martes, 28 de enero del 2020 Fecha
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Interacciones fundamentales de la Naturaleza (breve reseña)

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (2)

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Como pueden haber deducido por el título, me estoy refiriendo a cualquiera de los cuatro tipos diferentes de interacciones que pueden ocurrir entre los cuerpos.  Estas interacciones pueden tener lugar incluso cuando los cuerpos no están en contacto físico y juntas pueden explicar todas las fuerzas que se observan en el universo.

Todos recordamos lecturas en las que nos hablaban sobre aquellos pensadores del pasado que como Empédocles, Leucipo o Demócrito nos hablaban de sustancias y elementos y hasta de átomos, ellos tenían la untuición de que la materia, estaba compuesta por esos minúsculos objetos que hoy llamamos partículas elementales. Pasado mucho tiempo y cerca ya del siglo XX, llegaron científicos como Dalton,  J.J Tomson (que descibrió el electrón) y propuso en modelo atómico con el electrón dentro del átomo, Eugen Goldstein descubrió los rayos canales (con carga positiva) y después Rutherford el nombre del proón, esa partícula positiva generada a partir del hidrógeno y se completaron la presencia de las partículas fundamentales en la que cada una tenía un tipo de carga (la del prptón y la del electrón eran idénticas para nivelar la simetría del átomo con esa igualdad de fuerzas). Ya en el siglo XX se postuó la existencia del neutrón algo más masivo que el protón pero sin carga eléctrica, su existencia se c onfirmó en 1932.

 
“Un diagrama resumiendo las interacciones a nivel árbol entre las partículas del modelo estándar. Cada círculo oscuro es un tipo de partícula. Una línea conecta dos círculos cuando las partículas correspondientes pueden interaccionar.
En la primera fila están los fermiones o “partículas de materia” del modelo estándar (leptones y quarks). En la segunda los bosones vectoriales o “partículas mediadoras” asociadas con cada interacción del modelo estándar (fotónbosones W y Z, gluones). En la última fila se encuentra el bosón de Higgs.Las líneas que unen los leptones con el fotón y el Higgs son de color distinto al resto. El fotón no interacciona con los neutrinos, sólo con los leptones cargados. En el modelo estándar estricto, el Higgs no interacciona tampoco con los neutrinos, aunque esto es aún objeto de investigación.”“Un diagrama resumiendo las interacciones a nivel árbol entre las partículas del modelo estándar. Cada círculo oscuro es un tipo de partícula. Una línea conecta dos círculos cuando las partículas correspondientes pueden interaccionar.

                                                             Poco a poco se fueron comprendiendo las interacciones entre las partículas de materia

A comienzos del siglo XX, el desarrollo del modelo atómico de Rutherford, coloca a los protones y neutrones en el núcleo del átomo y a los electrones en su corteza. Las investigaciones sobre el efecto fotoeléctrico llevan a Einstein a formular su teoría corpuscular de la luz y predecir la existencia del fotón, que sería una partícula sin masa ni carga eléctrica.  Así pues, hasta 1932 podía explicarse la constitución de la materia sólo con cuatro partículas elementales: el electrón, el protón, el neutrón y el fotón. Sin embargo, pronto se comprobó que el número de partículas elementales era mucho mayor.

Investigando sobre una hipótesis de Paul Dirac, se descubrió en ese año el positrón por Carl Anderson. Es esta una partícula con la misma masa que el electrón y el mismo valor absoluto de carga, sólo que positiva (e+) . También se denomina antielectrón.

Otra partícula descubierta a principio de los años treinta del pasado siglo fue el neutrino, que ya había sido postulado por W. Pauli, para poder explicar una aparente violación en el principio de conservación del principio de conservación de la energía cuando se producía una desintegración b. Fue detectado en 1956 por un equipo de físicos de la universidad de Berkeley, entre los cuales se encontraban Segre y Chamberlain, que posteriormente fueron galardonados con el premio Nobel por su descubrimiento.

                           Los piones de Huideki eran en realidad Gluones

En 1935 Hideki Yukawa propone la existencia de una partícula para explicar las fuerzas que mantienen unidos a los nucleones. Esta partícula se denominó mesón, ya que tenía una masa intermedia entre la del protón y la del electrón (unas 200 veces la masa de éste). Actualmente esta partícula se denomina pión o mesón p y se detectó por primera vez en la radiación cósmica que llega a la Tierra (1947).

En 1937 se descubre el muón, una partícula con la misma carga que el electrón, pero con una masa de una 200 veces la de éste.  A partir de 1940 se descubrieron cientos de partículas elementales y además las correspondientes antipartículas, idénticas en masa y vida media, pero con carga opuesta. Esta proliferanción de partículas hizo que los físicos desarrollasen unos criterios para clasificarlas y llegar a comprender tanto la estructura interna de la materia como la naturaleza de las interacciones que existen entre ellas.

        el electromagnetismo está presente en todo el Universo

De todos aquellas ideas semilanes y  trabajos pioneros, hemos llegado a dioscernir lo que, en realidad, son las interacciones fundamentales y viene de lejos el deseo de muchos físicos que han tratado de unificar en una teoría o modelo a las cuatro fuerzas, que pudieran expresarse mediante un conjunto de ecuaciones. Einstein se pasó los últimos años de su vida intentándolo, pero igual que otros antes y después de él, aún no se ha conseguido dicha teoría unificadora de los cuatro interacciones fundamentales del universo. Se han hecho progresos en la unificación de interacciones electromagnéticas y débiles. Veamos donde estamos hoy:

La Interacción electromagnética

Es la fuerza con la cual las partículas cargadas se repelen (si sus cargas son iguales) o se atraen (si sus cargas sis diferentes, de signos opuestos). La Interacciones magnética es la fuerza que experimenta una partícula eléctricamente cargada que se mueve a través de un campo magnético. Las partículas cargadas en movimiento generan un campo magnético como, por ejemplo, los electrones que fluyen a través de las espiras de una bobina.

Un electrón y un protón se atraen de dos maneras, por un lado a causa de que el primero tiene carga eléctrica positiva y el segundo negativa, y ya se sabe que cargas contrarias se atraen. Por el otro, a causa de sus propias masas, como efecto de la fuerza de la gravedad. Se puede calcular que la atracción causada por las cargas eléctricas es aproximadamente “1040” veces mayor que la atracción gravitatoria.

Las fuerzas magnéticas y eléctricas están entrelazadas. En 1873, James Clerk Maxwell consiguió formular las ecuaciones completas que rigen las fuerzas eléctricas y magnéticas, descubiertas experimentalmente por Michael Faraday. Se consiguió la teoría unificada del electromagnetismo que nos vino a decir que la electricidad y el magnetismo eran dos aspectos de una misma cosa.

La interacción es universal, de muy largo alcance (se extiende entre las estrellas), es bastante débil. Su intensidad depende del cociente entre el cuadrado de la carga del electrón y 2hc (dos veces la constante de Planck por la velocidad de la luz). Esta fracción es aproximadamente igual a 1/137’036…, o lo que llamamos α y se conoce como constante de estructura fina.

En general, el alcance de una interacción electromagnética es inversamente proporcional a la masa de la partícula mediadora, en este caso, el fotón, sin masa.

La Interacción Gravitatoria que mantiene unidos los planetas alredor del Sol y las galaxias en los Cúmulos, También nuestros pies unidos al suelo de la Tierra. Sin la Gravedad, todo el Universo sería un gran Caos de objetos dispersos y flotándo de manera aleatoria por todas partes.

Así que la Gravedad es una Interacción fundamental de la Que Newton y después Einstein, nos dejaron bien claras sus complejas estructuras (al menos las que al momento creemos que son) que fueron relacionadas a partir de 1915 con las estructuras del espaciotiempo. Sin embargo, aún no sabemos como poder conciliar las leyes de la gravedad, con las leyes de la mecánica cuántica (excepto cuando la interacción gravitatoria es extremadamente débil -entre dos partículas por ejemplo).

- La interacción gravitatoria actúa exclusivamente sobre la masa de las partícualas.

- La interacción es de largo alcance (probablemente llegue a los mñás lejanos confines del Universo conocido).

- La Interacción es tan debido que probablemente nunca podremos detectar experimentalmente la atracción gravitatoria entre dos partículas elementales. La única razón por la que podemos medir esta interacción es porque es colectiva: todas las partículas (de la Tierra) atraen a todas las partículas (de nuestro cuerpo) en la misma dirección.

. La partícula mediadora es el hipotético “Gravitón”. Aunque aún nos e ha descubierto experimentalmente, sabemos lo que predice la mecánica cuántica: que tiene una masa nula y espín 2.

Una ley general para las interacciones es que, si el mediador tiene espín par, la fuerza entre cargas iguales es atractiva y entre cargas opuestas repulsivas. Si el Espín es impar (como en el electromagnetismo) se cumple la inversaa


La Interacción fuerte mantiene unidos los quarks en el núcleo del átomo formando protones y neutrones


Hasta 1972, sólo se conocían las reglas de simetría de las interacción fuerte y nio fuimos capaces de formulas las leyes de esta Interacción con la debida precisión.:

- El alcance de esta interacción no se extiende más allá del radio del núcleo atómico (10-13 cm aproximadamente)..

-La interacción es fuerte. Bajo la influiencia de esta interacción, las partículas que pueden desintegrarse, las “resonancias” lo hacen muy rápidamente. Un ejemplo es la resonancia Δ, con una vida media de solamente 0,6 x 10-23 s Esta colisón es extremadamente probable cuando dos hadrones se encuentran a una distancia cercana a 10-13 cm.

Hasta 1972 se pensaba que los mediadores de las interacciones fuertes eran piones, que tienen espín 0 y masa comprendida entre 135 y 140 MeV. Por ejemplo, la fuerte atracción entre dos protones se debe fundamentalmente al intercambio de un pión. Hoy día se dice que esto obedece al hecho que de que los piones son los hadrones más ligeros y que como los demas adrones, están formados por “Quarks”. La interacciones fuerte es entonces un efecto secundario de una interacción más fuerte incluso entre Quarks. Los mediadores de esta interacción más fuerte son los gluones.

La interacción fuerte es unas 102 veces mayor que la interacción electromagnética y, como ya se dijo antes, aparece sólo entre los hadrones y es la responsable de las fuerzas entre nucleones que confiere a los núcleos de los átomos su gran estabilidad. Actúa a muy corta distancia dentro del núcleo (10-15 metros) y se puede interpretar como una interacción mediada por el intercambio de mesones virtuales llamados Gluones. Está descrita por una teoría gauge llamada Cromodinámica cuántica.

La interacción fuerte, como se ha explicado muchas veces, es la más fuerte de todas las fuerzas fundamentales de la Naturaleza, es la responsable de mantener unidos los protones y neutrones en el núcleo del átomo. Como los protones y neutrones están compuestos de Quarks, éstos dentro de dichos bariones, están sometidos o confinados en aquel recinto, y, no se pueden separar por impedirlo los gluones que ejercen la fuerza fuerte, es decir, esta fuerza, al contrario que las demás, cuando más se alejan los quarks los unos de los otros más intensa se vuelve. Aumenta con la distancia.

El concepto de campo de Faraday ha dado mucho juego en Física, es un concepto ideal para explicar cierttos fenómenos que se han podido observar en las investigaciones de las fuerzas fundamentales y otros. El campo no se ve, sin embargo, está ahí, rodea los cuerpos como, por ejemplo, un electrón o el planeta Tierra que emite su campo electromagnético a su alrededor y que tan útil nos resulta para evitar problemas.

Me he referido a una teoría gauge que son teorías cuánticas de campo creadas para explicar las interacciones fundamentales. Una teoría gauge requiere un grupo de simetría para los campos y las potenciales (el grupo gauge). En el caso de la electrodinámica, el grupo es abeliano, mientras que las teorías gauge para las interacciones fuertes y débiles utilizan grupos no abelianos. Las teorías gauge no abelianas son conocidas como teorías de Yang–Mills. Esta diferencia explica por qué la electrodinámica cuántica es una teoría mucho más simple que la cromodinámica cuántica, que describe las interacciones fuertes, y la teoría electrodébil que unifica la fuerza débil con la electromagnética. En el caso de la gravedad cuántica, el grupo gauge es mucho más complicado que los anteriores necesarios para la fuerza fuerte y electrodébil.

En las teorías gauge, las interacciones entre partículas se pueden explicar por el intercambio de partículas (bosones vectoriales intermediarios o bosones gante), como los gluones, fotones y los W y Z.

Interacción débil

La Interacción débil es la responsable de que muchas partículas y también muchos nucleos atómicos exóticos sean inestables. Esta interacción piede provocar que una partícula se transforme en otra relacionada, por emisión de un electrón y un neutrino. Enrico Fermi en 1934 estableció una regla general de la interacción débil, que fue mejorada posteriormente por George Sudarshan, Robert Marshak, Murray Gell Mann, Rychard Feyman y otros. La fórmula mejorada funcinaba muy bien, pero hizo evidente que no era adecuada en todas las circunstancias. En 1970 de las siguientes características de las interacciones débiles sólo se conocían las tres primeras:

- La interacción actúa de forma universal sobre muchos tipos diferentes de partículas y su intensidad es aproximadamente igual para todas (aunque sus efectos pueden ser muy diferentes en cada caso). A los neutrinos les afecta exclusicamente la interacción débil.

- Comparada con las demás interacciones, ésta tiene un alcance muy corto.

- La interacción es muy débil. Consecuentemente, los choques en partículas de los cuales los neutrinos involucrados son tan poco frecuentes que se necesitan chorros muy intensos de neutrinos para poder estudiar los sucesos.

- Los mediadores de las interacción débil, llamados W+ y W-, no se detectaron hasta la década de 1980. Al igual que el fotón tienen espín 1, pero están eléctricamente cargados y son muy pesados (esta es la causa por el que el alcance de la interacción es tan corto). Hay un tercer mediador Zº, que es responsable de un tercer tipo de interacción débil que no tiene nada que ver con la desintegración de las partículas.; la “corriente neutra”. Permite que los neutrinos puedan colisionar con otras partículas sin cambiar su identidad.

A partir de 1970, quedó clara la relación entre la intereracción débil y la intereccción electromagnética, que dio lugar a la teoría electrodébil tan conopcida hoy.

 

Así, estas cuatro fuerzas fundamentales de la Naturaleza son las leyes que rigen en el Universo y, están presentes en todos sus campos y regiones por muy alejados que estos se puedan encontrar e inciden en los comportamientos de todos los objetos que conocemos como los mundos, las estrellas, los seres vivos, las galaxias y las Nebulosas y, también, en aquellos que no podemos ver pero que, de seguro están ahí supeditados a esas interacciones que todo lo rigen y hacen de nuestro mundo el que todos conocemos.

 Evolución del Universo

Todo ello lo hemos podido discernir a lo largo de un proceso largo de observación y experimento y mucha intuición de mentes privilegiadas que intutyeron donde se encontraban las respuestas. Nosotros, tenemos la suerte de encontrarnos ahora en una época más o menos avanzada y en la que contamos con tecnologías que nos llevarían mucho más allá del mundo que conocemos para adentrarnos en ese otro del futuro en el que, la Física, no tenga tantos secretos para nosotros y, si eso lo conseguimos, estaremos en un mundo mejor y conoceremos por fín, nuestro Universo y, de camino también a nosotros mismos…¡que falta hace!

emilio silvera

La Ilusión de simplificar la Naturaleza

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (20)

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d-brana

El gráfico representa un modelo de manguera de un espacio-tiempo de dimensiones más altas de tipo Kaluza-Kleim donde la longitud, o mejor, la dimensión a lo largo de la longitud de la manguera representa el 4-espacio-tiempo normal, y la dimensión alrededor de la manguera representa la dimensión extra “pequeñas” (quizá escala de Planck). Imaginemos un “ser” que habite en este mundo, que rebasa estas dimensiones extra “pequeñas”, y por ello no es realmente consciente de ellas.

 

Nuestras Mentes son etéreas pero, nuestros cerenbros están conformados de forma tridimensional, nuestro mundo es de tres dimensiones espaciales, la cuarta, el Tiempo, no incide en la posible alteración evolucitiva que podríamos acoger para experimentar el poder vislumbrar más altas dimensiones pero, ¿podrán alterarse las percepciones?

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El Tiempo inexorable y cosas que en él suceden

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astrofísica    ~    Comentarios Comments (3)

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Cada uno de nosotros, a lo largo de nuestras vidas, podemos nombrar el tiempo una ingente cantidad de veces, es uno de los conceptos más familiares que con nosotros convive y, sin embargo, es, a su vez, uno de los más desconocidos con que se ha encontrado la Humanidad: ¡El Tiempo vuela! ¡El Tiempo es oro! ¡Aprovecha el Tiempo! ¡No tenemos Tiempo! ¡Me falta Tiempo! ¡El Tiempo que pasó, ya no regresará! ¡El Tiempo futuro! Y, a todo esto, no dejamos de preguntarnos lo que es el Tiempo. Nadie lo sabe.

¿De dónde proce el Tiempo? ¿Habrá algún universo sin tiempo? ¿Hay más de una dimensión temporal que, como nos pasa con las de espacio, no podemos observar? ¿Es, en verdad, relativo el Tiempo, o, por el contrario fluye de la misma manera para todos? ¿Cómo puede ser que, mediante la velocidad podamos “frenar” el transcurso del Tiempo? ¿Será posible algún día viajar en el Tiempo? ¿Cómo será -si lo hay- el cuanto de tiempo? ¿Es el Tiempo, en realidad, un ingrediente fundamental en la construcción del Cosmos? ¿Es la presencia del Tiempo -si es que está- ineludible en un universo como el nuestro? ¿El Tiempo y el Espacio, son gemelos nacidos en el mismo instante y que, desde entonces, caminan juntos y se llaman espaciotiempo?

Claro que, tal como lo concebimos notros, el Tiempo no deja de fluir y, eso llevó a decir a un buen amigo nuestro lo siguiente:

“Dentro de miles de millones de años a partir de ahora, habrá un último día perfecto en la Tierra… Las capas de hielo Ártica y Antártica se fundirán, inundando las costas del mundo. Las altas temperaturas oceánicas liberarán más vapor de agua al aire, incrementando la nubosidad y escondiendo a la Tierra de la luz solar retrasando el final. Pero la evolución solar es inexorable.  Finalmente los océanos hervirán, la atmósfera se evaporará en el espacio y nuestro planeta será destruido por una catástrofe de proporciones que ni podemos imaginar.” Así se expresaba Carl Sagan al pensar en el futuro de nuestra Tierra cuando el Sol, agotado su combustible nuclear, llegara a su final

Marte (planeta)

Se quedaría la Tierra, entonces, como ahora podemos ver a nuestro planeta hermano, Marte, sin atmósfera y estéril, en ausencia de acéanos

Es bueno para el ser humano que sepa el por qué de las cosas, que se interese por lo que ocurre a su alrededor, por su planeta que le acoge, por el lugar que ocupamos en el universo, por cómo empezó todo, cómo terminará y qué será del futuro de nuestra civilización y de la Humanidad en este universo que, como todo, algún día lejano del futuro el tiempo inexorable, llevará al final de sus días.

El fin del universo es irreversible, de ello hemos dejado amplio testimonio a lo largo de muchos trabajos, su final estará determinado por la Densidad Crítica, la cantidad de materia que contenga nuestro universo que será la que lo clasifique como universo plano, universo abierto, o universo cerrado. En cada uno de estos modelos de universos, el final será distinto…,  claro que para nosotros, la Humanidad, será indiferente el  modelo que pueda resultar; en ninguno de ellos podríamos sobrevivir cuando llegara ese momento límite del fin. La congelación y el frío del cero absoluto o la calcinación del fuego final a miles de millones de grados, acabarán con nosotros, si para entonces, estuviéramos aún por aquú (que no es probable).

Para evitar eso se está trabajando desde hace décadas. Se buscan formas de superar dificultades que nos hacen presas fáciles de los elementos. La naturaleza indomable, sus leyes y sus fuerzas, hoy por hoy son barreras insuperables, para poder hacerlo, necesitamos saber.

El Sol, cuando llegue su final, será una gigante roja y se tragará la Tierra.Mucho antes de que eso llegue, los océanos y mares se evaporarán y, la vida, desaparecerá de este hermoso planeta que habrá cumplido con creces su función de mantener y permitir evolucionar a una serie de seres de distintas especies. Lo que pase después, si es que seguimos aquí, será cosa de nosotros.

                        Estamos irremisiblemente llamamos a evolucionar, ese es, nuestro destino y, creer que estamos solos…Es un enorme error. de todo eso hablamos un día unos amigos alrededor de una hoguera pero, no se llegó a ningún acuerdo y, cada cual, tenía su propia versión. ¡Así somos!

El saber nos dará soluciones para conseguir más energías, viajar más rápido y con menos riesgos, vivir mejor y más tiempo, superar barreras hoy impensables como las del límite de Planck, la barrera de la luz (para poder viajar a las estrellas) y el saber también posibilitará, algún día, que nuestras generaciones futuras puedan colonizar otros mundos en sistemas solares de estrellas lejanas, viajar a otras galaxias, viajar a otro tiempo y, finalmente, viajar para escapar del destino final del universo…  a otros universos.

Sí, lo sé, algunos de los que esto puedan leer pensarán que estoy fantaseando, pero la verdad es que no he hablado con más seriedad en mi vida, ya que, si no fuera como estoy diciendo, entonces, ¿para qué tantas calamidades, desvelos y sufrimientos? ¿qué sentido tendría nuestra presencia aquí? Creo que la Humanidad tiene que cumplir su destino, primero en las estrellas lejanas, en otros mundos dentro y fuera de nuestra galaxia, y después…, ¿quién sabe?

Claro que, a todo esto, debemos contar con eso que denominamos TIEMPO.

Nos referimos al tiempo en múltiples ocasiones y para distintas situaciones y motivos, como al referirnos a la duración de las cosas sujetas a cambios, época durante la cual ocurrieron unos hechos, edad de los objetos, estación del año, el período de vida de alguien desde que crece hasta que deja de existir, ocasión o coyuntura de hacer algo, cada uno de los actos sucesivos en que dividimos la ejecución de un trabajo, y otros mil temas que requieren la referencia temporal.

gravedad

Como se puede ver, el objeto pesado o masivo colocado en el centro de la superficie elástica, se ha hundido a consecuencia del peso y ha provocado una distorsión que cambia completamente la medida original del diámetro de esa circunferencia que, al ser hundida por el peso, se agranda en función de éste. De la misma manera, nuestras mentes se agrandan a medida que van recibiendo más y más información, y, de esa manera, podremos llegar a comprender, lo que el Universo es.

Hipernova

 

Esta Hipernova es también la consecuencia del paso del Tiempo

 

En física, el tiempo es la cuarta coordenada espacial en el continuo espacio-tiempo. En gramática es la categoría que indica el momento relativo en que se realiza o sucede la acción del verbo: pretérito, lo que ha sucedido; presente, lo que sucede en ese momento y futuro, lo que aún no ha sucedido. Nos referimos al tiempo meteorológico para explicar el estado del clima (hace mal tiempo; qué tiempo más bueno hace hoy, etc). En mecánica, el tiempo puede estar referido a las fases de un motor. También están los tiempos referidos a cada una de las partes de igual duración en que se divide el compás musical. En astronomía nos referimos al tiempo de aberración en relación al recorrido de un planeta hasta llegar a un observador terrestre. El tiempo está también en la forma de cálculo horario que empleamos en nuestra vida cotidiana para controlar nuestros actos y evitar el caos (¿qué haríamos sin horario de trenes, de comercio, bancos, oficinas, etc?).

Ahora dedicamos nuestro tiempo a bucear en… ¡Los Oceanos de Higgs!

 

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El tiempo pasa y en el LHC no aparece el Bosón de Higgs. Ahora comenzarán a utilizar 8 TeV con la esperanza de que, antes de final de este año, puedan aparecer, no ya el Bosón de Higgs, sino algunos objetos más como partículas simétricas y exóticas, la sombre de la materia oscura, o, incluso, indicios de fluctuaciones de vacío que nos hablen de esas energías “invisibles” que están más allá de nuestros dominios.

Mucho es lo que se habla de los océanos de Higgs que dicen permear todo el espacio, pero la energía potencial tomada del campo de Higgs difiere en varios aspectos de la acción de los campos familiares. La masa tomada de Higgs es en realidad masa en reposo. De hecho, en la que quizá sea la versión más apasionante de la teoría del campo de Higgs, éste genera toda la masa en reposo.  Otra diferencia es que la cantidad de masa que se traga del campo es distinta para las distintas partículas.

 

 

 

¿Qué hace?   ¿estará buscando el Bosón de Higgs?

 

Los teóricos dicen que las masas de las partículas de nuestro modelo estándar miden con qué intensidad se acoplan éstas al campo de Higgs.  La influencia de Higgs en las masas de los quarks y de los leptones, nos recuerda el descubrimiento por P. Zeeman, en 1.896, de la división de los niveles de energía de un electrón cuando se aplica un campo magnético al átomo.  El campo (que representa metafóricamente el papel de Higgs) rompe la simetría del espacio de la que el electrón disfrutaba.

Hasta ahora no tenemos ni idea de que reglas controlan los incrementos de masa generados por el Higgs (de ahí la expectación creada por el nuevo acelerador de partículas LHC). Pero el problema es irritante: ¿por qué sólo esas masas –Las masas de los W+, W-, y Zº, y el up, el down, el encanto, el extraño, el top y el bottom, así como los leptones – que no forman ningún patrón obvio?

 

 

 

 

 

 

Las masas van de la del electrón 0’0005 GeV, a la del top, mayor que 91 GeV.  Deberíamos recordar que esta extraña idea (el Higgs) se empleó con mucho éxito para formular la teoría electro débil (Weinberg-Salam).  Allí se propuso el campo de Higgs como una forma de ocultar la unidad de las fuerzas electromagnéticas y débiles.  En la unidad hay cuatro partículas mensajeras sin masa  los W+, W-, Zº y fotón que llevan la fuerza electro-débil.  Además está el campo de Higgs, y, rápidamente, los W y Z chupan la esencia de Higgs y se hacen pesados; el fotón permanece intacto. La fuerza electrodébil se fragmenta en la débil (débil porque los mensajeros son muy gordos) y la electromagnética, cuyas propiedades determina el fotón, carente de masa.  La simetría se rompe espontáneamente, dicen los teóricos.  Prefiero la descripción según la cual el Higgs oculta la simetría con su poder dador de masa.

Las masas de los W y el Z se predijeron con éxito a partir de los parámetros de la teoría electro débil. Y las relajadas sonrisas de los físicos teóricos nos recuerdan que Gerard  ´t Hooft y Veltman dejaron sentado que la teoría entera esta libre de infinitos.

 

 

 

foto

Hasta hace algunas decenas de años, se consideraba que el espacio entre las estrellas estaba completamente vacío. Las observaciones ópticas y radioastronómicas han demostrado, en cambio, que éste está lleno de materia interestelar formada predominantemente por hidrógeno mezclado con minúsculas partículas sólidas, llamadas genéricamente polvo interestelar.

Todos los intentos y los esfuerzos por hallar una pista del cuál era el origen de la masa fallaron.  Feynman escribió su famosa pregunta: “¿Por qué pesa el muón?”.  Ahora, por lo menos, tenemos una respuesta parcial, en absoluto completa.  Una vez potente y segura nos dice: “! Higgs ¡” Durante más de 60 años los físicos experimentadores se rompieron la cabeza con el origen de la masa, y ahora el campo Higgs presenta el problema en un contexto nuevo; no se trata sólo del muón. Proporciona, por lo menos, una fuente común para todas las masas. La nueva pregunta feynmariana podría ser: ¿Cómo determina el campo de Higgs la secuencia de masas, aparentemente sin patrón, que da a las partículas de la materia?

 

 

 

 

 

 

Siempre nos hemos preguntado de dónde vino la materia. Hemos llegado a comprender que toda la materia está hecha y es energía concentrada. Con el paso del tiempo pudimos desmenuzar sus componentes y llegamos a ser conscientes de que toda la masa del Universo está conformada a partir de minúsculos objetos que llamamos partículas. Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas.

La variación de la masa con el estado de movimiento, el cambio de masa con la configuración del sistema y el que algunas partículas (el fotón seguramente y los neutrinos posiblemente) tengan masa en reposo nula son tres hechos que ponen entre dicho que el concepto de masa sea una tributo fundamental de la materia.  Habrá que recordar aquel cálculo de la masa que daba infinito y nunca pudimos resolver; los físicos sólo se deshicieron de él “renormalizándolo”, ese truco matemático que emplean cuando no saben hacerlo bien.

Ese es el problema de trasfondo con el que tenemos que encarar el problema de los quarks, los leptones y los vehículos de las fuerzas, que se diferencian por sus masas.  Hace que la historia de Higgs se tenga en pie: la masa no es una propiedad intrínseca de las partículas, sino una propiedad adquirida por la interacción de las partículas y su entorno, y, según mi amigo Ramón Márquez, las partículas toman su masa debido al efecto frenado.

 

 

 

     Lo cierto es que, el Tiempo, se nos escapa de entre los dedos de las manos, no podemos retenerlo
Estaría bien que alguna vez, alguien nos pudiera explicar lo que el tiempo es, o, si por el contrario no es otra cosa que, un copcepto, una abstracción humana inventada para poder manejar nuestras vidas cotidianas y medir, de esa manera, el transcurrir…¿del tiempo?

El tiempo es tan importante en nuestras vidas que está presente siempre, de mil formas diferentes, desde que nacemos (cuando comienza “nuestro tiempo”), hasta que morimos (cuando “nuestro tiempo ha terminado”). El tiempo siempre está. Es algo que, simplemente, está ahí.

San Agustín decía saber lo que era el Tiempo pero, explicarlo…n0

Sin embargo, a pesar de lo importante que es el TIEMPO, no he podido leer nunca una explicación satisfactoria sobre el mismo; una explicación que lo defina con sencillez y claridad sin restarle la importancia que tiene para todos y lo que en realidad es dentro del contexto – no ya de nuestras vidas, simples e insignificantes puntos en la inmensidad del universo – de la naturaleza cósmica de la que formamos parte.

Como nos ocurre con tantas otras cosas y conceptos, debemos saber, de una vez por todas qué es, en realidad el Tiempo. Creo que cuando sepamos comprender lo que el Tiempo es, la Humanidad habrá dado un paso tan importante en su caminar por el Mundo que, a partir de ese momento, lo podremos “ver” todo de otra manera, con otra perspectiva más amplia y que nos permitirá “ver” más lejos en la comprensión del Universo Universo mismo.

¡El Tiempo! Qué dolor de cabeza.

emilio silvera

El Universo…Los pensamientos

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo y los pensamientos    ~    Comentarios Comments (2)

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                          ¡La Velocidad de la Luz! ¡Las distancias del Universo! ¡Nuestras limitaciones!

File:Sun to Earth.JPG

                                 La luz del Sol tarda aproximadamente 8 minutos 19 segundos en llegar a la Tierra.

                                                Viajar al centro de la Galaxia nos llevaría más de 80.000 años.

Ahí tenemos la imposibilidad física de viajar a otros mundos lejanos y no digamos a otras Galaxias.  Las velocidades que pueden alcanzar en la actualidad nuestros ingenios espaciales no llega ni a 70.000 km/h  ¿Cuánto tardarían en recorrer los 21.759.840.000.000.000.000 km que nos separa de Andrómeda?

Incluso el desplazarnos hasta la estrella más cercana, Alfa Centauri, resulta una tarea impensable si tenemos encuentra que la distancia que nos separa es de 4’3 años-luz y un año-luz=9.460.800.000.000 km. Hasta que no se busque la manera de esquivar la barrera de la velocidad de la luz, los viajes a otros mundos están algo complicados para nosotros.

Ahora, algunas cosas nos parecen imposibles pero, en el futuro podremos hacer realidad nuestros pensamientos más imaginativos. El imposible, en realidad no existe. Todo está a nuestro alcance y, nuestras mentes, podrán solucionar todos y cada uno de los impedimentos que hoy no sabemos vencer. Creo firmemente que el Universo, quiere ser visitado y desea presumir ante nosotros de todas sus maravillas.

Para conseguir eso, la única ventaja a nuestro favor: ¡EL TIEMPO!  Tenemos mucho, mucho tiempo por delante para conseguir descifrar los secretos del Hiperespacio que nos mostraría otros caminos para desplazarnos por las estrellas que, en definitiva, será el destino de la Humanidad. Todo ello, claro está, si antes no es la misma humanidad la que lo fastidia todo.  El mirar hacia atrás y comprobar comportamientos anteriores, en verdad no resulta muy alentador, el proceso de Humanización aún está muy crudo y con suma facilidad sacamos fuera el animal que llevamos dentro de nosotros. Son embargo, ahí está ese atisbo de esperanza que debiera ser suficiente.

Así resulta ser la Humanidad.

Claro que, la Naturaleza es sabia y para poder luchar contra la entropía destructora y poder generar entropía negativa, nos trajo a la mujer, un ser mucho más fuerte que nosotros los hombres, dotada de unas condiciones mágicas que hace posible lo imposible… ¡Reproducirnos y -de alguna manera-,  ser inmortales! Ese es el enorme poder que tenemos para evitar que el paso del tiempo nos destruya.

HERENCIA

 

Todas las personas presentamos unas características comunes que nos definen como seres humanos. Sin embargo, no hay dos seres humanos exactamente iguales. La diversidad no es sólo física, también lo es de pensamiento de ideas y de sentimientos.

La humanidad, es en realidad, algo muy complejo y difícil de entender.  Sabemos que en el Universo existen cientos de miles de millones y trillones de protones y electrones o 10-5 átomos por c/cm3 de espacio, todos, absolutamente todos los protones, son exactamente iguales.  Con los electrones pasa igual y lo mismo con los átomos, son exactos, copias los unos de los otros, la misma masa, la misma carga y las mismas propiedades, no podríamos encontrar un electrón distinto a otro.  Sin embargo, referido a nosotros, los individuos que componemos toda la Humanidad, varios miles de millones,  resulta que, ni siquiera uno es exactamente igual a otro.  Cada uno es diferente a los demás y tiene sus propias características particulares que lo hace distinto.

                                      Somos capaces de lo mejor…y, también de lo peor

Ahí precisamente reside la grandeza y también la dificultad.  La grandeza que da la variedad y el enorme abanico que posibilidades de mentes distintas empeñadas en resolver un problema que se estudia bajo miles de millones de puntos de vista, con lo cuál, es más fácil que, finalmente, aparezca la solución.  La dificultad que esa misma variedad genera entre seres que al ser diferentes, también tienen criterios distintos y distintas maneras de ver las cosas y nos pueden llevar a la solución.

Nuestras mentes, han evolucionado y, pasando el tiempo y observando la Naturaleza que nos rodea, hemos llegado a pesar en cómo habrían sido las cosas, como se formó todo y cómo pudimos llegar hasta aquí y, para ello, construímos un Modelo.

Hablaremos ahora del Big Bang, esa teoría aceptada por todos y que nos dice como se formó nuestro Universo y comenzó su evolución hasta ser como ahora lo conocemos. De acuerdo a esta teoría, el Universo se originó a partir de un estado inicial de alta temperatura y densidad, y desde entonces ha estado siempre expandiéndose. La teoría de la relatividad General predice la existencia de una singularidad en el comienzo, cuando la temperatura y la densidad eran infinitas.

La mayoría de los cosmólogos interpretan esta singularidad como una indicación de que la relatividad general de Einstein deja de ser válida en el Universo muy primitivo (no existía materia), y el comienzo mismo debe ser estudiado utilizando una teoría de cosmología cuántica.

Con nuestro conocimiento actual de física de partículas de altas energías, podemos hacer avanzar el reloj hacia atrás a través de la teoría leptónica* y la era hadrónica* hasta una millonésima de segundo después del Big Bang, cuando la temperatura era de 1013K. Utilizando una teoría más especulativa, los cosmólogos han intentado llevar el modelo hasta 1035 s  después de la singularidad, cuando la temperatura era de 1028K.  Esa infinitesimal escala de longitud es conocida como límite de Planck: Lp= √(Gђ/c3) =10-35 m que en la Ley de radiación de Planck, es distribuida la energía radiada por un cuerpo negro mediante pequeños paquetes discretos llamados cuanto, en vez de una emisión continua.  A éstas distancias, la Gravedad está ausente para dejar actuar a la mecánica cuántica.

La teoría del Big Bang es capaz de explicar la expansión del Universo; la existencia de una radiación de fondo cósmica, y la abundancia de núcleos ligeros como el helio, el helio-3, el deuterio y el litio-7, cuya formación se predice que ocurrió alrededor de un segundo después del Big Bang, cuando la temperatura reinante era de 1010 K.

La radiación de fondo cósmica proporciona la evidencia más directa de que el Universo atravesó por una fase caliente y densa.  En la teoría del Big Bang, la radiación de fondo es explicada por el hecho de que, durante el primer millón de años más o menos (es decir, antes del desacoplo de la materia y la radiación y, por tanto, en equilibrio término con ella.  Esta fase es habitualmente denominada “bola de fuego primordial”.)

Cuando el Universo se expandió y se enfrió a 3000 K se volvió transparente a la radiación, que es la que observamos en la actualidad, mucho más fría y diluida, como radiación térmica de microondas.  El descubrimiento del fondo de microondas en 1.956 puso fin a una larga batalla entre el Big Bang y su rival la teoría del Universo estacionario de P. Hoyle y otros, que no podía explicar la forma de cuerpo negro del fondo de microondas.  Es irónico que, el termino Big Bang, tuvo inicialmente un sentido burlesco y fue acuñado por Hoyle, contrario a la teoría del Universo inflacionario y defensor del estacionario.

Cronología del Big Bang
Era Duración Temperatura
Era de Planck de 0 a 10-43 seg. a 10-34 K
Era de radiación de 10-43 a 30.000 años desde 10-34 a 104 K
Era de la materia de 30.000 años al presente (13.500.000.000 años). desde 104 a 3 K actual

Para fijar más claramente los hechos se debe extender la explicación evolutiva del Universo en las fases principales que son: Era: de la materia, hadrónica y leptónica.

ERAS EN EL PROCESO DEL BIG BANG

De la radiación

Período entre 10-43 s (la era de Planck) y 300.000 años después del Big Bang.  Durante este periodo, la expansión del Universo estaba dominada por los efectos de la radiación o de las partículas rápidas (a altas energías todas las partículas se comportan como la radiación).  De hecho, la era leptónica y la era hadrónica son ambas subdivisiones de la era de radiación. La era de radiación fue seguida por la era de la materia que antes se reseña, durante la cual los partículas lentas dominaron la expansión del Universo.

Era Hadrónica

Corto periodo de tiempo entre 10-6 s y 10-5 s después del Big Bang en el que se formaron las partículas atómicas pesadas, como protones, neutrones, piones y kaones entre otras.  Antes del comienzo de la era hadrónica, los quarks se comportaban como partículas libres.  El proceso por el que se formaron los quarks se denomina transición de fase quark-hadrón.  Al final de la era hadrónica, todas las demás especies hadrónicas habían decaído o se habían desintegrado, dejando sólo protones o neutrones.  Inmediatamente después de esto el Universo entró en la era leptónica.

Era Leptónica

Intervalo, que comenzó unos 10-5 s después del Big Bang, en el que diversos tipos de leptones eran la principal contribución a la densidad del Universo.  Se crearon pares de leptones y antileptones en gran número en el Universo primitivo, pero, a medida que el Universo se enfrió, la mayor parte de las especies leptónicas fueron aniquiladas.  La era leptónica se entremezcla con la hadrónica y ambas, como ya dije antes, son subdivisiones de la era de la radiación.  El final de la era leptónica se considera normalmente que ocurrió cuando se aniquilaron la mayor parte de los pares electrón-positrón, a una temperatura de 5×109 k, más o menos un segundo después del Big Bang.  Después, los leptones se unieron a los hadrónes para formar átomo.

Así se formó nuestro Universo, a partir de una singularidad que explotó expandiendo toda la densidad y energía a unas temperaturas terroríficas y, a partir de ese mismo instante y el espacio junto con la materia que, finalmente desembocó en lo que ahora conocemos como Universo.

El Universo es el conjunto de todo lo que existe, incluyendo (como he dicho) el espacio, el tiempo y la materia.  El estudio del Universo se conoce como cosmología.  Los cosmólogos distinguen al Universo con “U” mayúscula, significando el cosmos y su contenido, y el universo con “u” minúscula, que es normalmente un modelo matemático deducido de alguna teoría física como por ejemplo, el universo de Friedman o el Universo de Einstein-de Sitter.  El Universo real está constituido en su mayoría de espacios que aparentemente están vacíos, existiendo materia concentrada en galaxias formadas por estrellas, planetas, gases y otros objetos cosmológicos.

El Universo se está expandiendo, de manera que el espacio entre las galaxias está aumentando gradualmente, provocando un desplazamiento al rojo cosmológico en la luz procedente de los objetos distantes. Existe evidencia creciente de que el espacio puede estar lleno de una materia oscura invisible que puede constituir muchas veces la masa total de las Galaxias visible. Ya hablamos de ello en comentarios anteriores.

Como ya quedó claro antes, el concepto más favorecido de origen del Universo es la teoría del Big Bang, de acuerdo con la cual el Universo se creó a partir de una densa y caliente concentración enorme de materia (una singularidad) en una bola de fuego que explotó y se expandió para crear el espacio, el tiempo y toda la materia que lo conforma. Y, al principio, se dice que sólo había una sola fuerza fundamental que, al enfriarse el Universo primitivo, se dividió en las cuatro que ahora conocemos. Todo ello, ocurrió, según los datos de que se disponen, hace ahora aproximadamente 15.000 millones de años o 15 eones (109).

El Universo se formó y apareció el tiempo, el espacio (espaciotiempo), y, la Materia.  Es lo que dice la teoría que antes hemos descrito.  Sin embargo, hay muchas cuestiones que, por lo menos a mí, no han quedado claras y me llevan a preguntas tales como:

¿Cuántas partículas hay en el Universo?

¿De donde vino la sustancia del Universo?

¿Qué hay más allá del borde del Universo?

En realidad, no existen respuestas concretas para estas preguntas, porque para empezar no sabemos como es de grande el Universo.  Sin embargo, si podemos hacer algunas hipótesis. De estas hipótesis han nacido los modelos cosmológicos que ahora nos guian y que pudieron ser construidos de manera firme, a partir de la Teoría de la Relatividad General de Einstein.

emilio silvera.

 

¿Cuándo comprenderemos?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en ¡Los pensamientos!    ~    Comentarios Comments (4)

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La Ciencia nos indica la manera de crear nuevos caminos que nos lleven hacia esa armonía que buscamos

Desde que Einstein en 1.905 nos dijo que el Tiempo no es un reloj universal que marcha al mismo ritmo para todos, y que un gemelo que parte en un viaje al espacio a gran velocidad no envejerá tanto como el otro que se queda en casa, nada ha sido lo mismo. Esa paradoja la  entendemos y nos parece escandalosamente increíble, y pese a todo es correcta. Cosas así despiertan la imaginación de las personas curiosas que, de alguna manera, despiertan a otra realidad y constatan que sus conceptos del “mundo” estaban equivocados.

Estar equivocados nos sorprende y, al mismo tiempo, nos enseña algo sobre nosotros mismos. No solo hay cosas que no sabemos, sino que las cosas que creemos saber pueden no ser ciertas. Como nos dice la filosofía, nada es como se ve a primera vista, todo depende bajo el punto de vista desde el que miremos las cosas y, si es el correcto, estaremos en esa verdad que incansables buscamos.

No resulta nada fácil descubrir los caminos por los que deambula la Naturaleza y las razones que ésta tiene para recorrerlosa de la manera que lo hace y no de otra. Una cosa es cierta, la Naturaleza siempre trata de conseguir sus fines con el menor esfuerzo posible y, cuestiones que nos parece muy complicadas, cuando profundizamos en ellas como la ciencia nos exige, llegan a parecernos más sencillas y comprensibles. Todas las respuestas están ahí, en la Naturaleza.

¿Cuáles son los conocimientos que pueden paliar el dolor?

Alguna vez me he preguntado si el conocimiento nos puede traer la felicidad y, la respuesta no es nada sencilla. Muchas veces he podido sentir cómo al adquirir un nuevo conocimiento he sentido dolor por comprender lo que hay detrás de ese conocimiento. Otras veces, el dolor lo he sentido al ver a tantas criaturas faltas de conocimiento, no le dieron ninguna oportunidad. ¿Otra paradoja? ¿Como se puede sentir lo mismo, en este caso dolor, por una cosa y la contraria? ¡Qué compleja es nuestra mente!

Algún pensador ha dicho:

“La paradoja de nuestro tiempo en la historia es que  tenemos edificios más altos pero temperamentos más cortos,  autopistas más anchas, pero puntos de vista más estrechos.  Gastamos más pero tenemos menos, compramos más, pero gozamos menos.  Tenemos casas más grandes y familias más pequeñas, más conveniencias, pero menos tiempo.  Tenemos más grados y títulos pero menos sentido,  más conocimiento, pero menos juicio,  más expertos, sin embargo más problemas,  más medicina, pero menos . “

¿No será que no hemos aprendido a determinar lo que realmente tiene algún valor?


Bueno, para no variar comencé un viaje hacia el “universo de Einstein” y llegué a un extraño mundo que no estaba en el mapa de mis pensamientos primeros, así que regreso sobre mis pasos y retomo el sendero que dejé para continuar comentándoles a ustedes algunas cuestiones.

Como algunos recordaréis, Albert Einstein fue escogido por la Revista Time (el nombre resulta irónico en ese caso concreto) como la personalidad del siglo XX. Precisamente comenzó ese siglo de manera impresionante en su año milagroso de 1.905. En ese año, inspirado en el trabajo de Planck del cuanto y yendo un poco más allá, dio la demostración estadística de la naturaleza atómica de la materia y, con su explicación de los fotones que inciden en superficies metálicas, que le valió el Nobel de Física , ayudó a poner en marcha la revolución cuántica con la que nunca se sintió cómodo. Claro que, no fue aquello lo que le llevó a la popularidad. La fama de Einstein le vino de la mano de la “relatividad”, la teoría de la estructura del espacio-tiempo, la geometría del Universo.

El espacio-tiempo de Einstein situó al ser humano en lugar más cercano al Universo.  Le hizo comprender que era una parte de la Naturaleza,  la que piensa. Y, pensando, llegamos a saber lo que el espacio-tiempo es, que los átomos son demasiado pequeños, los fotones demasiados y que, en realidad, no podemos tener opiniones firmes sobre estas cosas. Cuando recibimos noticias sobre ellas, las aceptamos como parte del progreso periódico y metódico de la ciencia. La materia está hecha (de tipos de) unidades indivisibles; la luz tiene una naturaleza de onda y partícula a la vez. Quien no es científico no tiene pruebas para contradecir el primer enunciado y ninguna comprensión clara sobre lo que se entiende sobre el segundo. Pero en 1.905 Einstein nos dijo también que el Tiempo es distitno para cada uno de nosotros dependiendo de un ritmo que lo hace relativo.

La relatividad, o la física del espaciotiempo, con su aura de los agujeros negros y un universo en expansiòn, capta nuestra atención porque es la materia de la vida diaria – espacio y tiempo- hecha exótica, como si el Asesor Fiscal consujera un Ferrari vestido con una túnica indonesia. Esto explica (de alguna mnanera) la constancia y fijación, la constante fascinación  que ejerce sobre los legos con algunos conocimientos científicos.

También explica la importancia de la relatividad para aquellos con demasiada poca paciencia y quizá demasiado autoconfianza. Cualquier físico relativista ha pasado por la experiencia de recibir, varias veces al año, una nueva teoría de la relatividad remitida por un pensador no-tradicional con inclinaciones técnicas que no ha “leído todos los libros” pero donde estaba equivocado Einstein.

Es curioso como otros (que sí han leído todos los libros) que trabajan cada día con los detalles finos de las matemáticas aplicadas, haciendo un trabajo honesto  y dirigiendo todos los esfuerzos a lo que podría ocurrir en una colisión de dos agujeros negros masivos, el asombro que al principio pudiera sentir con los resultados, quedan diluidos con la familiariadad del trabajo cotidiano que nos lleva a entender aquellos “asombrosos” resultados como más cercanos y menos extraño. El conocimiento aleja el asombro.

Este pequeño librito es una buena introducción a la Relatividad Especial y el ideal para consultas, escrito por Edwon Taylor y Jhon Wheeler nos lleva a dar un paseo por las intrincadas carreteras del espacio-tiempo, por la verdadera naturaleza del espacio y el tiempo que no siempre podemos llegar a comprender. El espacio y el tiempo son tan viejos (más) como el pensamiento humano. Los pensadores clásicos ya tuvieron mucho que decir sobre el tema. Algo de ello parece ahora curiosamente  ingenuo, y algo de ello sigue siendo impresionante profundo (fijaos en Zenón, ¿no os parece que ha sabido envejer de la manera más adecuada).

Claro que, las ideas modernas han necesitado miles de años para evolucionar y que encuentran su ubicación precisa en las matemáticas, el lenguaje del que finalmente, se vale la ciencia para explicar lo que las palabras no pueden. Por otra parte, es una sorpresa agradable que las claves de una discusión tan moderna de conceptos científicos incluídos en la relatividad, sean accesibles a quiénes no teniendo una formación matemática y física, asimile cuestiones algunas veces complejas pero, si se explican bien…

El libro de Taylor y Wheeler comienza con la historia de una persona que cruza un pequeño puenta que cruza un río recto y estrcho que corre por un paisaje llano. Aquella persona mira directamente río arriba y quiere dar una descripción cuantitativa de la localización de los lugares de interés, como el campanario de la Iglesia.

Podría hacerlo de muchas formas diferentes. Podría decir que el campario está a 024 metras de ella, y en una dirección a un ángulo de 30 grados a la  izquierda. Alternativamwente podría advertir que la camapa está a 800 metros “hacia delante” (en dirección río arriba) y 462 metros “a la izquierda” (lo que signiofica 462 metros a la izquierda del río. Lo que es común a ambos métodos de descripción (y a cualquier otro método) es que debe especificar dos números. Por esa razón decimos que el conjunto de localizaciones en el paisaje es un mundo bidemensional. En física se suele decir que las medidas están hechas por un “observador” y el método de localizar puntos en un “sistema de referencia” asociado al observador. Los números concretos a los que llega el observador (tales como 800 metros y 462 metros) se denominan “coordenadas” de una localización.

La existencia y la importancia de estos términos especiales sugiere correctamente que puede haber otros observadores y otros sistemas de referencia. De hecho, de esto es de lo que trata la relatividad: de relación entre medidas (es decir, coordenadas) en diferentes sistemas de referencia. Es crucial, entonces, que tengamos otro observador y que nuestros observadores discrepen en las medidas.

Provistos de una jerga bastante especial podemos ahora meter la punta del lápiz en el espaciotiempo. (Igual que las localizaciones son los lugares de un apisaje, los “sucesos” son los lugares en el espaciotiempo. Un suceso en cierto lugar u cierto tiempo. Es una posición en el tiempo tanto como en el espacio. Evidentemente el mundo de tales sucesos -el mundo que llamaremos espaciotiempo- es tetradimensional. Se necesitan tres coordenadas para especificar el “donde” de un suceso, y una coordenada para especificar el “cuando”.

En eso de que todo es relativo, acordaos de aquel Jefe de Estación que miraba pasar el tren y veía, como desde una de las ventanillas, un niño arrojaba una pelota de goma a una velocidad de 20 Km/h. El tren marchaba a 100 Km/h. Resulta que el padre del niño, sentado junto a él, llevaba una máquina que media la velocidad a la que corria la pelota y, el Jefe de Estación, pasado en el Anden, tenía otra igual que también la media. El resultado de ambas mediciones era discrepante. Al padre del niño le daba una medida de 20 Km/h, mientras que al Jede de Estación le dió una medida de 120 IKm/h. ¿cómo podía ser eso? Lo cierto es que, el padre del miño que portaba la máquina, también estaba en movimiento a 100 Km/h que la máquina no media, dado que ella, también se movía y sólo media la velocidad de la pelotita. El Jefe de Estación parado en el Anden, midió que la pelota corria hacia adelante a 120 Km/h,. es decir, la máquina había sumado los 20 Km/h con los que el niño impulso a la pelota más los 100 Km/h a los que marchaba el tren.

Así, el mismo suceso, medido por dos observadores diferentes y con sistemas de referencias diferentes, no podían dar, el mismo resultado. Claro que, ejemplos de la realltividad especial podríamos dar muchos que han sido confirmados y que, al no estar familiarizadoas con ellos, nos llevarían hacia el asombro que todo ignorante siente ante hechos incomprensibles pero, maravillosos.

La relatividad tanto especial como general, nos trajeron muchas cosas y, sobre todo, muchas promesas que no todas se han cumplido (aún). En relación a una de ellas, alguien ha pronosticó que entre 2,.010 y 2.015, un detector de ondas gravitatorias en vuelo espacial llamado LISA nos revelerá la distorsión del espaciotiempo alrededor de muchos agujeros negros masivos en el universo lejano, y cartografiará dicha distorsión con exquisito detalle  -los tres aspectos de la diostorsión:  la curvatura del espacio, la distorsión del tiempo y el torbellino del espaciotiempo alrededor del horizonte.

En nuestro Universo ocurren sucesos que no hemos sabido detectar y que, de alguna manera, nos mostrarían otra clase de Universo, es decir, el Universo sería el mismo pero, lo veríamos de otra manera. Hasta el momento el Universo que conocemos es ese que nos han posibilidado los fotones. Las ondas de luz captadas por los potentes telescopios que nos traen hasta nosotros a las más lejanas galaxias, los cúmulos y a las más bellas Nebulosas. Sin embargo, ahí fuera, ocurren otras muchas cosas que no podemos ver. ¿Qué pasará realmente con el espacio-tiempo en presencia de esas inmensas densidades de materia que viven dentro de los agujeros negros gigantes y, que pasará, cuando dos ellos chocan?

                                       Es cierto, como nos dicen los del Instituto de Astrofíca de Andalucía:

“CASI TODO LO QUE SABEMOS DEL COSMOS LO HEMOS APRENDIDO mediante el análisis de la luz que nos llega de él. Con mayor generalidad deberíamos referirnos a la observación de la radiación electromagnética, de la que la luz visible es solo una parte. Y decimos “casi todo” porque los rayos cósmicos y los neutrinos nos aportan también importantes claves. En cualquier caso, nuestro modelo del universo más allá de la Tierra es, en buena medida, una imagen tallada con herramientas electromagnéticas. Un modelo muy rico, sin duda alguna. Pero quizá, por estar esencialmente construido a partir de estas proyecciones sobre nuestros muros de luces y sombras solo electromagnéticas, podría ser también un modelo sesgado. ¿Cómo saberlo? ¿Disponemos de alguna manera independiente para evaluar, y en su caso enriquecer, este modelo de génesis electromagnética? La respuesta es sí: las denominadas ondas gravitatorias nos proporcionan lo que podemos considerar como otra luz con la que observar el cosmos, complementaria e independiente a la luz electromagnética.”

Montserrat Villar, fue la coordinadora del Año Internacional de la Astronomía en España y es investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC).

Mi amiga Montserrat, estando juntos en la celebración del Año Internacional de la Astronomía medijo: “”La auténtica revolución para el ser humano sería encontrar vida fuera de la Tierra” Y, desde luego, ese es el sueño de muchos Astrónomos y Astrofísicos que piensan en la inmensa posibilidad que existe de que, la Vida, pulule por todo el Universo. Sin embargo, son las distancias por una parte y el tiempo por la otra, las que nos ponen muros por delante que, al menos de momento, no podemos franquear.

En cuanto a las Ondas gravitacionales (OG) es una de las predicciones más importantes de la Teoría de la Relatividad General de Einstein. A nivel mundial, se está realizando un gran esfuerzo para descubrir la radiación gravitacional, ya que su detección será la prueba contundente para verificar la teoría de Einstein. El estudio de las OG se realiza desde el punto de vista teórico, numérico y experimental. Se espera que pronto tengamos algunos resultados muy fiables que vengan a confirmar (como ya pasó con otros aspectos de la teoría) que lo que nos dicen las ecuaciones de campo de la relatividad general, es un fiel reflejo de lo que el Universo es.

onda gravitacional

Una onda gravitacional es una pequeña fluctuación en la curvatura de la tela del espacio-tiempo, la cual se propaga en forma de ola, viajando hacia a fuera a partir de un objeto o un sistema de objetos en movimiento. Fue predicha por Einstein, y su estudio podría contestar el gran interrogante sobre cuál es la naturaleza de la gravedad. Aunque la radiación gravitacional no ha sido medida directamente, su existencia se ha demostrado indirectamente, y se piensa que podría estar ligada a violentos fenómenos cósmicos. Una sofisticada antena interferométrica espacial llamada LISA, que será puesta en órbita en la próxima década, se dedicará a detectar y analizar las ondas gravitacionales.

                  ¿Qué son las ondas gravitacionales?

Una onda gravitacional es una pequeña fluctuación en la curvatura de la tela del espacio-tiempo, la cual se propaga en forma de ola, viajando hacia a fuera a partir de un objeto o un sistema de objetos en movimiento. Fue predicha por Einstein, y su estudio podría contestar el gran interrogante sobre cuál es la naturaleza de la gravedad. Aunque la radiación gravitacional no ha sido medida directamente, su existencia se ha demostrado indirectamente, y se piensa que podría estar ligada a violentos fenómenos cósmicos. Una sofisticada antena interferométrica espacial llamada LISA, se dedicará a detectar y analizar las ondas gravitacionales.

      ¿Qué pasa cuando chocan dos agujeros negros?

Cuando dos galaxias se unen, sus agujeros negros supermasivos (miles de millones el tamaño del sol) eventualmente tienen que interactuar, ya sea en un violento impacto directo o acercándose hacia el centro hasta tocarse uno con otro. Y es ahí donde las cosas se ponen interesantes. En vez de acercase de buena manera, las fuerzas de ambos monstruos son tan extremas que uno de ellos es pateado fuera de la galaxia recién unida a una velocidad tan tremenda que nunca puede regresar. Por su parte, el agujero que da la patada recibe una enorme cantidad de energía, que inyecta en el disco de gas y polvo que lo rodea. Y entonces este disco emite un suave resplandor de rayos X que dura miles de años. El choque de dos agujeros negros es un suceso rarísimo y, como de manera directa nunca lo hemos podido observar, aquí dejamos una referencia de lo que creemos que podría ser.

No son pocos los sucesos que están presentes en el Universo y de los que no tenemos ni idea y otros, que sabemos que están ahí pero, son también unos completos desconocidos. Es mucho lo que nos queda por andar en este inmenso campo que, no está precisamente llano y, en el largo camino de la ciencia, nos encontramos con grandes inconvenientes que sirven de freno a nuestras ánsias de saber.

           ¿Qué pasa cuando chocan dos galaxias?

 

Es muy común que las galaxias choquen e interactúen unas con otras. De hecho, se cree que las colisiones y uniones entre galaxias son uno de los principales procesos en su evolución. La mayoría de las galaxias han interactuado desde que se formaron. Y lo interesante es que en esas colisiones no hay choques entre estrellas. La razón es que el tamaño de las estrellas es muy pequeño comparado con la distancia entre ellas. En cambio, el gas y el polvo sí interactúan de tal manera que incluso llegan a modificar la forma de la galaxia. La fricción entre el gas y las galaxias que chocan produce ondas de choque que pueden a su vez iniciar la formación de estrellas en una región dada de la galaxia.

El texto de arriba es algo contradictorio como muchos otros que sobre el Universo podemos leer. Si resulta que el choque de galaxias es de lo más normal en el Universo (como de hecho sabemos), ¿cómo pueden decirnos más arriba que el choque de agujeros negros es muy raro, si resulta que en “casi” todas las galaxias, en sus núcleos, residen grandes agujeros negros, al colisonar éstas es lógico pensar que, sus agujeros negros, también lo hagan.

El Universo de Einstein…, al menos hasta el momento, ha resultado ser cierto y, aunque los científicos del Proyecto OPERA se empeñaran en hacer correr a los neutrinos algo más que a los fotones (el límite marcado por Einstein para la velocidad que se puede alcanzar en el Universo, es decir, la Luz, c, que en el vacío alcanza los 299.792.458 metros por segundo), lo cierto es, que todo fue un equívoco y, el fotón, sigue firme como el Peñón de Gibratar como diría Dirac.

Lo cierto es que, saber, lo que se dice saber…sabemos algo pero muy poco como para poder sacar pecho y pasear por ahí pavoneándonos de los listos que somos. Es mejor admitir nuestra gran ignorancia y, siendo conscientes de ello, luchar con más fuerza por erradicarla. ¡Ah! Pero una cosa que estamos repitiendo una y otra vez, resulta ser falsa: El saber si ocupa lugar. Lugar en el espacio (tengo la librweria a doble hilera y me cuesta encontrar lo que necesito), de tiempo, buscar información sobre los temas tratados se lleva un gran período de tiempo al tener que hacer los apartados más convenientes para el trabajo que se desea presentar y, por último, algún que otro dinero que, se nos va cuando podemos ver este o aquel nuevo libro que nos promete emociones nuevas.

Buen fin de semana

emilio silvera