miércoles, 11 de diciembre del 2019 Fecha
Ir a la página principal Ir al blog

IMPRESIÓN NO PERMITIDA - TEXTO SUJETO A DERECHOS DE AUTOR




En las fronteras de nuestro conocimiento

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (12)

RSS de la entrada Comentarios Trackback Suscribirse por correo a los comentarios

Si miramos la Historia de la Física y la Cosmología, Einstein hizo más que cualquier otro científico por crear la imagen moderna de las leyes de la Naturaleza. Desempeñó un papel principal en la creación de la perspectiva correcta sobre el carácter atómico y cuántico del mundo material a pequeña escala, demostró que la velocidad de la luz introducía una relatividad en la visión del espacio de cada observador, y encontró por sí solo la teoría de la gravedad que sustituyó la imagen clásica creada por Isaac Newton más de dos siglos antes que él. Su famosa fórmula de      E = mc2 es una fórmula milagrosa, es lo que los físicos definen como la auténtica belleza. Decir mucho con pocos signos y, desde luego, nunca ningún físico dijo tanto con tan poco. En esa reducida expresión de E = mc2, está contenido uno de los mensajes de mayor calado del universo: masa y energía, son la misma cosa.

Einstein siempre estuvo fascinado por el hecho de que algunas cosas deben parecer siempre iguales, independientemente de cómo se mueva el que las ve, como la luz en el vacío, c.

Él nos dijo el límite con que podríamos recibir información en el universo, la velocidad de c.

Él reveló todo el alcance de lo que Stoney y Planck simplemente habían supuesto: que la velocidad de la luz era una constante sobrehumana fundamental de la naturaleza. También sabía el maestro que, en el proceso de nuevas teorías, la búsqueda de la teoría final que incluyera a otras fuerzas de la naturaleza distintas de la gravedad, daría lugar a teorías nuevas y cada vez mejores que irían sustituyendo a las antiguas teorías. De hecho, él mismo la buscó durante los 30 últimos años de su vida pero, desgraciadamente, sin éxito. Ahora se ha llegado a la teoría de supercuerdas que sólo funciona en 10 y 26 dimensiones y es la teoría más prometedora para ser la candidata a esa teoría final de la que hablan los físicos.

El físico espera que las constantes de la naturaleza respondan en términos de números puros que pueda ser calculado con tanta precisión como uno quiera. En ese sentido se lo expresó Einstein a su amiga Ilse Rosenthal-Schneider, interesada en la ciencia y muy amiga de Planck y Einstein en la juventud.

Lo que Einstein explicó a su amiga por cartas es que existen algunas constantes aparentes que son debidas a nuestro hábito de medir las cosas en unidades particulares. La constante de Boltzmann es de este tipo. Es sólo un factor de conversión entre unidades de energía y temperatura, parecido a los factores de conversión entre las escalas de temperatura Fahrenheit y centígrada. Las verdaderas constantes tienen que ser números puros y no cantidades con “dimensiones”, como una velocidad, una masa o una longitud.  Las cantidades con dimensiones siempre cambian sus valores numéricos si cambiamos las unidades en las que se expresan.

La interpretación de las unidades naturales de Stoney y Planck no era en absoluto obvia para los físicos. Aparte de ocasionarles algunos quebraderos de cabeza al tener que pensar en tan reducidas unidades, y sólo a finales de la década de 1.960 el estudio renovado de la cosmología llevó a una plena comprensión de estos patrones extraños. Uno de los curiosos problemas de la Física es que tiene dos teorías hermosamente efectivas (la mecánica cuántica y la relatividad general)  pero gobiernan diferentes dominios de la naturaleza.

La mecánica cuántica domina en el micromundo de los átomos y de las partículas “elementales”. Nos enseña que en la naturaleza cualquier masa, por sólida o puntual que pueda parecer, tiene un aspecto ondulatorio. Esta onda no es como una onda de agua. Se parece más a una ola delictiva o una ola de histeria: es una onda de información. Nos indica la probabilidad de detectar una partícula. La longitud de onda de una partícula, la longitud cuántica, se hace menor cuanto mayor es la masa de esa partícula.

Por el contrario, la relatividad general era siempre necesaria cuando se trataba con situaciones donde algo viaja a la velocidad de la luz, o está muy cerca o donde la gravedad es muy intensa. Se utiliza para describir la expansión del universo o el comportamiento en situaciones extremas, como la formación de agujeros negros. Sin embargo, la gravedad es muy débil comparada con las fuerzas que unen átomos y moléculas y demasiado débil para tener cualquier efecto sobre la estructura del átomo o de partículas subatómicas, se trata con masas tan insignificantes que la incidencia gravitatoria es despreciable. Todo lo contrario que ocurre en presencia de masas considerables como planetas, estrellas y galaxias, donde la presencia de la gravitación curva el espacio y distorsiona el tiempo.

Como resultado de estas propiedades antagónicas, la teoría cuántica y la teoría relativista gobiernan reinos diferentes, muy dispares, en el universo de lo muy pequeño o en el universo de lo muy grande. Nadie ha encontrado la manera de unir, sin fisuras, estas dos teorías en una sola y nueva de Gravedad-Cuántica.

¿Cuáles son los límites de la teoría cuántica y de la teoría de la relatividad general de Einstein? Afortunadamente, hay una respuesta simple y las unidades de Planck nos dicen cuales son.

Supongamos que tomamos toda la masa del universo visible y determinamos su longitud de onda cuántica. Podemos preguntarnos en qué momento esta longitud de onda cuántica del universo visible superará su tamaño.  La respuesta es: cuando el universo sea más pequeño en tamaño que la longitud de Planck, es decir, 10-33 centímetros, más joven que el tiempo de Planck,  10-43 segundos y supere la temperatura de Planck de 1032 grados.  Las unidades de Planck marcan la frontera de aplicación de nuestras teorías actuales. Para comprender en que se parece el mundo a una escala menor que la longitud de Planck tenemos que comprender plenamente cómo se entrelaza la incertidumbre cuántica con la gravedad. Para entender lo que podría haber sucedido cerca del suceso que estamos tentados a llamar el principio del universo, o el comienzo del tiempo, tenemos que penetrar la barrera de Planck. Las constantes de la naturaleza marcan las fronteras de nuestro conocimiento existente y nos dejan al descubierto los límites de nuestras teorías.

En los intentos más recientes de crear una teoría nueva para describir la naturaleza cuántica de la gravedad ha emergido un nuevo significado para las unidades naturales de Planck. Parece que el concepto al que llamamos “información” tiene un profundo significado en el universo. Estamos habituados a vivir en lo que llamamos “la edad de la información”.  La información puede ser empaquetada en formas electrónicas, enviadas rápidamente y recibidas con más facilidad que nunca antes. Nuestra evolución en el proceso rápido y barato de la información se suele mostrar en una forma que nos permite comprobar la predicción de Gordon Moore, el fundador de Intel, llamada ley de Moore, en la que, en 1.965, advirtió que el área de un transistor se dividía por dos aproximadamente cada 12 meses. En 1.975 revisó su tiempo de reducción a la mitad hasta situarlo en 24 meses. Esta es “la ley de Moore” cada 24 meses se obtiene una circuiteria de ordenador aproximadamente el doble, que corre a velocidad doble, por el mismo precio, ya que, el coste integrado del circuito viene a ser el mismo, constante.

Los límites últimos que podemos esperar para el almacenamiento y los ritmos de procesamiento de la información están impuestos por las constantes de la naturaleza. En 1.981, el físico israelí, Jacob Bekenstein, hizo una predicción inusual que estaba inspirada en su estudio de los agujeros negros.  Calculó que hay una cantidad máxima de información que puede almacenarse dentro de cualquier volumen. Esto no debería sorprendernos. Lo que debería hacerlo es que el valor máximo está precisamente determinado por el área de la superficie que rodea al volumen, y no por el propio volumen. El número máximo de bits de información que puede almacenarse en un volumen viene dado precisamente por el cómputo de su área superficial en unidades de Planck. Supongamos que la región es esférica. Entonces su área superficial es precisamente proporcional al cuadrado de su radio, mientras que el área de Planck es proporcional a la longitud de Planck al cuadrado, 10-66 cm2.  Esto es muchísimo mayor que cualquier capacidad de almacenamiento de información producida hasta ahora. Asimismo, hay un límite último sobre el ritmo de procesamiento de información que viene impuesto por las constantes de la naturaleza.

No debemos descartar la posibilidad de que seamos capaces de utilizar las unidades de Planck-Stoney para clasificar todo el abanico de estructuras que vemos en el universo, desde el mundo de las partículas elementales hasta las más grandes estructuras astronómicas.  Este fenómeno se puede representar en un gráfico que recree la escala logarítmica de tamaño desde el átomo a las galaxias. Todas las estructuras del universo existen porque son el equilibrio de fuerzas dispares y competidoras que se detienen o compensan las unas a las otras; la atracción y la repulsión. Ese es el equilibrio de las estrellas donde la repulsión termonuclear tiende a expandirla y la atracción (contracción) de su propia masa tiende a comprimirla; así, el resultado es la estabilidad de la estrella. En el caso del planeta 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, h, c, G y mprotón.

α = 2πe2 / hc ≈ 1/137
αG = (Gmp2)2 / hc ≈ 10-38

La identificación de constantes adimensionales de la naturaleza como a (alfa) y aG, junto con los números que desempeñan el mismo papel definitorio para las fuerzas débil y fuerte de la naturaleza, nos anima a pensar por un momento en mundos diferentes del nuestro. Estos otros mundos pueden estar definidos por leyes de la naturaleza iguales a las que gobiernan el universo tal como lo conocemos, pero estarán caracterizados por diferentes valores de constantes adimensionales. Estos cambios numéricos alterarán toda la fábrica de los mundos imaginarios. Los átomos pueden tener propiedades diferentes. La gravedad puede tener un papel en el mundo a pequeña escala.  La naturaleza cuántica de la realidad puede intervenir en lugares insospechados.

Lo único que cuenta en la definición del mundo son los valores de las constantes adimensionales de la naturaleza (así lo creían Einstein y Planck).  Si se duplica el valor de todas las masas no se puede llegar a saber, porque todos los números puros definidos por las razones de cualquier par de masas son invariables.

Parece que, la Naturaleza tiene impuesta sus leyes y, por mucho que los hombres las quieran variar, en realidad, sólo podrán llegar a comprenderlas, y, sobre todo, tienen que tomar consciencia de que nuestra especie, la que conforma la Humanidad, es simplemte un producto más de esa Naturaleza que tratamos de conocer y, siendo nosotros parte de ella, nunca podremos ser objetivos.

emilio silvera



  1. Racionamiento Energético, Reconversión Económica Y Neorruralización, (Una Meditación Sobre El Caso Argentino) | Articulos, el 22 de marzo del 2010 a las 17:39

    [...] En las fronteras de nuestro conocimiento : Blog de Emilio Silvera V. [...]

  2. Comportamiento Del Consumidor | Articulos, el 22 de marzo del 2010 a las 19:12

    [...] En las fronteras de nuestro conocimiento : Blog de Emilio Silvera V. [...]

 

  1. 1
    Ramon Marquès
    el 19 de marzo del 2010 a las 22:24

    Hola amigo Emilio:
    Einstein se plantea una cuestión de la máxima profundidad, si Dios pudo hacer un mundo con unas constantes diferentes. Yo sólo puedo hablar por lo que intuyo, demostrarlo no me cabe ni intentarlo. Intuyo que sí, que el mundo del que tenemos noticias ya en su inicio pudo ser diferente, diferentes partículas, diferente velocidad máxima… Creo en la pluralidad de posibilidades incluso en este nivel fundamental.
    Amigo Emilio, un abrazo. Ramon Marquès

    Responder
    • 1.1
      emilio silvera
      el 20 de marzo del 2010 a las 14:47

      Amigo Ramón, como de costumbre es un placer leer tus comentarios y, sobre todo, tenerte por aquí.

      Un fuerte abrazo amigo

      Responder
  2. 2
    elaim
    el 20 de marzo del 2010 a las 10:46

    hola amigo emilio,queria felicitarte por tus articulos,la verdad es que contra mas leo ,mas me informo, mas sorprendido me quedo,hay cosas muy dificiles de asimilar,pero es fascinante,pienso q la realidad q conocemos la mayoria es mas bien una ilusion,y q hay una realidad mucho mas amplia q no se si nuestro celebro esta capacitado para entender(por lo menos el mio).bueno un saludo…

    Responder
    • 2.1
      emilio silvera
      el 20 de marzo del 2010 a las 12:50

      elaim, no sólo tu cerebro, también el mío y el de casi todos (quitándo algunos privilegiados -pocos-) ven el mundo con una limitación que es causa de nuestra evolución y, como bien apuntas, lo que percibimos es lo que nos dicta nuestros sentidos que, no siempre, captan la realidad del Universo y de la Natruraleza misma de las cosas y, por eso mismo, a medida que avanzamos, nos damos cuenta de que, “nuestro sentido común”, finalmente no tiene el sentido que le queremos dar, toda vez que, cuando nos sumergimos en ámbitos (por ejemplo) de la mecánica cuántica, todo comienza a fallar y, lo que allí podemos vislumbrar es algo que no cuadra con las ideas preconcebidas de nuestras vidas cotidianas.

      El Universo, la Naturaleza son tan complejos que, nuestras mentes tendrán que evolucionar mucho hacia el futuro para que, algún día, medio podamos llegar a comprenderlos.

      Un saludo amigo.

      Responder
  3. 3
    emilio silvera
    el 20 de marzo del 2010 a las 13:00

    Elaim, no te preocupes por esas coas difíciles de asimilar, eso nos pasa a todos y, quitando a unos pocos privilegiados en el mundo (pocos), los demás sólo somos simples mortales que tenemos que esforzarnos para comprender la inmensa complejidad de la Naturaleza.

    Si estás leyendo todo lo que aquí exponemos, te darás cuenta de la dicversidad que en el Cosmos existe, y, desde luego, cuando hablamos del Universo estamos hablando de todo lo que existe: La materia y la energía, las fuerzas universales que todo lo rigen (las leyes universales), sus constanstes como la masa del protón y del electrón, la velocidad de la luz, la constante de Planck o cualesquiera otras que no varian en ninguna de las circuinstancias. Todo ello, al tratar de comprenderlo, nos lleva a saber, un poquito más de la vastedad de nuestro Universo del que, de momento, sólo podemos comporender una pequeña parte.

    Cuando los científicos hablan de la materia y la energía oscura, están dejando al descubierto su ignorancia, y, de la misma manera podríamos decir del número 137, la constante de estructura fina que, teniendo profundamente escondidops los secretos del electromagnetismo, de la relatividad general y de la mecánica cuántica, aunque son muchos los que han tratado de desvelar este secreto, nadie, hasta el momento lo consiguió.

    Asdí que, mi querido amigo, tranquilo, y, la única manera de continuar sumando a favor de la vastedad de nuestros conocimientos es acudir a sitios que, como este, nos cuenten esos secretos ya descubiertos y lo que están por descubrir que, de alguna manera, incide en la evolución de nuestro saber y sin que nos demos cuenta, cada día sabemos un poquito más para poder comprender todo aquello que ahora nos fascina y que no podemos alcanzar, ya que, nuestra estatura intelectual no llega a esas alturas,

    Un saludo cordial.

    Responder
  4. 4
    emilio silvera
    el 20 de marzo del 2010 a las 13:02

    Creí perdida mi primera respuesta y seguidamente dejé otra que, más o menos vienen a ser la misma.

    Perdonad la duplicidad.

    Responder
  5. 5
    kike
    el 20 de marzo del 2010 a las 13:35

    Una de nuestras fronteras en el conocimiento creo que viene dada por nuestra incomprensión de la física cuántica ante su comportamiento tan extraordinario, que parece sacado de una chistera de mago.

    No obstante he leido hace poco en Ciencia Kanija que unos científicos americanos están consiguiendo que un cuerpo compuesto de millones de átomos se comporte cuánticamente, a base de diversos  y complicados procedimientos.

    Si esta investigación continúa y se perfecciona, quizás lleguemos a desenmascarar y eliminar esa frontera tan grande que existe entre lo muy pequeño y el resto de la materia, lo que quizás hasta abriría las puertas para al final poder casar las cuatro fuerzas fundamentales.

    Tenía hace años un amigo que tenía un automóvil cuántico; lo digo porque cuando salía de farra, al volver a casa, desconocía donde lo había dejado y comentaba que lo mismo podía estar en una calle que en otra….;P

    Responder
    • 5.1
      emilio silvera
      el 20 de marzo del 2010 a las 14:58

      Amigo Kike, pasar contigo un rato de charla tiene que ser interesante y, desde luego, tus claras ideas sobre las cosas habrían hecho de tí un físico estupendo.

      Sobre lo que comentas del artículo de Ciencia Kanija creo que era: ” Un aislante topológico podría ayudar a probar la Teoría de Campo Cuántico. Una oscura clase de materiales podrían usarse para simular una gran cantidad de partículas exóticas predichas por los físicos, pero nunca observadas.”

      Algo escribí por allí, y, como bien dices, cada día se avanza y profundiza más en el saber del mundo. Bien cierto es que, el universo de la Mecánica cuántica se nos escapa en muchas de sus dasetas, sin embargo, algo se va captando y, con muchísimo trabajo, poco a poco, nos vamos enterando de esos enigmas que la Naturaleza, celosa ella, se esconde para no enseñarnos de golpe, toda su belleza.

      ¿Habrá algo más parecido a una mujer que la Naturaleza? NO, no lo hay, ya que, la mujer, amigo mío, es la Nauraleza misma. Por eso precisamente los hombres dicen ¡Qué raras son las mujeres! ¿Quién comprende a las mujeres? Y, éstas, como hace la Naturaleza, sigue su ritmo y cumple con lo que su “madre Naturaleza” le encargó. Reproducirse para tener hijos y luchar contra la maldita entropía.

      Un abrazo querido amigo.

      Responder
      • 5.1.1
        kike
        el 20 de marzo del 2010 a las 16:34

        Te devuelvo doblemente el abrazo Maese Emilio.

        Bien dices cuando haces un símil entre la esencia cuántica y las mujeres; creo que son lo más parecido, salvo que las mujeres son aún un poco más difíciles de entender.

        Siguiendo con el símil (que viene como anillo al dedo),  podríamos decir que los hombres pertenecemos al mundo de Newton y las mujeres al de Einstein y compañía; nuestros comportamientos y formas de pensar son generalmente completamente predecibles y deterministas; en cambio el comportamiento femenino es para nosotros inexplicable y carente de “nuestra lógica”, lo que, al igual que en la física cuántica, no quiere decir que no lo tenga. Y así como la fisica de lo grande se sustenta en la cuántica pese a mostrar un comportamiento completamente diferente, los hombres asimismo necesitamos la base de las féminas para poder desarrollar todo nuestro potencial, ya que sin ellas solemos caer en el desánimo o cosas peores.

        Decimos que el ser humano es el colmo de la naturaleza, la mejor muestra de hasta donde puede llegar en su contínuo perfeccionamiento; pero dentro del ser humano habría que aclarar que la mujer se encuentra un paso por delante de nosotros, pese a que a algunos no nos guste reconocerlo; y si hablamos de belleza y estética, apaga y vámonos.

        Otro abrazo.

        Responder
    • 5.2
      emilio silvera
      el 9 de marzo del 2011 a las 8:30

      Amigo Kike, me quedo con el coche cuántico de tu amigo, es una imagen sencilla y cierta de lo que ocurre en el mundo de las partículas en el que, nunca sabemos, a ciencia cierta, donde se encuentra el electrón.
      Es verdad que el mundo cuántico es, para nuestra manera de ver las cosas cotidianas en nuestra dimensión, algo exótico y, desde luego, nos resultan “raras” las cosas que pueden ocurrir a ese nivel infinitesimal del mundo, donde un objeto (pongamos por ejemplo, un muón) puede duplicar su masa si marcha a una velocidad cercana a c.
      Mundo exótico donde los fermiones tienen su leyes de comportamiento y los bosones también, y, sin embargo, nosotros estamos llegando, con nuestros experimentos a poder transmutar dichos comportamientos mediante técnicas nuevas que anulan principios bien establecidos.
      La verdad es que nos queda mucho por aprender y, mientras tanto, podemos ir lanzando hipótesis y teorías que, de vez en cuando, dan en el blanco y nos permiten seguir ese camino hacia el futuro.
       

      Responder

Deja un comentario



Comentario:

XHTML

Subscribe without commenting