que conserva ciertas propiedades mecanocuánticas de la partícula por cambio de signo de sus coordenadas espaciales. En 1963 le fue concedido el Premio Nobel “ por el descubrimiento y aplicación de los principios fundamentales de la simetría”. Mucho es lo que hemos hablado aquí de la simetría y lo importante que es en física.

La ley conocida como Interacción débil, no cumple con ciertas “leyes de la Física” tales como la conservación de la extrañeza y del isospín, aunque hay otras muchas leyes de conservación que sí respeta. Los físicos hablan muy a menudo de la conservación de la simetría. Una simetría muy importante, aunque simple, es la “simetría especular” oficialmente llamada “paridad”.

 

 

http://farm5.static.flickr.com/4014/4303369928_e834e1a094.jpg

 

No, esta no es, la imagen especular de un neutrino, de hecho, ellos no tienen imagen especular.

 

La simetría especular se ha comprobado una y mil veces en el laboratorio. El nombre científico de la simetría especular es “Conservación de la Paridad”. Así las cosas, la historia que sigue nos habla de un descubrimiento importante, y también de cómo, el progreso a veces, trae consigo la muerte de una bella y exquisita teoría que ha sido destruída por la realidad, no siempre tan bonita.

Lo cierto es que, los profundos y fatigosos estudios que llevaron a cabo los físicos, dieron como resultado que una concepción muy profunda de la manera en que se comporta la Naturaleza está (débilmente) equivocada y, se pudo “ver” que, nuestro conocimiento de cómo está construído el Universo tenía que cambiar para siempre. Es cierto que, rfutar una teoría elegante nos puede llevar al desánimo y, nos puede llevar a pensar que la Naturaleza es más torpe de lo que habíamos imaginado. Pero lo cierto es que, en unos pocos días de trabajo en el mes de enero de 1957, en Irvingtong-on-Hudson, 33 kilómetros al norte de Nueva York, pa paridad cayó.

Antes de 1956, siempre se había supuesto que cualquier fenómeno  respetaba las mismas leyes físicas que su imagen especular. En consecuencia uno podría esperar que las partículas o haces de partículas chocan entre ellas de una forma que sea especularmente simétrica, la simetría especular se preservaría.

http://herramientas.educa.madrid.org/animalandia/imagenes/b/Bilateria_001.jpg

 

 

Los físicos aman la simetría por su belleza matemática e intuitiva. Tenemos múltiples ejemplos de simetría en el arte, tales como el Taj Majal o un templo griego: en la Naturaleza exhiben patrones  simétricos de gran belleza las conchas, los animales simples y los cristales de distintos tipos, y también la simetría bilateral casi perfecta del cuerpo humano. Las leyes de la Naturaleza contienen un rico conjunto de simetrías de las que, durante muchos años, al menos hasta enero de 1957, se pensço que eran absolutas y perfectas. Han sido inmensamente útiles para nuestros conocimientos de los cristales, las moléculas grandes, los átomos y las partículas.

A una de esas simetrías se le lamaba simetría especular, o conservación de la paridad, y afirmaba que la Naturaleza -las leyes de la física- no puede distinguir los suecesos del mundo real de los que se ven en el espejo. Durante mucho tiempo, los físicos han sabido que toda reacción entre partículas elementales obedece a una simetría que llamamos CPT. Esto significa que si miramos la partícula de una reacción, y luego vemos la misma reacción cuando (1) la miramos en un espejo, (2) sustituimos todas las partículas por antipartículas y (3) hacemos pasar la partícula hacia atrás, los resultados serán idénticos. En este esquema la P significa paridad (el espejo), la C significa conjugación de carga (poner las antipartículas) y T la reserva del Tiempo (pasar la partícula al revés).

 

 

Un alto en el camino para una explicación: Dado que la antimateria tiene la misma masa que la materia, es decir son de la misma magnitud y signo (la definición de masa es positiva siempre), el efecto gravitacional de la antimateria no debe ser distinto de la materia, es decir, siempre sera un efecto atractivo. Pero, ¿acaso no importa la equivalencia establecida de antipartícula viajando al futuro = partícula viajando al pasado?

La respuesta es sí. Dicha equivalencia proviene (precisamente) de la simetría CPT, y nos dice que la equivalencia entre las partículas y antipartículas no solo corresponde a realizar una transformación sobre la carga, sino también sobre la paridad y el tiempo. La carga no afecta la gravedad, pero la paridad y el tiempo si la afectan. En otras palabras, al modificarse el tiempo (poner el tiempo al reves) y el espacio (la paridad es “girar” el espacio), estamos alterando el espacio-tiempo, y como la teoría general de la relatividad lo afirma, es la geometría de este el que determina la gravedad. Pero, a la larga, la geometría vendrá dada por la cantidad de materia que el universo pueda contener.

Se pensaba que el mundo era simétrico respecto a CPT porque, al menos al nivel de las partículas elementales, era simétrico respecto a C, P y T independientemente. Ha resultado que no es este el caso. El mundo visto en un espejo se desvía un tanto del mundo visto directamente, y lo mismo sucede con el mundo visto cuando la partícula pasa al revés. Lo que sucede es que las desviaciones entre el mundo real y el universo en cada uno de esos casos se cancelan una a la otra cuando miramos las tres inversiones combinadas.

También hay simetría en las ondas gravitatorias

Siguiendo con el tema que nos ocupa, lo cierto es que, es verdad que el mundo es casi simétrico respecto a CP actuando solos y a T actuando solo; es decir, que el mundo es casi el mismo si lo miran en un espejo y sustituyen las partículas por antipartículas que si lo miran directamente. Este “casi” es lo que preocupa a los físicos. ¿Por qué son las cosas casi perfectas, pero les falta algo?

 

http://www.asb-portal.cz/UserFiles/Image/architektura/design/zrcadlo-je-hladinou-styxu/01-havlova.jpg

 

 

 

Los neutrinos siempre nos han dado dolor de cabeza. Su ponemos nuestras manos delante un espejo, ahí las veremos reflejadas. Si de la misma manera, pudiéramos poner dos neutrinos delante del espejo de al lado, eso veríamos: NADA. El descubrimiento de que muchas partículas no se parecían en nada a sus respectivas imágenes especulares fue realizado por dos físicos chinos, Tsung Dao Lee y Chen Ning Yang, algún tiempo después de haber emigrado a los EE UU. Resultó que la Interacción débil distinguía entre derecha e izquierda. Esto es más claro en el caso del neutrino.

Los neutrinos ve y vµ como el fotón, no tienen masa en reposo y, por lo tanto, se mueven siempre a la velocidad de la luz. Los neutrinos también rotan con un espín ½. Si definimos el “polo norte” y el “polo sur” igual que se definen en la Tierra. Los neutrinos son especiales porque siempre tienen el polo sur enfrente de ellos y el polo norte detrás. Nunca se han observados neutrinos para los cuales esto no sea así.

La física sueca Cecilia Jarlskog comparó a los neutrinos con los vampiros porque no tienen imagen especular. Su imagen especular es un imposible físico. Ciertamente, cuando nos adentramos en los secretos de la mecánica cuántica, podemos constatar que, nuestro mundo, no es tal como lo vemos y, la realidad de la Naturaleza a veces, difiere de la nuestra.

File:Dualite.jpg

 Recordémos la dualidad onda-partícula, en el que se aprecia cómo un mismo fenómeno puede ser percibido de dos modos distintos, fue uno de los problemas filosóficos que planteó la mecánica cuántica. Tratándo sobre mecánica cuántica podríamos hablar de la filosofía de la física pero, nunca de la Física como filosofía.

 

 

A todo esto, tendremos que convenir en que, nosotros, no somos capaces de deducir las propiedades de un escarabajo utilizando el modelo estándar y esto nunca va a cambiar. Imaginemos un examen de la siguiente cuestión:

Calcula el número de segmentos del Aselluz aquaticus a partir del modelo estándar. Se puede utilizar la lista adjunta para la masa de Higgs y los parámetros que violan la CP…

Nunca se podrá resolver tal tipo de problemas, ni es la intención de los Físicos Teóricos sugerir que ellos pueden hacer la labor de los Biólogos o la de los miembros de cualquier otra disciplina que no sea la Física. Lo que afirman es que las fuerzas de la Naturaleza responsables del número de segmentos de esas criaturas son conocidas, pero que el efecto es incalculable. A duras penas somos capaces de calcular los efectos de las fuerzas fundamentales en un simple hadrón tal como el protón (¡los resultados están a menudo desviados más de un cincuenta por ciento!), así que imagínese cuan imposible se hace la complejidad de un sistema formado por los 1022 átomos con la forma de un escarabajo.

¡Qué extraño es todo esto!

¡Y pensar que todas las respuestas están en la verdadera naturaleza de la luz! Ese último estado de la materia que es pura energía. Y, ya puestos a imaginar,  también podríamos pendsar que las cuerdas, esas briznaz vibrantes de infinitesimal tamaño que se cree están más allá de los Quarks, también ellas, en esencia, son luz. Si una cuerda es billones de veces más pequeña que un átomo. Si agrandáramos un átomo al tamaño de nuestro sistema solar, una cuerda sería como un árbol. ¡Qué fantástica idea!

 

 

Imagen Imagen

 

 

Once dimensiones, universos paralelos, y un mundo hecho de cuerdas o filamentos vibrantes que vendrían a ser los objetos más pequeños del Universo. Claro que, no sabemos de qué estará formada la tan cacareada “materia oscura” ( si es que finalmente existe). Lo cierto es que, la Naturaleza, además de que es bella, es también !asombrosa! ¿Estábamos hablando de simetría?

 

 

La Simetría de la Naturaleza nos rodea por todas partes y, a nuestro alrededor, mirémos donde podamos mirar, allí está presente y, sin embargo, de ninguna manera son manifiestas todas las simitrías de la Naturaleza. Vivímos en un mundo imperfecto, en el que muchas de las simetrías que aparecen en las ecuciones de la física están rotas.

Como más arriba se dice, antes de enero de 1957 no se había visto niguna violación así en el mundo de la imagenen el espejo. El mundo y su imagen especular eran descripciones igualmente válidas de la naturaleza. Todo lo que pasase en el espacio especular podía, en principio y en la práctica, reproducirse en el laboratorio. La paridad era útil. Nos ayudaba a clasificar los estados moleculares, atómicos y nucleares. Además, ahorra trabajo. Por ejemplo, si un ser humano perfecto y desnudo está a medias oculto por una pantalla vertical, con estudiar la mitad que se ve se sabe en muy buena medida qué hay detrás de la pantalla. ¡Esas es la poesía de la paridad!

“El primer físico que recogió el guante fue la Dra. Chien-Shiug Wu, profesora de física de la Universidad de Columbia, amiga de Yang y Lee, famosa por sus trabajos sobre las interacciones débiles y por el cuidado y la elegancia con que realizaba sus experimentos. El experimento planeado por la Dra. Wu implicaba la desintegración beta del cobalto 60, un isótopo del cobalto muy radioactivo que emite electrones. Cuando se enfría el cobalto 60 cerca del cero absoluto y se aplica un campo magnético que alinee estos átomos se espera que se emitan tantos electrones en la dirección norte del campo magnético como en la dirección sur. Si se conserva la paridad.” Pero la paridad no se conserva y la Dra. Wu observó más electrones emitidos en la dirección sur que en la dirección norte. “El experimento se realizó a finales de 1956, pero no se anunció el resultado hasta el 15 de enero de 1957, de manos del físico Isador Rabi de la Universidad de Columbia, quien además incluyó resultados de otro experimento confirmatorio realizado con mesones mu por físicos de Columbia en los laboratorios del ciclotrón Nevis (Nueva York). Una tercera prueba fue realizada en la Universidad de Chicago usando mesones pi y mu. En todo el mundo los físicos empezaron a comprobar la paridad en otras interacciones débiles y en 1958 era evidente que la paridad era infringida en todas esas interacciones. El enigma “theta-tau” estaba resuelto. Solo hay un mesón K o kaón. La paridad no se conserva.”

De todos es bien conocido los trabajos de T.D. Yang que, en colobaración con Tsung Dao Lee, identificó una discreta simetría en la fuerza débil, llamada violación de la paridad. En 1956, ambos predijeron sobre bases teóricas, que el espín de las partículas provenientes de la desintegración Beta mostrarían una ligera preferencia por una dirección sobre la otra. Experimentos realizados, así lo confirmaron y les valió el Premio Nobel a Lee y Yang (aunque no a la doctara Wu por razones desconocidas). Aquello sirvió para atraer la atención sobre el hecho de que la Naturaleza, sea simétrica en algunos aspectos y asimétrica en otros.

 

    Interacción débil o fuerza nuclear débil

La interacción débil, también conocida como interacción nuclear débil, se acopla a un tipo de carga llamada sabor, que la poseen los quarks y los leptones. Esta interacción es la causante de los cambios de sabor en estas partículas, en otras palabras es la responsable que de quarks y leptones decaigan en partículas más livianas, además es la que produce desintegraciones beta. La teoría de Glashow-Weinberg-Salam estudia la interacción débil y la electrodinámica cuántica de manera unificada en lo que se llama Modelo electro débil.

Pero sigamos con la Doctara Wu. Cuando los fdísicos Lee y Yang pusieron entredicho la validez de la conservación de la paridad en ekl verano de 1956, Wu se puso manos a la obra de inmediato. Seleccionó como objeto de su estudio el núcleo radiactivo del inestable cobalto 60,que se convierte expontáneamente en un núcvleo de níquel, un neutrino y un electrón positivo (un positrón). Lo que uno “ve” es que el núcleo de Cobalto dispara súbitamente un electrón positivo. Esta forma de radiacitvidad recibe el nombre de desintegración beta, porque a los electrones, negativos o positivos, emitidos durante el proceso se los llama originalmente partículas beta. ¿Por qué pasa esto? Los físicos  lo llaman interacción débil y se refieren con ello a una fuerza que opera en la Naturaleza y genera esas reacciones.

Las fuerzas no solo empujan y tiran, atraen y repelen, sino que son también capaces de generar cambios de especie, como el proceso en el que el Cobalto se convierte en níquel y emite leptones. desde los años treinta se han atribuido un gran número de reacciones a la interacción débil. Fermi, aquel físico italiano fue el primero que dio forma matemática a la interacción débil, y gracias a ello predijo muchos detalles de reacciones del estilo de la que sufre el Cobalto 60.

       Tsung-Dao (T.D.) Lee                           Chen-Ning Franklin Yang

Así Lee y Yang, se remangaron y se pudieron al trabajo con esos tipos de reacciones como inspiración con las que podrían poner a prueba la simetría especular. De los resultados, escribieron un artículo meticulosamente detallado en relación a las reacciones probables, para que así, los estólidos experimentalistas pudieran poner a prueba la valides de la simetría especular. Wu ideó una versión de una de ellas, basada en la reacción del Cobalto. La clave de su plantamiento era que los núcleos de Cobalto -o por lo menos una fracción muy pequeña de ellos- girasen en el mismo sentido, lo cual, según ella, se garantizaba si se ponía la fuente de cobalto 60 a una temperatura muy baja.

Ambos comentaban más tarde: “Cuesta expresar hasta que punto conmocionaron los resultados obtenidos en estos experimentos a la comunidad científica. Habíamos puesto en entredicho una creencia muy querida -en realidad, la habíamos destruído-: que la Naturaleza exhibe una simetría especular.

A partir de aquello, en los años siguientes, se refutaron también otras simetrias. Aún así, el experimento alteró a muchos teóricos, entre ellos a Wolfgang Pauli, quien hizo famosa la afirmación; “No puedo creer que Dios sea un débil zurdo”. No quería decir que “Dios” tenía que ser diestro sino que, tenía que ser ambidiestro.

La reunión anual de la Sociedad Física Norteamericana atrajo a 2.000 físicos a la sala de baile del Hotel Paramount de Nueva York el 6 de febrero de 1957. Dicen que había gente colgadas hasta de las lámparas. El resultado de la ruptura de la simetria C.P., fue difundido por las partadas de los mejores periódicos de todo el mundo. El New York Times publicó el comunicado de prensa literalmente, con ilustraciones de partículas y espejos. Pero nada de todo eso podía compararse al sentimiento de euforiacuasi-mística que a las tres de la madrugada sintieron dos físicos en el momento en que descubrieron una nueva y profundad verdad.

Como decía Feynman: “El Placer de Descubrir”

emilio silvera

 

La Fusión Nuclear ¿Será la energía futura?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Energía = Materia    ~    Comentarios Comments (0)

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Fusión de deuterio con tritio, por la cual se producen helio 4, se liberan un neutron  y se generan 17,59 MeV de energía, como cantidad de masa apropiada convertida de la energía cinética de los productos, según la fórmula E = Δm c2. En realidad, lo que estamos intentando hacer, es copiar lo que hace el Sol y todas las estrellas del Universo.

El mundo, como el Universo mismo, funciona porque la energía está presente y hace posible los cambios y transiciones de fase que se producen en las cosas, en los planetas y en las estrellas que, con el paso del tiempo van cambiando al mismo tiempo que consumen energía. Así las cosas, tenemos que convenir que la energía, es muy necesaria para todo y también, para el progreso y continuidad de nuestras modernas sociedades.

Una de las posibles energías que se investigan y se está tratando de dominar es la llamada energía de fusión que consiste, en hacer lo mismo que hacen las estrellas del cielo “fusionar materiales ligeros en otros más pesados produciendo, en el proceso, mucha energía”.

El sueño de los científicos está centrado en conseguir esa clase de energía -que tiene muchos inconvenientes a la hora de plasmarla en realidad-, de una manera que posibilite ser generada en condiciones ambientales normales consiguiendo la reacción precisa pero, las estrellas necesitan hacerlo con plasma a más de quince millones de grados.

Claro que calentar en la Tierra combustible a tan altísimas temperaturas, del orden de 160 millones de grados (equivalente a una energía por partícula de 15 keV) en el caso de la reacción más accesible, que es la que se realiza con Deuterio y Tritio para dar lugar a un Neutrón más un núcleo de Helio o partícula Alfa:

D + T → He (3,5 MeV) + n (14,1 Mev)

Una central eléctrica de fusion utilizaría como materias primas deuterio, un isótopo que supone el 0,03% del hidrógeno terrestre, y tritio, otro isótopo del hidrógeno que no existe en la Naturaleza pero que se puede obtener de otro elemento muy abundante y distribuido por todo el planeta, el litio, siguiendo la reacción:

N + Li → T + He

En la que se utilizan los propios neutrones de 14,1 MeV generados en la fusión.

Las reservas de Deuterio en el agua de la corteza terrestre y las de Litio, en minas de Sal o en las propias sales disueltas en el agua del Mar, permitirían alimentar a la Humanidad de energía de fusión durante millones de años. Por otro lado, la emisión del reactor al exterior se compone básicamente de helio, un gas que es inocuo para las personas y el medio ambiente y que ni siquiera se acumula en la atmósfera sino que se escapa al espacio gradualmente, pero además, tiene aplicaciones industriales.

Así que, como aquel que dice, de un plumazo, habríamos solucionado el problema de la contaminación y, los residuos, no sólo no serían nocivos como ocurre con los que producen las Centrales Nucleares, sino que, por el contrario, se podrían aprovechar.

Claro que las cosas nunca han resultado fáciles, y, todos los logros der la Humanidad han sido largos y a veces hasta penosos. Para conseguir la fusión de núcleos de Deuterio y Tritio de forma energéticamente rentable sería necesario, calentar el combustible a temperaturas de centenares de millones de grados. A estas temperaturas el combustible se encuentra en estado de Plasma, es decir, un gas de iones y electrones libres con carga eléctrica neta cero y con un comportamiento colectivo. La física de este plasma y la manera de confinarlo sin barreras materiales, inviables a tales temperaturas, es el objetivo principal de la investigación en el campo de la fusión.

¿Cómo se está procediendo para conseguir tal maravilla?

El esfuerzo está encaminado, en su mayor parte, en la búsqueda de un Campo magnético capaz de mantener confinado el Plasma. Las partículas cargadas en el seno de un campo magnético describen trayectorias helicoidales cuyos ejes son aproximadamente las líneas de campo. A las temperaturas y campos magnéticos típicos, de decenas de keV y varios Tesla,el radio de giro de la hélice, denominado radio Larmor, es del orden de una décima de milímetro para los electrones y varios milímetros para los iones de deuterio y tritio. De esta forma iones y electrones quedan virtualmente atrapados, pudiendo desplazarse sólo a lo largo de las líneas del campo. Si cerramos las líneas del campo sobre sí mismas utilizando una geometría toroidal, podemos mantener confinado el plasma.

Al día de hoy existen dos grandes familias de dispositivos de confinamiento magnético con geometría toroidal, conocidos como Tokamak y Stellarator. Los dos conceptos son dos formas diferentes de resolver un problema intrínseco de la configuración magnética toroidal: la generación del campo magnético confinante, lo cual, no resulta nada fácil.

No vamos explicar aquí y ahora los resultados de estos dos sistemas y los beneficios alcanzados por los mismos, sería muy técnico y largo de explicar.

El tiempo ha ido pasando y, desde aquellos primeros momentos y pruebas, se ha ido aprendiendo y mejorando las técnicas hasta llegar al Proyecto ITER que ha mejorado todo lo anterior en prácticamente cinco órdenes de magnitud. Se ha mejorado el confinamiento mediante la construcción de experimentos de mayor tamaño y eficiencia, se han desarrollado métodos para calentar el Plasma hasta las temperaturas de decenas de keV, se han desarrollado sofisticados sistemas para el control de la corriente del Plasma e incluso se han realizado los primeros experimentos de generación de neutrones y partículas Alfa que tuvieron lugar por primera en 1991 en el JET, el mayor tokamak del mundo con 100 m³ de Plasma.

En 1994 el Tokamak TFTR de Princeton (EE UU) alcanzó potencias de fusión de 11 MW, y JET de nuevo en 1997, alcanzó los 16 MW pero todavía lejos de obtener una ganancia energética neta, ya que para poder hacerlo hicieron falta 24 MW, más de lo que se logró generar.

El objetivo está centrado en obtener en el ITER diez veces más de energía que la necesaria para mantener el Plasma, o en otros términos mantener un factor de amplificación de Q = 10. ITER será todavía un experimento y no será un Generador de electricidad hasta que no consiga este objetivo propuesto.

Aquí, en todo este “mundillo” de la fusión nuclear, el campo tecnológico implicado es alucinante y obliga, para conseguir los objetivos, a unos avances en el campo de fuerza magnética que, a muchos, está dejando con la boca abierta por el asombro. Sin embargo, falta mucho para conseguir lo propuesto.

Aquí, el problema fundamental que se presenta es el de los materiales que son necesarios para el Reactor, no sirven los materiales que tenemos y, sin más remedio, habrá que investigar para conseguir materiales más eficientes y que puedan, soportar, lo que en ese trabajo se les requiere.

Los dos desafíos fundamentales son:

a)   El problema de la interacción Plasma-pared. Aunque el campo magnético confina el campo de alta temperatura, inevitablemente la difusión hace que las partículas acaben alcanzando la pared, dando lugar a cargas térmicas que pueden alcanzar los 10 MW/m² y causando una importante erosión a los materiales de la misma. Para paliar este problema, se está trabajando en dos frentes que, posiblemente, puedan solucionarlo.

b)   Materiales resistentes a neutrones. Las reacciones de fusión nuclear generan neutrones de 14 MeV de energía que producen daños en el material estructural del Reactor, así como burbujas de Hidrógeno y Helio que empeoran las propiedades del mismo. Y, otra reacción que producen esos neutrones es que, materiales estables se convierten en radiactivos, dando lugar a residuos indeseables aunque de media y baja actividad y no tan malos como los del Uranio, sí deben ser custodiados adecuadamente.

El ITER estará equipado con unos pequeños módulos de prueba para la regeneración de tritio a partir de compuestos de litio, pero no contará con un sistema completo capaz de producir todo el tritio que consuma. Estos sistemas son absolutamente necesarios en un Reactor Productor de electricidad y suponen un formidable desafío tecnológico ya que han de cumplir con la triple función de regenerar el tritio, extraer las energías que transportan los neutrones y servir de blindaje para que no lleguen neutrones a las bobinas superconductoras y otros componentes sensibles.

Al día de hoy son varios los programas en desarrollo que andan a la búsqueda de la Fusión Nuclear, unos están financiado por varios países, otros por países individuales y, alguno, son de iniciativa particular de Empresas.

Seguramente, dentro de 40 años, cuando miremos hacia el pasado de la Fusión Nuclear, nos parecerán rudimentarios estos proyectos que hoy, son de la más alta tecnología que tenemos pero, en la ciencia, siempre será así.

Publica: emilio silvera

Fuente: Revista de Física Volumen 27, número 2 de 2.013

Autores: F. Castejón, C. Hidalgo y J. Sánchez

¡Qué extraña es, la mecánica cuántica!

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La quiralidad está a menudo asociada a la presencia de carbonos asimétricos. Un carbono asimétrico es aquel que se une a cuatro sustituyentes diferentes. Un ejemplo de carbono asimétrico lo tenemos en la molécula de Bromocloroyodometano. El carbono está unido a bromo, cloro, yodo e hidrógeno, cuatro sustituyentes diferentes que lo convierten en quiral o asimétrico. La molécula y su imagen en un espejo son diferentes, ningún giro permite superponerlas. La relación entre una molécula y su imagen especular no superponible es de enantiómeros.

En estos dibujos podemos ver la molécula de Bromocloroyodometano y su enantiómero reflejado en el espejo. No siempre la imagen del espejo refleja lo mismo que se ha puesto delante de él tratándo de reproducir lo mismo que el original muestra.

Si nos ponemos delante del espejo y hacemos como que apuntamos con una pistola que sostenemos con la mano derecha, a “nuestro yo” reflejado, veremos que, la imagen especular, como riéndose de nosotros, nos apunta con la izquierda. ¿Cómo ha podido suceder tal cosa? Resulta que la simetría especular se rompe en ciertos casos.

Nunca dejaremos de sorprendernos. Todo aquello que nos es desconocido causa en nosotros sos sentimientos: temor y asombro. El mundo cotidiano, el planeta en el que vivímos, nos muestra la Naturaleza tal como nosotros creemos que es y, a veces, nos hace exclamar:

 ¡Que mundo más hermoso, parece de verdad!

http://4.bp.blogspot.com/-t7BYp5UcTgk/Tu-34NeqgRI/AAAAAAAAAEY/2xERJsqryoE/s1600/quarks.jpg

No todo lo que vemos es, necesariamente, un reflejo de la realidad de la Naturaleza que, puede tener escondidos más allá de nuestras percepciones, otros escenarios y otros objetos, a los que, por ahora, no hemos podido acceder, toda vez que, físicamente tenemos carencias, intelectualmente también, y, nuestros conocimientos avanzar despacio para conseguir nuevas máquinas y tecnologías más avanzadas que nos posibiliten “ver” lo que ahora nos está “prohibido” y, para ello, como nos dice la historia de la Humanidad, necesitamos energías de las que no disponemos.

Lo cierto es que todo está hecho de esas pequeñas partículas… Quarks y Leptones. Las estudiamos y observamos los comportamientos que en situaciones distintas puedan tener y, una de las cuestiones que resultó curioso constatar es que,   existen partículas subatómicas que podríamos llamar pares y otras que podríamos llamar impares, porque sus combinaciones y desintegraciones cumplen las mismas propiedades que la suma de enteros pares e impares. Una partícula de paridad par puede partirse en dos de paridad par, o en dos de paridad impar, pero nunca en una de paridad par y otra de paridad impar (esto implica la conservación de la paridad).

En 1927 el físico y matemático húngaro Eugene Wigner demostró que las partículas con paridad par poseían, en cierta forma, una simetría especular (izquierda derecha, como la letra M o el número 8). Una simetría que conserva ciertas propiedades mecanocuánticas de la partícula por cambio de signo de sus coordenadas espaciales. En 1963 le fue concedido el Premio Nobel “ por el descubrimiento y aplicación de los principios fundamentales de la simetría”. Mucho es lo que hemos hablado aquí de la simetría y lo importante que es en física.

La ley conocida como Interacción débil, no cumple con ciertas “leyes de la Física” tales como la conservación de la extrañeza y del isospín, aunque hay otras muchas leyes de conservación que sí respeta. Los físicos hablan muy a menudo de la conservación de la simetría. Una simetría muy importante, aunque simple, es la “simetría especular” oficialmente llamada “paridad”.

http://farm5.static.flickr.com/4014/4303369928_e834e1a094.jpg

No, esta no es, la imagen especular de un neutrino, de hecho, ellos no tienen imagen especular.

La simetría especular se ha comprobado una y mil veces en el laboratorio. El nombre científico de la simetría especular es “Conservación de la Paridad”. Así las cosas, la historia que sigue nos habla de un descubrimiento importante, y también de cómo, el progreso a veces, trae consigo la muerte de una bella y exquisita teoría que ha sido destruída por la realidad, no siempre tan bonita.

Lo cierto es que, los profundos y fatigosos estudios que llevaron a cabo los físicos, dieron como resultado que una concepción muy profunda de la manera en que se comporta la Naturaleza está (débilmente) equivocada y, se pudo “ver” que, nuestro conocimiento de cómo está construído el Universo tenía que cambiar para siempre. Es cierto que, rfutar una teoría elegante nos puede llevar al desánimo y, nos puede llevar a pensar que la Naturaleza es más torpe de lo que habíamos imaginado. Pero lo cierto es que, en unos pocos días de trabajo en el mes de enero de 1957, en Irvingtong-on-Hudson, 33 kilómetros al norte de Nueva York, pa paridad cayó.

Antes de 1956, siempre se había supuesto que cualquier fenómeno  respetaba las mismas leyes físicas que su imagen especular. En consecuencia uno podría esperar que las partículas o haces de partículas chocan entre ellas de una forma que sea especularmente simétrica, la simetría especular se preservaría.

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Los físicos aman la simetría por su belleza matemática e intuitiva. Tenemos múltiples ejemplos de simetría en el arte, tales como el Taj Majal o un templo griego: en la Naturaleza exhiben patrones  simétricos de gran belleza las conchas, los animales simples y los cristales de distintos tipos, y también la simetría bilateral casi perfecta del cuerpo humano. Las leyes de la Naturaleza contienen un rico conjunto de simetrías de las que, durante muchos años, al menos hasta enero de 1957, se pensço que eran absolutas y perfectas. Han sido inmensamente útiles para nuestros conocimientos de los cristales, las moléculas grandes, los átomos y las partículas.

A una de esas simetrías se le lamaba simetría especular, o conservación de la paridad, y afirmaba que la Naturaleza -las leyes de la física- no puede distinguir los suecesos del mundo real de los que se ven en el espejo. Durante mucho tiempo, los físicos han sabido que toda reacción entre partículas elementales obedece a una simetría que llamamos CPT. Esto significa que si miramos la partícula de una reacción, y luego vemos la misma reacción cuando (1) la miramos en un espejo, (2) sustituimos todas las partículas por antipartículas y (3) hacemos pasar la partícula hacia atrás, los resultados serán idénticos. En este esquema la P significa paridad (el espejo), la C significa conjugación de carga (poner las antipartículas) y T la reserva del Tiempo (pasar la partícula al revés).

Un alto en el camino para una explicación: Dado que la antimateria tiene la misma masa que la materia, es decir son de la misma magnitud y signo (la definición de masa es positiva siempre), el efecto gravitacional de la antimateria no debe ser distinto de la materia, es decir, siempre sera un efecto atractivo. Pero, ¿acaso no importa la equivalencia establecida de antipartícula viajando al futuro = partícula viajando al pasado?

La respuesta es sí. Dicha equivalencia proviene (precisamente) de la simetría CPT, y nos dice que la equivalencia entre las partículas y antipartículas no solo corresponde a realizar una transformación sobre la carga, sino también sobre la paridad y el tiempo. La carga no afecta la gravedad, pero la paridad y el tiempo si la afectan. En otras palabras, al modificarse el tiempo (poner el tiempo al reves) y el espacio (la paridad es “girar” el espacio), estamos alterando el espacio-tiempo, y como la teoría general de la relatividad lo afirma, es la geometría de este el que determina la gravedad. Pero, a la larga, la geometría vendrá dada por la cantidad de materia que el universo pueda contener.

Se pensaba que el mundo era simétrico respecto a CPT porque, al menos al nivel de las partículas elementales, era simétrico respecto a C, P y T independientemente. Ha resultado que no es este el caso. El mundo visto en un espejo se desvía un tanto del mundo visto directamente, y lo mismo sucede con el mundo visto cuando la partícula pasa al revés. Lo que sucede es que las desviaciones entre el mundo real y el universo en cada uno de esos casos se cancelan una a la otra cuando miramos las tres inversiones combinadas.

   También hay simetría en las ondas gravitatorias

Siguiendo con el tema que nos ocupa, lo cierto es que, es verdad que el mundo es casi simétrico respecto a CP actuando solos y a T actuando solo; es decir, que el mundo es casi el mismo si lo miran en un espejo y sustituyen las partículas por antipartículas que si lo miran directamente. Este “casi” es lo que preocupa a los físicos. ¿Por qué son las cosas casi perfectas, pero les falta algo?

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Los neutrinos siempre nos han dado dolor de cabeza. Su ponemos nuestras manos delante un espejo, ahí las veremos reflejadas. Si de la misma manera, pudiéramos poner dos neutrinos delante del espejo de al lado, eso veríamos: NADA. El descubrimiento de que muchas partículas no se parecían en nada a sus respectivas imágenes especulares fue realizado por dos físicos chinos, Tsung Dao Lee y Chen Ning Yang, algún tiempo después de haber emigrado a los EE UU. Resultó que la Interacción débil distinguía entre derecha e izquierda. Esto es más claro en el caso del neutrino.

Los neutrinos ve y vµ como el fotón, no tienen masa en reposo y, por lo tanto, se mueven siempre a la velocidad de la luz. Los neutrinos también rotan con un espín ½. Si definimos el “polo norte” y el “polo sur” igual que se definen en la Tierra. Los neutrinos son especiales porque siempre tienen el polo sur enfrente de ellos y el polo norte detrás. Nunca se han observados neutrinos para los cuales esto no sea así.

La física sueca Cecilia Jarlskog comparó a los neutrinos con los vampiros porque no tienen imagen especular. Su imagen especular es un imposible físico. Ciertamente, cuando nos adentramos en los secretos de la mecánica cuántica, podemos constatar que, nuestro mundo, no es tal como lo vemos y, la realidad de la Naturaleza a veces, difiere de la nuestra.

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Recordémos la dualidad onda-partícula, en el que se aprecia cómo un mismo fenómeno puede ser percibido de dos modos distintos, fue uno de los problemas filosóficos que planteó la mecánica cuántica. Tratándo sobre mecánica cuántica podríamos hablar de la filosofía de la física pero, nunca de la Física como filosofía.

A todo esto, tendremos que convenir en que, nosotros, no somos capaces de deducir las propiedades de un escarabajo utilizando el modelo estándar y esto nunca va a cambiar. Imaginemos un examen de la siguiente cuestión:

Calcula el número de segmentos del Aselluz aquaticus a partir del modelo estándar. Se puede utilizar la lista adjunta para la masa de Higgs y los parámetros que violan la CP…

Nunca se podrá resolver tal tipo de problemas, ni es la intención de los Físicos Teóricos sugerir que ellos pueden hacer la labor de los Biólogos o la de los miembros de cualquier otra disciplina que no sea la Física. Lo que afirman es que las fuerzas de la Naturaleza responsables del número de segmentos de esas criaturas son conocidas, pero que el efecto es incalculable. A duras penas somos capaces de calcular los efectos de las fuerzas fundamentales en un simple hadrón tal como el protón (¡los resultados están a menudo desviados más de un cincuenta por ciento!), así que imagínese cuan imposible se hace la complejidad de un sistema formado por los 1022 átomos con la forma de un escarabajo.

¡Qué extraño es todo esto!

¡Y pensar que todas las respuestas están en la verdadera naturaleza de la luz! Ese último estado de la materia que es pura energía. Y, ya puestos a imaginar,  también podríamos pendsar que las cuerdas, esas briznaz vibrantes de infinitesimal tamaño que se cree están más allá de los Quarks, también ellas, en esencia, son luz. Si una cuerda es billones de veces más pequeña que un átomo. Si agrandáramos un átomo al tamaño de nuestro sistema solar, una cuerda sería como un árbol. ¡Qué fantástica idea!

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Once dimensiones, universos paralelos, y un mundo hecho de cuerdas o filamentos vibrantes que vendrían a ser los objetos más pequeños del Universo. Claro que, no sabemos de qué estará formada la tan cacareada “materia oscura” ( si es que finalmente existe). Lo cierto es que, la Naturaleza, además de que es bella, es también !asombrosa! ¿Estábamos hablando de simetría?

La Simetría de la Naturaleza nos rodea por todas partes y, a nuestro alrededor, mirémos donde podamos mirar, allí está presente y, sin embargo, de ninguna manera son manifiestas todas las simitrías de la Naturaleza. Vivímos en un mundo imperfecto, en el que muchas de las simetrías que aparecen en las ecuciones de la física están rotas.

Como más arriba se dice, antes de enero de 1957 no se había visto niguna violación así en el mundo de la imagenen el espejo. El mundo y su imagen especular eran descripciones igualmente válidas de la naturaleza. Todo lo que pasase en el espacio especular podía, en principio y en la práctica, reproducirse en el laboratorio. La paridad era útil. Nos ayudaba a clasificar los estados moleculares, atómicos y nucleares. Además, ahorra trabajo. Por ejemplo, si un ser humano perfecto y desnudo está a medias oculto por una pantalla vertical, con estudiar la mitad que se ve se sabe en muy buena medida qué hay detrás de la pantalla. ¡Esas es la poesía de la paridad!

“El primer físico que recogió el guante fue la Dra. Chien-Shiug Wu, profesora de física de la Universidad de Columbia, amiga de Yang y Lee, famosa por sus trabajos sobre las interacciones débiles y por el cuidado y la elegancia con que realizaba sus experimentos. El experimento planeado por la Dra. Wu implicaba la desintegración beta del cobalto 60, un isótopo del cobalto muy radioactivo que emite electrones. Cuando se enfría el cobalto 60 cerca del cero absoluto y se aplica un campo magnético que alinee estos átomos se espera que se emitan tantos electrones en la dirección norte del campo magnético como en la dirección sur. Si se conserva la paridad.” Pero la paridad no se conserva y la Dra. Wu observó más electrones emitidos en la dirección sur que en la dirección norte. “El experimento se realizó a finales de 1956, pero no se anunció el resultado hasta el 15 de enero de 1957, de manos del físico Isador Rabi de la Universidad de Columbia, quien además incluyó resultados de otro experimento confirmatorio realizado con mesones mu por físicos de Columbia en los laboratorios del ciclotrón Nevis (Nueva York). Una tercera prueba fue realizada en la Universidad de Chicago usando mesones pi y mu. En todo el mundo los físicos empezaron a comprobar la paridad en otras interacciones débiles y en 1958 era evidente que la paridad era infringida en todas esas interacciones. El enigma “theta-tau” estaba resuelto. Solo hay un mesón K o kaón. La paridad no se conserva.”

De todos es bien conocido los trabajos de T.D. Yang que, en colobaración con Tsung Dao Lee, identificó una discreta simetría en la fuerza débil, llamada violación de la paridad. En 1956, ambos predijeron sobre bases teóricas, que el espín de las partículas provenientes de la desintegración Beta mostrarían una ligera preferencia por una dirección sobre la otra. Experimentos realizados, así lo confirmaron y les valió el Premio Nobel a Lee y Yang (aunque no a la doctara Wu por razones desconocidas). Aquello sirvió para atraer la atención sobre el hecho de que la Naturaleza, sea simétrica en algunos aspectos y asimétrica en otros.

 

    Interacción débil o fuerza nuclear débil

La interacción débil, también conocida como interacción nuclear débil, se acopla a un tipo de carga llamada sabor, que la poseen los quarks y los leptones. Esta interacción es la causante de los cambios de sabor en estas partículas, en otras palabras es la responsable que de quarks y leptones decaigan en partículas más livianas, además es la que produce desintegraciones beta. La teoría de Glashow-Weinberg-Salam estudia la interacción débil y la electrodinámica cuántica de manera unificada en lo que se llama Modelo electro débil.

Pero sigamos con la Doctara Wu. Cuando los fdísicos Lee y Yang pusieron entredicho la validez de la conservación de la paridad en ekl verano de 1956, Wu se puso manos a la obra de inmediato. Seleccionó como objeto de su estudio el núcleo radiactivo del inestable cobalto 60,que se convierte expontáneamente en un núcvleo de níquel, un neutrino y un electrón positivo (un positrón). Lo que uno “ve” es que el núcleo de Cobalto dispara súbitamente un electrón positivo. Esta forma de radiacitvidad recibe el nombre de desintegración beta, porque a los electrones, negativos o positivos, emitidos durante el proceso se los llama originalmente partículas beta. ¿Por qué pasa esto? Los físicos  lo llaman interacción débil y se refieren con ello a una fuerza que opera en la Naturaleza y genera esas reacciones.

Las fuerzas no solo empujan y tiran, atraen y repelen, sino que son también capaces de generar cambios de especie, como el proceso en el que el Cobalto se convierte en níquel y emite leptones. desde los años treinta se han atribuido un gran número de reacciones a la interacción débil. Fermi, aquel físico italiano fue el primero que dio forma matemática a la interacción débil, y gracias a ello predijo muchos detalles de reacciones del estilo de la que sufre el Cobalto 60.

       Tsung-Dao (T.D.) Lee                           Chen-Ning Franklin Yang

Así Lee y Yang, se remangaron y se pudieron al trabajo con esos tipos de reacciones como inspiración con las que podrían poner a prueba la simetría especular. De los resultados, escribieron un artículo meticulosamente detallado en relación a las reacciones probables, para que así, los estólidos experimentalistas pudieran poner a prueba la valides de la simetría especular. Wu ideó una versión de una de ellas, basada en la reacción del Cobalto. La clave de su plantamiento era que los núcleos de Cobalto -o por lo menos una fracción muy pequeña de ellos- girasen en el mismo sentido, lo cual, según ella, se garantizaba si se ponía la fuente de cobalto 60 a una temperatura muy baja.

Ambos comentaban más tarde: “Cuesta expresar hasta que punto conmocionaron los resultados obtenidos en estos experimentos a la comunidad científica. Habíamos puesto en entredicho una creencia muy querida -en realidad, la habíamos destruído-: que la Naturaleza exhibe una simetría especular.

A partir de aquello, en los años siguientes, se refutaron también otras simetrias. Aún así, el experimento alteró a muchos teóricos, entre ellos a Wolfgang Pauli, quien hizo famosa la afirmación; “No puedo creer que Dios sea un débil zurdo”. No quería decir que “Dios” tenía que ser diestro sino que, tenía que ser ambidiestro.

La reunión anual de la Sociedad Física Norteamericana atrajo a 2.000 físicos a la sala de baile del Hotel Paramount de Nueva York el 6 de febrero de 1957. Dicen que había gente colgadas hasta de las lámparas. El resultado de la ruptura de la simetria C.P., fue difundido por las partadas de los mejores periódicos de todo el mundo. El New York Times publicó el comunicado de prensa literalmente, con ilustraciones de partículas y espejos. Pero nada de todo eso podía compararse al sentimiento de euforiacuasi-mística que a las tres de la madrugada sintieron dos físicos en el momento en que descubrieron una nueva y profundad verdad.

Como decía Feynman: “El Placer de Descubrir”

emilio silvera

 

¡Imaginación! ¡Sueños!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo y... ¿nosotros?    ~    Comentarios Comments (1)

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El “Principio Copernicano”, invocado frecuentemente en la Cosmología moderna, insiste en la homogeneidad del Universo, negando cualquier primacía de posición o propiedades asociadas con la existencia humana. Si miramos por ahí, en cualquier sitio podremos leer: “En cosmología física, el principio de Copérnico, llamado así en honor a Nicolás Copérnico, es un principio que postula que nuestro planeta -la Tierra- no ocupa ninguna posición central favorecida. Recientemente, el principio fue generalizado hacia el concepto relativista que enuncia: «los humanos no somos observadores privilegiados del universo»;2 en este sentido, es equivalente al principio de mediocridad,  con importantes implicaciones en la filosofía de las ciencias.”

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Lo cierto es que, miremos hacia donde miremos y por muy lejos que esté el lugar que podamos observar, por lo general y exceptuando regiones locales en las que puedan hallarse objetos singulares, en todas partes existen las mismas cosas, funcionan las mismas leyes, podemos medir las mismas constantes y, Nebulosas, mundos, estrellas y galaxias con inmensos espacios vacíos entre ellas, es la tónica de un Universo en expansión que tratamos de conocer.

El princioio toma su nombre de la propuesta de Copérnico (ya anteriormente formulada por Aristarco) de desplazar a la Tierra de la posición central ocupada en el sistema de Tolomeo, aunque tal centralidad se debiese a la falta de paralaje estelar y no a una sobrevaloración de nuestra existencia en el planeta.

El paso siguiente lo dio Shapley hace un siglo, al mostrar que tampoco el Sol ocupa el centro de la Via Láctea. Finalmente, el Universo “finito pero ilimitado” de Einstein niega la posibilidad de encontrar un centro en su volumen tridimensional, y afirma la equivalencia de posición de todos los puntos del espacio. No tiene sentido preguntar dónde estamos en el continuo expandirse de un Universo que contiene probablemente más de 100.000 millones de galaxias, y que vuelve a la insignificancia aun la majestuosa estructura de la Vía Láctea, nuestra ciudad cósmica.

Sin embargo, a partir de la década de los años 30, se da una reacción interesante, que afirma, cada vez con argumentos más fuertes y detallados, que el Hombre está en un tiempo y un lugar atípicos y privilegiados en muchos respectos, que obligan a preguntarnos si nuestra existencia está ligada en un modo especial a características muy poco comunes en el Universo. Esta pregunta adquiere un significado especial al considerar las consecuencias previsibles (según las leyes físicas) de cualquier alteración en las condiciones iniciales del Universo. Con un eco de las palabras de Einstein¿tuvo Dios alguna alternativa al crear?. No solamente debemos dar razón de que el Universo exista, sino de que exista de tal manera y con tales propiedades que la vida inteligente puede desarrollarse en él. Tal es la razón de que se formule el Principio Antrópico, en que el Hombre (entendido en el sentido filosófico de “animal racional”, independientemente de su hábitat y su morfología corporal) aparece como condición determinante de que el Universo sea como es.

Las primeras sugerencias de una conexión entre vida inteligente y las propiedades del Universo en su momento actual aparecen en las relaciones adimensionales hechas notar por Eddington: la razón de intensidad entre fuerza electromagnética y fuerza gravitatoria entre dos electrones, entre la edad del Universo y el tiempo en que la luz cruza el diámetro clásico de un electrón, entre el radio del Universo observable y el tamaño de una partícula subatómica, nos da cifras del orden de 10 elevado a la potencia 40. El número de partículas nucleares en todo el cosmos se estima como el cuadrado de ese mismo número. ¿Son éstas coincidencias pueriles o esconden un significado profundo?. La hipótesis de los grandes números sugiere que el Hombre solamente puede existir en un lugar y momento determinado, cuando tales coincidencias se dan, aunque no se avanza una explicación de estas relaciones.”

Una versión más especulativa, el principio antrópico fuerte, asegura que las leyes de la física deben tener propiedades que permitan evolucionar la vida. La implicación de que el universo fue de alguna manera diseñado para hacer posible de la vida humana hace que el principio antrópico fuerte sea muy controvertido, ya que nos quiere adentrar en dominios divinos que, en realidad, es un ámbito incompatible con la certeza comprobada de los hechos a que se atiene la ciencia, en la que la fe, no parece tener cabida.

Es decir, problema del ajuste fino significa que las las constantes fundamentales de un modelo físico para el universo deben ser ajustados de forma precisa para permitir la existencia de vida. Sobre estas constantes fundamentales no hay nada en la teoría que nos indique que deban tomar esos valores que toman. Podemos fijarlas de acuerdo con las observaciones, pero esto supone fijarlas de entre un rango de valores colosal. Esto da la impresión de cierta arbitrariedad y sugiere que el universo podría ser una realización improbable entre tal rango de valores. He ahí el problema.

El principio antrópico nos invita al juego mental de probar a “cambiar” las constantes de la naturaleza y entrar en el juego virtual de ¿qué hubiera pasado si…?

Especulamos con lo que podría haber sucedido si algunos sucesos no hubieran ocurrido de tal o cual manera para ocurrir de esta otra. ¿Qué hubiera pasado en el planeta Tierra si no aconteciera en el pasado la caída del meteorito que acabó con los dinosaurios? ¿Habríamos podido estar aquí hoy nosotros? ¿Fue ese cataclismo una bendición para nosotros y nos quitó de encima a unos terribles rivales?

Fantasean con lo que pudo ser…. Es un ejercicio bastante habitual; sólo tenemos que cambiar la realidad de la historia o de los sucesos verdaderos para pretender fabricar un presente distinto. Cambiar el futuro puede resultar más fácil, nadie lo conoce y no pueden rebatirlo con certeza. ¿Quién sabe lo que pasará mañana?

  Lo cierto es que estamos confinado en este pequeño mundo

Siempre estamos imaginando el futuro que vendrá. Los hombres tratan de diseñarlo pero, finalmente, será el Universo el que tome la última palabra de lo que deba ser. Por mucho que nosotros nos empeñemos, las estructuras del Universo nunca podrán ser cinceladas por nuestras manos ni por nuestros ingenios, sólo las inmensas fuerzas de la Naturaleza puede transformar las estrellas, las galaxias o los mundos… lo demás, por muy bello que pudiera ser, siempre será lo artificial.

Lo que ocurra en la naturaleza del universo está en el destino de la propia naturaleza del cosmos, de las leyes que la rigen y de las fuerzas que gobiernan sus mecanismo sometidos a principios y energías que, en la mayoría de los casos se pueden escapar a nuestro actual conocimiento.

Lo que le pueda ocurrir a nuestra civilización, además de estar supeditado al destino de nuestro planeta, de nuestro Sol y de nuestro Sistema Solar y la Galaxia, también está en manos de los propios individuos que forman esa civilización y que, con sensibilidades distintas y muchas veces dispares, hace impredecibles los acontecimientos que puedan provocar individuos que participan con el poder individual de libre albedrío otorgado en ese plano político a quien no siempre lo merece. Todos sabemos de la imperfección humana y tambieón, de sus ambiciones.

Siempre hemos sabido especular con lo que pudo ser o con lo que podrá ser si…, lo que, la mayoría de las veces, es el signo de cómo queremos ocultar nuestra ignorancia. Bien es cierto que sabemos muchas cosas pero, también es cierto que son más numerosas las que no sabemos.

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Cuando el Sol agote todo su combustible nuclear -o cuando Andrómeda se acerque a la Vía Láctea-, estará acercándose el final de la Tierra como planeta que albergó la vida. Los cambios serán irreversibles, los océanos se evaporarán y sus aguas hirvientes comenzarán a llenar la atmósfera de gases. La Gigante roja engullirá a los planetas Mercurio, Venus y probablemente se quedará muy cerca de la Tierra calcinada y sin vida.

Sabiendo que el destino irremediable de nuestro mundo, el planeta Tierra, es de ser calcinado por una estrella gigante roja en la que se convertirá el Sol cuando agote la fusión de su combustible de hidrógeno, helio, carbono, etc, para que sus capas exteriores de materia exploten y salgan disparadas al espacio interestelar, mientras que, el resto de su masa se contraerá hacia su núcleo bajo su propio peso, a merced de la gravedad, convirtiéndose en una Nebulosa planetaria que en su centro tendrá lo que queda de aquel Sol esplendoroso: ¡una estrella enana blanca! de enorme densidad y de reducido diámetro. Sabiendo eso, el hombre está poniendo los medios para que, antes de que llegue ese momento (dentro de algunos miles de millones de años), poder escapar y dar el salto hacia otros mundos lejanos que, como la Tierra ahora, reúna las condiciones físicas y químicas, la atmósfera y la temperatura adecuadas para acogernos.

         Siempre hemos soñado con escapar de la Tierra. ¿Será intuición del futuro que nos espera?

Pero el problema no es tan fácil y se extiende a la totalidad del universo que, aunque mucho más tarde, también está abocado a la muerte térmica, el frío absoluto si se expande para siempre como un universo abierto y eterno, o el más horroroso de los infiernos, si estamos en un universo cerrado y finito en el que, un día, la fuerza de gravedad, detendrá la expansión de las galaxias que comenzarán a moverse de nuevo en sentido contrario, acercándose las unas a las otras de manera tal que el universo comenzará, con el paso del tiempo, a calentarse, hasta que finalmente, se junte toda la materia-energía del universo en una enorme bola de fuego de millones de grados de temperatura, el Big Crunch.

                                                             Un universo replegándose sobre sí mismo no parece probable


El irreversible final está entre los dos modelos que, de todas las formas  que lo miremos, es negativo para la Humanidad (si es que para entonces aún existe). En tal situación, algunos ya están buscando la manera de escapar.

Stephen Hawking ha llegado a la conclusión de que estamos inmersos en un multiuniverso, esto es, que existen infinidad de universos conectados los unos a los otros. Unos tienen constantes de la naturaleza que permiten vida igual o parecida a la nuestra, otros posibilitan formas de vida muy distintas y otros muchos no permiten ninguna clase de vida.

Este sistema de inflación autorreproductora nos viene a decir que cuando el universo se expande (se infla) a su vez, esa burbuja crea otras burbujas que se inflan y a su vez continúan creando otras nuevas más allá de nuestro horizonte visible. Cada burbuja será un nuevo universo, o mini-universo en  los que reinarán escenarios diferentes o diferentes constantes y fuerzas.

“Kashlinsky y su equipo afirman que sus observaciones representan la primera pista de lo que hay más allá del horizonte cósmico. Al averiguarlo, podremos saber cómo se veía el universo inmediatamente después del Big Bang, o si nuestro universo es uno de muchos. Otros no están tan seguros. Una interpretación diferente dice que no tiene nada que ver con universos extraños sino el resultado de un defecto en una de las piedras angulares de la cosmología, la idea de que el universo debe verse igual en todas direcciones. O sea, si las observaciones resisten un escrutinio preciso.”

“Las estructuras más allá del “borde” del Universo observable, el cual están esencialmente confinados a una región con un radio de 14 mil millones de años luz, dado que sólo la luz dentro de esta distancia ha tenido tiempo de llegar hasta nosotros desde el Big Bang.

Algunos Modelos han sido explorados y el resultado hallado es que en cada uno de esos mini-universos, puede haber muchas cosas diferentes; pueden terminar con diferentes números de dimensiones espaciales o diferentes constantes y fuerzas de la naturaleza, pudiendo unos albergar la vida y otros no.

El reto que queda para los cosmólogos es calcular las probabilidades de que emerjan diferenta mini-universos a partir de esta complejidad inflacionaria ¿Son comunes o raros los mini-universos como el nuestro? Existen, como para todos los problemas planteados, diversas conjeturas y consideraciones que influyen en la interpretación de cualquier teoría cosmológica futura cuántico-relativista. Hasta que no seamos capaces de exponer una teoría que incluya la relatividad general de Einstein (la gravedad-cosmos) y la mecánica cuántica de Planck (el cuanto-átomo), no será posible contestar a ciertas preguntas.

Cuando nos introducimos en el “universo” de la teoría de cuerdas, parece como si estuviéramos entrando en otro mundo fuera de este nuestro, allí, se pueden ver cosas asombrasas que no podemos observar en nuestro mundo y nuestra capacidad de apreciación se deja escapar esas once dimensiones en las que, apaciblemente pueden convivir sin estridencias, la mecánica cuántica con la relatividad general.

Aunque no todos la entiendan la teoría de cuerdas tiene un gancho tremendo. Te transporta a un mundo de 11 dimensiones, universos paralelos, y partículas formadas por cuerdecitas casi invisibles vibrando a diferentes frecuencias. Además, te dice que no se trata de analogías sino de la estructura más profunda de la realidad, y que ésta podría ser la teoria final que unificara por fin a toda la física. ¿No estaremos hablando de Filosofía?

Todas las soluciones que buscamos parecen estar situadas en teorías más avanzadas que, al parecer, sólo son posibles en dimensiones superiores, como es el caso de la teoría de supercuerdas situada en 10, 11 ó 26 dimensiones. Allí, si son compatibles la relatividad y la mecánica cuántica, hay espacio más que suficiente para dar cabida a las partículas elementales, las fuerzas gauge de Yang-Mill, el electromagnetismo de Maxwell y, en definitiva, al espacio-tiempo y la materia, la descripción verdadera del universo y de las fuerzas que en él actúan.

Científicamente, la teoría del hiperespacio lleva los nombres de Teoría de Kaluza-Klein y supergravedad. Pero en su formulación más avanzada se denomina Teoría de Supercuerdas, una teoría que desarrolla su potencial en nueve dimensiones espaciales y una de tiempo: diez dimensiones. Así pues, trabajando en dimensiones más altas, esta teoría del hiperespacio puede ser la culminación que conoce dos milenios de investigación científica: la unificación de todas las fuerzas físicas conocidas. Como el Santo Grial de la Física, la “teoría de todo” que esquivó a Einstein que la buscó los últimos 30 años de su vida.

                      Un Universo de “cuerdas” y de “Agujeros de Gusano”

Es cierto, los mejores siempre han buscado el Santo Grial de la Física. Una Teoría que lo pueda explicar todo, la más completa que, mediante una sencilla ecuación, responda a los misterios del Universo. Claro que tal hazaña, no depende siquiera de la inteligencia del explorador que la busca, es más bien un problema de que, las herramientas necesarias (matemáticas) para hallarla, aún no han sido inventadas.

Durante el último medio siglo, los científicos se han sentido intrigados por la aparente diferencia entre las fuerzas básicas que mantienen unido al cosmos: la Gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil. Los intentos por parte de las mejores mentes del siglo XX para proporcionar una imagen unificadora de todas las fuerzas conocidas han fracasado. Sin embargo, la teoría del hiperespacio permite la posibilidad de explicar todas las fuerzas de la naturaleza y también la aparentemente aleatoria colección de partículas subatómicas, de una forma verdaderamente elegante.  En esta teoría del hiperespacio, la “materia” puede verse también como las vibraciones que rizan el tejido del espacio y del tiempo. De ello se sigue la fascinante posibilidad de que todo lo que vemos a nuestro alrededor, desde los árboles y las montañas a las propias estrellas, no son sino vibraciones del hiperespacio.

Antes mencionábamos los universos burbujas nacidos de la inflación y, normalmente, el contacto entre estos universos burbujas es imposible, pero analizando las ecuaciones de Einstein, los cosmólogos han demostrado que podría existir una madeja de agujeros de gusano, o tubos, que conectan estos universos paralelos.

Aunque muchas consecuencias de esta discusión son puramente teóricas, el viaje en el hiperespacio puede proporcionar eventualmente la aplicación más práctica de todas: salvar la vida inteligente, incluso a nosotros mismos, de la muerte de este universo cuando al final llegue el frío o el calor.

Esta nueva teoría de supercuerdas tan prometedora del hiperespacio es un cuerpo bien definido de ecuaciones matemáticas. Podemos calcular la energía exacta necesaria para doblar el espacio y el tiempo o para cerrar agujeros de gusano que unan partes distantes de nuestro universo. Por desgracia, los resultados son desalentadores. La energía requerida excede con mucho cualquier cosa que pueda existir en nuestro planeta. De hecho, la energía es mil billones de veces mayor que la energía de nuestros mayores colisionadores de átomos. Debemos esperar siglos, o quizás milenios, hasta que nuestra civilización desarrolle la capacidad técnica de manipular el espacio-tiempo  utilizando la energía infinita que podría proporcionar un agujero negro para de esta forma poder dominar el hiperespacio que, al parecer, es la única posibilidad que tendremos para escapar del lejano fin que se avecina. ¿Que aún tardará mucho? Sí, pero el tiempo es inexorable, la debacle del frío o del fuego llegaría.

No existen dudas al respecto, la tarea es descomunal, imposible para nuestra civilización de hoy, ¿pero y la de mañana?, ¿no habrá vencido todas las barreras? Creo que el hombre es capaz de plasmar en hechos ciertos todos sus pensamientos e ideas, sólo necesita tiempo: Tiempo tenemos mucho por delante si las cosas no se tuercen para nuestra especie y la Naturaleza no se ensaña con nosotros de alguna manera. Y, si es así…

¿Sabremos aprovecharlo? Lo cierto es que nuestra osadía no tiene límites. No hemos podido solucionar -todavía- como llegar a esa primera fracción de tiempo que reside más alla del Tiempo de Planckc y estamos hablando de universos paralelos y otras cuestiones que estarán después de aquella primera que nos queda por resolver. Siempre ha sido así, sin terminar una cosa nos hemos pasado a otras y, por eso, precisamente, vamos algo embarullados y tenemos ese caos mental que no nos deja ver… ¡lo sencillo!

“En Cosmología, las condiciones “iniciales” raramente son absolutamente iniciales, pues nadie sabe como calcular el estado de la materia y el espacio-tiempo antes del Tiempo de Planck, que culminó alrededor de 10-43 de segundo Después del Comienzo del Tiempo.”

Es verdaderamente encomiable la pertinaz insistencia del ser humano por saber, y, en el ámbito de la Astronomía, desde los más remotos “tiempos” que podamos recordar o de los que tenemos alguna razón, nuestra especie ha estado interesada en saber, el origen de los objetos celestes, los mecanismos que rigen sus movimientos y las fuerzas que están presentes. También en el extremo opuesto, estamos buscando para ver si, finalmente, encontramos esos otros universos.

Claro que, nosotros, los Humanos, llevamos aquí el tiempo de un parpadeo del ojo si lo comparamos con el Tiempo del Universo. Sin embargo, nos hemos valido de todos los medios posibles para llegar al entendimiento de las cosas, incluso sabemos del pasado a través del descubrimiento de la vida media de los elementos y mediante algo que denominamos datación, como la del Carbono 14, podemos saber de la edad de muchos objetos que, de otra manera, sería imposible averiguar. La vida de los elementos es muy útil y, al mismo tiempo, nos habla de que todo en el Universo tiene un Tiempo marcado. Por ejemplo, la vida media del Uranio 238 sabemos que es de 4.000 millones de años, y, la del Rubidio tiene la matusalénica vida media de 47.000 millones de años, varias veces la edad que ahora tiene el Universo.

Sin embargo, seguimos sin saber qué fue lo que pasó antes del Tiempo de Planck y, si existen otros universos.

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No siempre hablamos con propiedad

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo y la Vida    ~    Comentarios Comments (1)

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¿Sabremos algún día, como son las cosas?

Los cosmólogos hablan y hablan y no pocas veces utilizan conceptos y parámetros que, sin haber sido comprobados, están ahí unamovibles como si de verdades como montañas se tratara. La Energía y la Materia Oscura son una buena muestra. Las colocan por todas partes y, aunque nadie sabe lo que es (ellos los primeros), es uno de los platos que más suelen degustar cuando hablan de la expansión acelerada del universo.

Lo que sucede primero, no es necesariamente el principio. Antes del “principio”, de ese principio que nosotros llamamos Big Bang, tuvieron que suceder muchas cosas que, de momento, no hemos podido llegar a conocer, nos topamos con la oscuridad del Tiempo de Planck, esa infinitesimal fracción en la que, según parece, debieron suceder muchas cosas que desconocemos y que pudieran ser, el verdadero principio de todo. Además, hasta es posible que ni hubiera principio y, nuestro Universo, surgiera a parti4r de una fluctuación de vacío  en otro universo que rasgando el espacio-tiempo, lo hizo “nacer” como otro más de los muchos que conforman un Metaverso infinito.

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Los físicos, cuando se han topado con inconvenientes que no sabían a quéeran debidos (los infinitos es una buena muestra de ello), han actuado con más racionalidad que los cosmólogos y, se inventaron la renormalización que es una especie de truco que elimina esos infinitos sin sentido de las ecuaciones de la mecánica cuántica y, para ello, se buscaron el procedimiento matemático de introducir otros infinitos con el propósito de anular los primeros.  El caso es que da resultados.

Incluso en cosmología, las explicaciones más racionales, han llegado de la mano de la Física y, por ejemplo,para explicar lo que es una singularidad, nos dicen: Punto de curvatura infinita del espacio donde las ecuaciones de la relatividad general pierden su validez. Un agujero negro es una singularidad; lo mismo, quizá, lo fuera el universo en el primer momento en ese preciso instante en el que nació el espaciotiempo. Claro que, los Físicos han trabajado y avanzado más por las pistas encontradas que va dejando la Naturaleza que por sus sueños o inventos.

Siguiendo la estela que dejan las invariancias gauge, gracias a la importante aportación iniciada en 1954 por los trabajos de Yang y Mills, ya se ha conseguido la primera gran unificación, la de la fuerza electrodébil ( electromagnética + débil) que mereció en 1979 el Premio Nobel de Física para sus autores, Glashow, Salam y Eeinberg. Aunque el camino no se encuentra, ni mucho menos, libre de formidables obstáculos, sabemos que las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza están regidas por este tipo de invariancias.que relacionan las fuerzas con la propia geometría de la materia-espacio-tiempo, tal como aspiraba Hermann Weyl . En su libro : “Tiempo, espacio,materia” ( 1922), comentaba con emoción: “… Han llegado a nuestro oído algunos acordes vigorosos de aquella armonía de las esferas con que soñaban Pitágoras y Kepler.” Hay cosas que no cambian nunca, si nos detenemos a recordarlas te puede apetecer hablar de ellas. Hace tiempo, los sucesos que constituían historias eran las irregularidades de la experiencia: lo inesperado, lo catastrófico y lo ominoso.

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La Luna llena, amiga de los enamorados a los que alumbra con sus reflejos de plata, siempre ha sido igual y, a los humanos habitantes del planeta Tierra, ese objeto familiar nos acompañó a lo largo de los siglos para hacer posible que, pudiéramos comprobar que su comportamiento era estable e inamovible. Invariante.

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  El 19 de enero de 1995 ocurrió el sismo de Kobe, Japón, uno de los terremotos más devastadores de la historia. En general las consecuencias de los sismos son evaluadas en número de víctimas: Shaanxi, China 1556, 830.000 víctimas; Calcuta, India 1737, 300.000; Lisboa, 1755, 60.000; Mesina, Italia 1908, 85.000; Tokio-Yokohama, 1923, 143.000; Añadir, Marruecos 1960, 14.000; Ancash, Perú 1970, 52.000; Tang-Shan, China 1976, 400.000; Irán 1978, 25.000; México, 1985, 10.000; Armenia 1988, 25.000.   Pero el sismo de Kobe, aparte de los 6.000 muertos y los 30.000 heridos, tuvo nefastas consecuencias de carácter económico: dejó a 300.000 personas sin hogar, destruyó o dañó severamente 100.000 edificios, se produjeron 148 incendios que destruyeron un área de 65 hectáreas y los daños se estimaron inicialmente en 200.000 millones de dólares. El caso de Kobe es particular, porque en Japón se consideraba que era una zona de riesgo sísmico moderado. Los hechos demostraron lo contrario: Kobe se encuentra en la zona de encuentro de cuatro placas tectónicas.   Aunque estos sucesos, en un principio, nos parezcan catastróficos (que lo son), también es verdad que son la manera de reciclaje que tiene la Naturaleza para hacer surgir las nuevas cosas y la vida nueva.

Poco a poco, los científicos llegaron a apreciar el misterio de la regularidad y predecibilidad del mundo. Pese a la concatenación de movimientos caóticamente impredecibles de átomos y moléculas, nuestra experiencia es la de un mundo que posee una profunda consistencia y continuidad. Nuestra búsqueda de la fuente de dicha consistencia atendía primero a las “leyes” de la Naturaleza (Interacción Gravitacional, Fuerzas Nucleares Débil y Fuerte y el Electromagnetismo) que gobiernan como cambian las cosas.   También, poco a poco, hemos llegado a identificar una colección de números misteriosos arraigados en la regularidad de la experiencia. Son las Constantes de la Naturaleza. Dan al Universo su carácter distintivo y lo singularizan de otros que podríamos imaginar. Capturan de una vez nuestro máximo conocimiento y nuestra máxima ignorancia sobre el Universo.

Constantes fundamentales, valores supuestamente invariables de ciertas magnitudes referidas a los constituyentes más básicos del Universo. Precisamente esas constantes con esos valores, son los que permiten que nuestro mundo sea como es. Pues, aunque las medimos con una precisión cada vez mayor y modelamos nuestros patrones fundamentales de la masa y tiempo alrededor de su invariancia no podemos explicar sus valores. Nunca hemos podido explicar el valor numérico de ninguna de las constantes de la Naturaleza. Hemos descubierto otras nuevas, hemos relacionado las viejas y hemos entendido su papel crucial para hacer que las cosas sean como son, pero la razón de sus valores sigue siendo un profundo secreto. Para buscarla necesitamos desentrañar la teoría más fundamental de las leyes de la Naturaleza.

El problema de si las constantes físicas son constantes se las trae. Aparte del trabalenguas terminológico arrastra tras de sí unas profundas consecuencias conceptuales. Ahora unos experimentos han obtenido resultados que van encaminados hacia el hecho de que la constante de estrucutra fina, pudiera ser variante con el tiempo y el lugar, lo cual, al menos a mí no me cuadra por muchos gráficos que nos quieran presentar como el de abajo.

En verde, los datos obtenidos únicamente a través del telescopio Keck. El azul, solo los del VLT y la región roja es la combinación de ambos. La parte gris corresponde a la vía láctea. Todo está representado en coordenadas ecuatoriales (ascensión recta y declinación).

Si la constante variara de forma espacial esto tocaría la fibra sensible de la Relatividad aunque no es algo que pille de nuevas porque hay ya algunas teorías que plantean que esto pueda suceder. Si la variación es muy suave también podría significar que el universo es mucho mayor que la parte observable del mismo y entonces estaríamos hablando de un universo que incluso podría ser infinitamente grande donde las constantes variaran muy poco en el radio del universo observable, lo bastante poco para que nos parecieran constantes hasta que nos fijáramos lo suficiente.

Pero esto no es tan simple. Un pequeño cambio ya hace que no sean constantes y eso trae problemas a nivel teórico. También nos complicaría un poco la vida pensar en cómo sería el universo en otras regiones donde las constantes tengan valores muy distintos a los que conocemos actualmente. Es tan antinatural que, no creo que alfa, la constante de estrucutra fina, no sea invariante.

Esas constantes de la Naturaleza están estrechamente emparentadas con las constantes de nuestros cuerpos que, como todo en el Universo, están conectados por unos hilos invisibles, a los parám,etros, constantes y fuerzas que todo lo rigen.   Descubrir si las constantes que las definen están determinadas y conformadas por alguna consistencia lógica superior o sigue habiendo un papel para el Azar.   Nuestras primeras ojeadas revelan una situación muy peculiar, Mientras parece que ciertas constantes estuvieran fijadas, otras tienen espacio para ser distintas de las que son y algunas no parecen afectadas por ninguna otra cosa en el Universo. ¿Caen sus valores al Azar? ¿Podrían ser realmente diferentes? Y, si lo fueran, ¿Podría existir vida en el Universo?

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         Sí, las Constantes Universales siempre dieron mucho que hablar

Si esas constantes variaran, ¿que sería de nosotros? Sabemos que, universos con las constantes ligeramente alteradas nacerían muertos, privados del potencial para desarrollar y sostener el tipo de complejidad organizada que llamamos vida.   ¿Son las Constantes de la Naturaleza realmente constantes?   Un experimento llevado a buen fin por un grupo de investigadores, han puesto en práctica un método por ellos ideado mediante el cual, han podido examinar las Constantes de la Naturaleza durante los últimos 11.000 millones de años de la historia del Universo.   Considerando las pautas atómicas que son similares a códigos de barras en la luz que nos llega de Cuásares lejanos, podemos mirar y ver cómo eran los átomos cuando la luz inició su viaje hace miles de millones de años. Así, ¿fueron siempre iguales las constantes de la Naturaleza? La respuesta, inesperada y escandalosa, plantea nuevas posibilidades para el Universo y las leyes que lo rigen.

 

¿Qué secretos tan profundos se esconden detrás de esta simple ecuación? Desde el comienzo de la “buena” Física, los mejores han tratado de desvelar lo que ahí está escondido. Es la Constante de estructura Fina, otra vez el número puro y adimensional, 137 que guarda los misterios del electromagnetismo, e, la Relatividad de Einstein, c, y, la constante de Planc, h.   A pesar del cambio incesante y la dinámica del mundo visible, existen aspectos de la fábrica del Universo misteriosos en su inquebrantable constancia. Son esas misteriosas cosas invariables las que hacen de nuestro Universo el que es y lo distingue de otros que pudieran existir.   Está presente un hilo dorado que teje una continuidad a través del espacio-tiempo y que, afecta a toda la Naturaleza que, de esa manera, se conforma como un todo, como un Sistema cerrado en el que, las constantes marcan un ritmo de funcionamiento y las leyes o fuerzas naturales dicen como deben cambiar las cosas.

 

Como si fuera un hilo de oro que brotaba del abismo de los tiempos, el Universo unifica, todo lo que dentro de él existe, y, de alguna manera, aunque nos de la sensación de heterogeneidad, al final, todo es lo mismo, es decir, proviene de la misma fuente, simplemete cambia con el tiempo. Lo que hoy es inanimado, mañana estará muy vivo. Lo que hoy no tiene consciencia, mañana la tendrá. Todas las cosas son, aunque no de la misma manera pero, ese simple pensamiento, eleva a todas las cosas a la categoría de SER.   Así las cosas, y, con esos datos en las manos, nos aconseja esperar que ciertas cosas sean iguales en otros lugares del Espacio además de aquí, en la Tierra; que esas constantes fueron y serán las mismas en otros tiempos además de hoy; que para algunos casos, ni la historia ni la geografía importan. De hecho, quizá sin un substrato semejante de realidades invariables no podría haber corrientes superficiales de cambio ni ninguna complejidad de mente y materia.   Desde entonces, los cosmólogos han encontrado cada vez más formas en que el Universo podría mostrar variaciones en sus constantes definitorias; cada vez más maneras en que la vida podría no haber llegado a existir en el Universo. También han empezado a tener en serio la posibilidad y realidad de otros universos en los que las constantes de la Naturaleza toman valores diferentes. ¿Inevitablemente nos encontramos en un mundo donde las cosas salieron bien? Pero, ¿Cuál era la posibilidad de que todo esto sucediera así?

¿Qué clase de vida -si es que la hubiera- existirían en otros universos? El clima y la topografía de nuestro planeta varían continuamente, como las especies que viven en él. Y lo que es más espectacular, hemos descubierto que todo el Universo de estrellas y galaxias están en estado de cambio dinámico, en el que grandes cúmulos de galaxias se alejan unos de otros hacia un futuro que será diferente del presente. Hemos empezado a darnos cuenta de que vivimos en un tiempo prestado, los sucesos astronómicos catastróficos son comunes; los mundos colisionan.

  Hasta el momento, hemos tenido mucha suerte. El planeta Tierra ha sufrido en el pasado el impacto de cometas y asteroides. Un día se le acabará la suerte; el escudo que tan fortuitamente nos proporciona el enorme planeta Júpiter, que guarda los confines exteriores de nuestro Sistema Solar, no será capaz de salvarlo. Al final, incluso nuestro Sol morirá. Nuestra Vía Láctea será engullida por un enorme agujero negro central. La vida tal como la conocemos terminará. Los supervivientes tendrán que haber cambiado su forma, sus hogares y su naturaleza en tal medida que hoy, nos costaría llamarlo “vida” según nuestros criterios actuales, a esa existencia prolongada y exenta de enfermedad. Hemos reconocido los secretos simples del Caos y de la impredecibilidad que asedian tantas partes del mundo que nos rodea. Entendemos que nuestro clima es cambiante pero no podemos predecir los cambios. Hemos apreciado las similitudes entre complejidades como esta y las que emergen de los sistemas de interacción humana –sociedades, economías, elecciones, ecosistemas- y el interior de la mente humana.

 Debemos procurar que sitios como este perduren, nuestro futuro depende de ellos.

Todas estas sorprendentes complejidades tratan de convencernos de que el mundo es como una montaña rusa desbocada, rodando y dando bandazos; que todo lo que una vez se ha tenido por cierto podría ser derrocado algún día.

Si revisamos las escalas desde un átomo, el ADN, una Bacteria, un insecto, un planeta, un ser humano, un árbol, un meteorito, un asteroide, una estrella, una galaxia, o un cúmulo de galaxias.

Todos los objetos del Universo son el resulta de fuerzas antagónicas que, al ser iguales, se equilibran y consiguen la estabilidad. Las estrellas son el mejor ejemplo: La Gravedad trata de comprimir a la estrella que, mediante la fusión tiende a expandirse y, la lucha de esas dos fuerzas crea la estabilidad.

Estas estructuras, podemos decir que son entidades estables que existen en el Universo. Existen porque son malabarismos estables entre fuerzas competidoras de atracción y repulsión. Por ejemplo, en el caso de un planeta, como la Tierra, hay un equilibrio entre la fuerza atractiva de la Gravedad y la repulsión atómica que aparece cuando los átomos se comprimen demasiado juntos. Todos estos equilibrios pueden expresarse aproximadamente en términos de dos números puros creados a partir de las constantes e (electrón), h (constante de Planck), G (constante de gravitación) y mp (masa del protón).

Hasta tal punto son importantes estas constantes de la Naturaleza que, simplemente con que la masa o la carga del electrón variara una diez millonésima, la vida, no podría existir.

emilio silvera