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El “universo” de lo muy pequeño. ¡Resulta fasciante!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (10)

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                  ¿Os acordais? ¿Cuántos niños no habrán soñado con escenas estas?

Cuando hablo de lo muy pequeño, puedo llegar a entender muy bien lo que es, lo que son, “licencias literarias” el papel de nada se queja y el lápiz escribir lo que quiera y piense el que lo sostiene, según le dicte su imaginación. Claro que, cuando comparamos ese mundo de ilusiones e imaginación  con el mundo real, todo el edificio se viene abajo. ¡Lástima!

Todos los niños pequños juegan con pequeños muñecos que son soldados, guerreros o seres de otras galaxias con poderes mágicos y,ellos, en su inocente mundo sin maldad, los dirigen con sus manitas gordezuelas al desarrollo de luchas y aventuras sin fin. Jonathan Swift, nos deleitó con aquellas aventuras de Gulliver, un aventurero que llegó a las tierras de Lilliput: Allí, todo era muy pequeño, la naturaleza, las plantas, los habitantes del lugar y sus casas y palacios, embarcaciones y todos los animales.

Gulliver era allí un gigante de proporciones inmensas: Incluso llegó a extinguir un fuego con una simple chorrada (es decir, hizo pipí) y acabço de inmediato con el ( ellos) enorme fuego.

http://4umi.com/image/book/swift/gulliver-pindar-lilliput-troops.jpg

Su tamaño podía, sin dificultad alguna, decidir el resultado de una guerra entre aquellos pequeñísimos seres que, ante un gigante como él, no tenían defensa alguna y, sus armas, resultaban ridículas poder causarle algún daño. Dormido lo tucieron que coger para poder atarlo.

Durante otro viaje, las fuerzas ignotas del destino llevaron a Gulliver a un pais llamado  Brobdingnag, donde la gente y todos los seres animados e inanimados eran mucho más grandes que él. Allí era un enano, mimado por una niña pequeña llamada Glumdalclitch. Al final, Gulliver es recogido en una por un águila que lo deja caer en el mar de donde lo rescataron unos marineros a los que, al contarles esas historias, pusieron incrédulas caras de asombro.

Claro que, cuando nos trasladamos al mundo real, las cosas no suelen ser de esa manera. Poco importa lo fascinantes que las historias de este nos puedan resultar. Las cosas no funcionan de esa manera. Todos sabemos, por ejemplo que la llama de una vela pequeña y la de una vela grande, son aproximadamente del mismo tamaño. ¿De qué tamaño serían las llamas de las velas de Lilliput? Y, desde luego, si pensamos un poco, más cuestiones nos surgen: ¿Cómo serían las gotas de lluvia en Lilliput y en Brobdingnag?, ¿eran las leyes físicas para el agua diferentes allí que en nuestro propio mundo? Y, finalmente, los físicos se preguntarían: ¿De qué tamaño eran los átomos en esos lugares?, ¿qué clase de reacciones químicas podrían tener lugar con los átomos del cuerpo de Gulliver?

Claro que, con esas preguntas esas historias fallan. La verdadera razón por la que los mundos de Los Viajes de Gulliver no pueden existir es que las leyes de la Naturaleza no permanecen exactamente iguales cuando se cambian las escalas. A veces, esto es evidente en las películas de desastres, donde quizá se ha construído una maqueta a escala simular una gran ola o un rascacielos en llamas.

El ojo experto puede, sin problemas, distinguir entre la maqueta y la realidad. Los mejores resultados se obtienen cuando el factor de esacala el tiempo se elige igual a la raíz cuadrada de la escala espacial. Así, si el rascacielos de turno se construye a escala 1:9, hay que rodar la película a un 1/3 de su velocidad real. Pero incluso así, como antes señalo, el ojo entrenado distingue la diferencia entre lo que sucede en la película y lo que se observaría en el mundo real.

En resumen, las leyes que gobiernan el mundo físico tienen dos características importantes: muchas leyes de la naturaleza permanecen inalterables, no se alteran cuando cambia la escala, pero hay otros fenómenos, tales una vela encendida o las gotas de agua, que no cambian del mismo modo. La implicación final es que el mundo de los objetos muy pequeños será completamente diferente del mundo ordinario.

Justamente en el mundo de los seres vivos la escala crea importantes diferencias. En muchos aspectos, la anatomía de un ratón se podría consuiderar (más o menos y, guardando las distancias) como una copia de la de un elefante, pero mientras que un ratón puede trepar por una pared de piedra prácticamente vertical sin mucha dificultad (incluso se puede caer una altura varias veces mayor que su tamaño sin hacerse gran daño), un elefante sería incapaz de realizar tal hazaña. Así llegamosm a comprender que la Gravedad, se deja sentir en menor grado a medida que los objetos disminuyen de tamaño.

Cuando llegamos a los seres unicelulares, se ve que para ellos no hay distinción entre arriba y abajo. Para ellos, la tensión superficial del agua es mucho más importante que la fuerza de gravedad. Basta observar que la tensión superficial es la fuerza que da a una gota de agua y comparar el tamaño de esa gota con los seres unicelulares, muchísimo menores, para que sea evidente que la tensión superficial es muy importante a esta escala.

20070423121309-uk6i7lpn.jpg

La tensión superficial es una consecuencia de que todas las moléculas y los átomos se atraen unos a otros con una fuerza que nosotros llamamos fuerza de Van der Vaalls. esta fuerza tiene un alcance muy corto. ser más precisos, diremos que la intensidad de esta fuerza a una distancia r es aproximadamente proporcional a 1/r7. Esto significa  que si se reduce la distancia entre dos átomos a la mitad, la fuerza de Van der Vaalls con la que se atraen uno a otro se hace 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 128 veces más intensa. Cuando los átomos y las moléculas se acercan mucho unos a otros quedan unidos muy fuertemente a través de fuerza.

tendríamos que hablar algo de la mecánica cuántica y, en ese ámbito, las reglas de la mecánica cuántica funcionan tan bien que resultaría realmente difícil refutarlas.

Acordaos de los trucos ingeniosos descubiertos por Werner Hesinberg, Paul Dirac, o, Schrödinger que vinieron a mejorar y completar  las reglas generales. Sin embargo, algunos de aquellos pioneros (Einstein y el mismo Schrödinger), sin embargo, presentaron serias objeciones a dicha interpretación de la naturaleza de lo muy pequeño.

Podríamos formular una simple pregunta que pondría en un brete a más de uno: ¿Dónde está realmente el electrón, en el punto x o en el punto y? En pocas palabras, ¿dónde está en realidad? Si prestamos ate4nción a Bohr, no ningún sentido buscar tal realidad. Las reglas de la mecánica cuántica, por sí mismas, y las observaciones realizadas con detectores serían las únicas realidades a las que deberíamos prestar atención y de las que podemos hablar.

Muchas veces me sorprende oír a muchos “científicos” que hablan con una seguridad de lo que dicen como si, de una verdad inamovible se tratara. Ellos (en realidad) creen que saben y, no llegan a darse de que están hablando de un Modelo que ha sido construído matemáticamente hablando, para poder explicar eso que, nosotros, los humanos, creemos que es la realidad del mundo. Sin embargo, más de una vez hemos tenido que cambiar esos modelos y rectificar esa “realidad” por otra que, resultó ser “más real”.

¡Sabemos tan poco!

emilio silvera

 

  1. 1
    magointerior33
    el 27 de abril del 2014 a las 10:47

    Buenos dias,todo lo mas pequeño compone y conforma lo mas grande!!….

    Todas las (realidades) y todas las (verdades) son necesarias para conformar una mayor!!!

    Toda accion,opinion,consecuencia,desencadena el (caos) cuantico…atreves de eventos en el espacio-tiempo que nosotros llamamos (casualidades)….toda realidad toda verdad simplemente egerce una mecanica que nos lleva a la totalidad….almenos a ser mas coscientes de ello.

    Un saludo

     

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  2. 2
    Fandila
    el 27 de abril del 2014 a las 23:45

    En lo referente a la posición de una artícula como el electrón en un momento dado, el Principio de Indeterminación prohibe saber tal cosa.

                                             

    Estas partículas tan pequeñas, se mueven a velocidades fantásticas, solo igualadas o superadas, en lo que ahora sabemos, por la velocidad de la luz. Usar la luz, u onda en general (Lo único accesible)para detectarlas, es decir una onda electroagnética, supone que ésta han de interaccionar (Chocar con ellas) para luego medir sus “reflejos”. Pero la energía fotónica empleada, hace que la partícula a estudiar cambie su posición y su momento. Es imposible saber donde se halla, ni su velocidad, Ni siquiera el tiempo exacto de la medición, para los calculos.
    Eso no quiere decir que el tal elemento no esté en ningún sitio, o que esté en todos a la vez. Lo que ocurre que no tenemos medio de saberlo a ciencia cierta.
    Supongamos un trozo de metal. Sabemos que sus electrones están en él y no en otro sitio, pero si elegimos uno, cualquiera sabe donde andará. Ahora bien si estuviesen fijos  y anclados, de forma que no pudieran moverse, si que se se detectaría donde y como.  Pero eso no es posible, un electrón inmovil, por ejemplo, ni ninguna otra subpartícula, no endrían razón de ser, sino todo lo contrario.
    Es lo que ocurríría para detectar la llamada materia oscura, que solo podrá hacerse con mettodos indirectos, ya que tales componentes habrían de estar por debajo del fotón.  Si por casualidad en esas infradimensiones existiese algo parecido a pequeñísimas ondas (Lo más seguro), y casualmente y de forma indirecta se topase con ellas, tal vez se pudieran domesticar como ahora hacemos con la luz, y con suerte el efecto de indeterminación sería menos acentuado. Cualquiera sabe.
    Saludos.
     

     

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  3. 3
    Emilio Silvera
    el 28 de abril del 2014 a las 6:25

    Lo dicho, ¡estamos rodeados de misterios! Bueno, misterios es para nosotros todo lo que no sabemos y, ¡es tánto!

    En ese “universo” de lo infinitesimal, en el mundo cuántico, ocurren cosas que están lejos de nuestra cotidianidad, allí las cosas son de “otra manera”, el comportamiento de lo muy pequeño difiere del comportamiento de lo muy grande y, aunque están en el mismo mundo, parecen que estén en mundos seprados, cuando en realidad, sólo es cuestión de escalas.

    De todas las maneras ya hemos sido capaces de construir una teoría cuántica para un sistema utilizando una teoría clásica como base de partida. Ese punto de partida para conseguir ese proceso es escribir el lagrangiano o el hamiltoniano para el sistema clásico. La formulación de la teoría cuántica para un sistema puede ser desarrollado  utilizando un formalismo como el de la mecánica matricial o el de la mecánica ondulatoria. Con la aplicación de estos métodos se llega a la conclusión de que los niveles de energías de los sistemas, como los átomos, están discretizados (cuantizados) en lugar de ser continuos.

    Todo ello, nos llevó a saber de pequeñas cosas y de esas partículas infinitesimales que, como el electrón, fueron siendo descubiertas para nuestro asombro al comprobar sus propiedades increíbles de estar y no estar o de estar “aquí y allí”, o… En fín, amigo, que la mec´ñanica cuántica es, a veces, un rompecabezas cuyas piezas no acaban de encajar en nuestras mentes. Sin embargo, como todo en este universo tiene una explicación… ¡Habrñá que encontrar ésta!

    SAludos cordiales.

    Responder
  4. 4
    Fandila
    el 28 de abril del 2014 a las 9:29

    La verdad, que uno se fía de la matemática elubrantes tanto como de la elucubración mental, cuando ninguna de ellas posee datos efectivos para ciertas materias. En tal situción solo valen las extrapolaciones, y aunque esté feo en decirlo, particularmente uno se fia más de sus elucubraciones “sentimentales” y de su experiencia que de esas matemáticas enrevesadas y tan poco intuitivas.
    Lo peor de todo es que el hombre en su dimensión y en el presente adaptado al que se vincula, todo lo interpreta como único sujeto, como el ombligo de todo, y creemos que no hay más realidad que, de una forma u otra, a nosotros afecta. Pero no tiene por qué.
    No tiene sentido afirmar las caracteristicas de algo que no se conoce fisicamente y de lo que prácticamente no se poseen datos. En eso juega un factor desfavorable y muy concreto la duda de si la velocidad del fotón es la mayor que existe, porque es así es nuestra incapacidad para ver más allá de lo que nestros  “ojos” pueden percibir. Y las ondas. Hasta donde llegan las ondas, en que dimensiones pueden y cuales sean sus parámetros. Todo son ondas, como suele decirse, pero también algo más.
    Hay un artículo en Internet en que Richard Feyman, y su autoridad ciencifica bien lo avalan, en el que se “explaya” de esta manera:
     
    c variable en la teoría cuántica
    Artículo principal: Superlumínico
    Véase también: Efecto Scharnhorst
    En la teoría cuántica de campos la Relación de indeterminación de Heisenberg indica que los fotones pueden viajar a cualquier velocidad por periodos cortos. En la interpretación del diagrama de Feynman, son conocidos como “fotones virtuales”, y son identificados por tener propagación “off shell“. Estos fotones podrían tener cualquier velocidad, inclusive, mayores que la de la luz. Citando a Richard Feynman: “…there is also an amplitude for light to go faster (or slower) than the conventional speed of light. You found out in the last lecture that light doesn’t go only in straight lines; now, you find out that it doesn’t go only at the speed of light! It may surprise you that there is an amplitude for a photon to go at speeds faster or slower than the conventional speed, c.” ===“También hay una amplitud de luz para ir más rápido (o más lento) que la velocidad de la luz convencional. Descubriste en la última conferencia que la luz no va solamente en líneas rectas; Ahora, descubres que no va solo a la velocidad de la luz! Tal vez te sorprenda que hay una amplitud para que un fotón vaya a velocidades más rápidas o más despacio que la velocidad convencional, c”
    Estos fotones virtuales, sin embargo, no violan la causalidad o la relatividad especial, por cuanto no son directamente observables y la información no puede ser transmitida causalmente en la teoría. Los diagramas de Feyman y los fotones virtuales son generalmente interpretados, no como una foto de lo que realmente sucede sino como una herramienta conveniente de cálculo.
    Él habla de la superación de la luz en intervalos cortos, aunque en el fondo no se atrevería a transguedir el pensamiento de Heisenberg. Claro, el tiempo es relativo y también el espacio.
    Un abrazo amigo.
     

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  5. 5
    emilio silvera
    el 29 de abril del 2014 a las 4:59

    ¡La famosa partícula hipotética de Feynman! Que, en realidad, ha dado muchísimo juego a los físicos para desarrollar sus ecuaciones en el ámbito cuántico. De todas las maneras y aunque exista la posibilidad de que algunos fotones, en intervalos esporádicos, puedan sobrepasar la velocidad de la luz, la norma general es que la luz, hasta que se demuestre lo contrario, camina a 299.792,458 metros por segundo. Esa es la guía que debemos seguir.
    Bueno, al menos, como ocurre con el Big Bang, es la teoría más aceptada y con ella vamos caminando. De todas las maneras, explorar otras opciones nunca está demás y, hasta es posible que los fotones, en algún momento, cuando tengamos más aparatos de precisión medidora, nos puedan dar alguna sorpresa, ya que, como bien apuntas, no siempre hablamos de lo que sabemos y, la luz, amigo mío, es aún una gran incognita en muchos sentidos.
    Una cosa que siempre me llamó la atención es el hecho de que un fotón “en reposo” es una partícula sin masa pero, como el fotón nunca puede esatar en reposo, y, además según el medio del que provenga tiene una cierta energía, tendremos que convenir que, si la formula de Einstein E = mc2 es cierta (como se ha demostrado que es), el fotón es energía y es masa al mismo tienmpo y, sin embargo, es translúcido. ¿Qué clase de masa es esa?
    Si queremos ahondar mucho más de lo que enh la superficie podemos ver, nos encontraremos con problemas que no sabemos resolver y, sin embargo, eso es, precisamente, lo que debemos hacer: ¡buscar más allá de lo que sabemos! Y, para eso, no debemos conformarnos con los caminos conocidos y arriesgarnos a tomar otros nuevos para ver hacia dónde nos puedan conducir.
    Un abrazo amigo.

    Responder
  6. 6
    Fandila
    el 29 de abril del 2014 a las 8:32

    Pero hablar de fotones, generalizando, no será asimilable con fotones de luz, que digamos, ni siquiera rayos gamma, o toda la serie de ondas posibles de nuestra dimensión o nuestro limitado “mundo” para ser más exactos. A mi forma de ver serían otras ondas, infrafotones o superfotones por seguir con la misma nomenclatura.
    ¿Qué frena a nuestro fotón habitual en el vacío, sino que las ondas de éste, para que la velocidad no sea infinita? Realmente el fotón es un producto del vacío. ¿De qué se compone un fotón si es una onda partícula?
    Saludos amigos
     

    Responder
    • 6.1
      emilio silvera
      el 29 de abril del 2014 a las 9:32

      Has puesto el dedo en la llaga: ¿De qué se compone el fotón?
      Hasta donde podemos saber, el fotón es el cuanto de energía que intermedia en la fuerza electromagnética, es decir, el Bosón transmisor de esa fuerza. Sin embargo, creo, que debe ser mucho más de lo que a simple vista podemos ver en esa pequeña maravilla incorpórea que, vuela literalmente por los espacios vacíos del Cosmos.
      Saludos.

      Responder
  7. 7
    Fandila
    el 29 de abril del 2014 a las 12:29

    Onda partícula, en general significa, una partícula que se mueve como una onda. Si estamos en ello, el fotón como toda partícula ha de componerse de otras ondas-partículas más livianas, como ocurre para cualquier partícula.
    No entiendo que el fotón solo sea una onda, una onda inmaterial sobre un medio.
    Las ondas del agua por ejemplo, terminan por agotarse en su camino. El medio por el que se mueve el fotón puede ser cualquiera que sea “transparente” a su penetración, incluyendo el “vacío”. Pero el fotón, según se dice, es casi eterno en el espacio vacío. ¿Como hace para subsistir sin decaer apenas? De ser una “oscilación simple” si que decaería, pues su impulso se agota en su traslación.
    Cómo se mantienen sus campos eléctricos y magnéticos en su inducción mutua y continua. Ha de haber unas cargas que lo procuren, pues sin cargas no hay ni campo magnético ni campo eléctrico, y dichos campos también decaen con el tiempo y la distancia. Aparte, las cargas suponen unas masas, o una masa única. que las generen, Bastante más pequeñas que el propio fotón, y fundadas a su vez por ondas particulas menores. Otra cosa, tal como el fotón se nos plantea, no sería razonable.
    Pero pudiera ocurrir que las dichas cargas sean procuradas por el propio vacío, lo que no quita que en cada instante pertenezcan de prestado a él.
    Saludos

    Responder
  8. 8
    Emilio Silvera
    el 30 de abril del 2014 a las 6:13

    Y así debe ser, amigo Fandila. El fotón que veloz deambula por esos espacios es absorbido por un electrón que orbita el núcleo de un átomo y le transmite energía para que se produzca el famoso salto cuántico y cambie de lugar sin recorrer el espacio que mediaba entre los dos. El fotón surge en cada instante por miríadas y recorren los espacios sin fin. El fotón es energía, es la luz. el fotón, amigo mío, simboloza el misterio de los bosones de la misma manera que el electrón lo simboliza de los fermiones.

    Son muchas las cosas que no sabemos y, tal ignorancia, nos hace emitir pensamientos y conjeturas de lo que podría ser. Tu mismo comentario es el mejor ejemplo.

    Un abrazo.

    Responder
  9. 9
    Fandila
    el 30 de abril del 2014 a las 7:45

    Así mismo es, solo vemos con los ojos de la mente. Incluso aquello que nos es perceptible tampoco es real ni igual para todos, cda cual ve según el color con que lo mira, pero no por eso podemos dejar de ver.
     
    Un abrazo

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