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Siempre queriendo saber: ¡Nuestra curiosidad!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (1)

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En esto de dibulgar la ciencia en los apartados de la física o la astronomía, así como el recordar suscesos e historias antiguas, me viene a la memoria aquel dicho de Edith Wharton:

“Hay dos maneras de difundir la luz: ser la vela encendida o el espejo que la refleja.”

 

 

 

Las branas son entidades físicas conjeturadas por la teoría M y su vástago, cosmología de branas.  En la teoría M, se postula la existencia de p-branas y d-branas (ambos nombres provienen parasintéticamente de “membrana”). Las p-branas son objetos de dimensionalidad espacial p (por ejemplo, una cuerda es una 1-brana). En cosmología de branas,  el término “brana” se utiliza para referirse a los objetos similares al universo cuadridimensional que se mueven en un sustrato de mayor dimensión. Las d-branas son una clase particular de p-branas.

File:Brane and dark matter.svg

       Aquí estaría representada la membrana y la materia oscura“.

Según la teoría de cuerdas, las membranas existen en la undécima dimensión,   en realidad son infinitas. Se dice que cada membrana corresponde a un un universo,  por ejemplo a nuestro universo le corresponde una membrana y las otras membranas serían universos paralelos.  Según algunos físicos el universo es una membrana esférica, los bordes de las membranas forman ondulaciones  las cuales están en constante movimiento, se dice que estas membranas se mueven con “forma de olas” en esta dimensión (11ª). Esta dimensión es sumamente delgada e infinitamente larga, estas membranas están en movimiento como las olas en el mar, es decir, las membranas serían burbujas en olas de mar que al chocar inician el big bang; es decir, el big bang es un fenómeno que ocurre una y otra vez.

En el marco de la teoría de cuerdas,  la membrana(M) es un conjunto de dimensiones presente, ampliando sus límites.  Se ha llegado a explicar la causa del “Big Bang”por el choque de dos membranas, así, la explosión producida sería la causa del nacimiento y expansión del universo. La materia y la energía sólo puede transmitirse a través de las cuatro primeras dimensiones excepto la gravedad,  que puede difundirse en las once. La materia de una puede alterar el espaciotiempo de otra paralela. De hecho, fenómenos similares fueron los que indujeron la teoría.

Hiperbólico (silla de montar)

Hiperbólico (silla de montar)

Las membranas podrían estar separadas por distancias pequeñísimas unas de otras, incluso, según resultados experimentales, a millonésimas de milímetro. Gracias a este hecho se intentaría explicar por qué la gravedad parece menos fuerte de lo que en realidad es. Las formas más postuladas son la de membranas planas y paralelas entre sí y la de paraboloide hiperbólico  (silla de montar).

Si las membranas son planas y paralelas, la gravedad quedaría encajonada entre ambas, fluctuando entre una y la otra, pero siempre manteniéndose constante. Por el contrario, si las membranas adoptaran la forma de silla de montar, irían perdiendo paulatinamente energía y, por tanto, materia, hasta desaparecer sumido en la difusión por las once dimensiones.

                              El modelo Steinhardt–Turok

En este modelo cíclico basado en la cosmología de branas, rival del modelo inflacionario, dos láminas tridimensionales o 3-branas colisionan periódicamente. Según esta teoría la parte visible del universo de cuatro dimensiones representa una de esas branas, quedando la otra brana oculta a todas las fuerzas de la naturaleza excepto la gravedad. Cada ciclo consiste en que cada una de las branas dentro de un espacio-tiempo tetradimensional y separadas por una dimensión espacial muy corta y seis enrolladas chocan con cierta periodicidad creando condiciones parecidas a las del big bang del modelo inflacionario.

Según la teoría, después de millones de años, al aproximarse el final de cada ciclo la materia y la radiación se diluyen a casi cero debido a una expansión acelerada del universo alisando las dos branas pero con pequeños rizos o fluctuaciones cuánticas aún presentes que imprimirán en el próximo choque con no uniformidades que crearán grumos o cúmulos que generarán estrellas y galaxias.

  Cuando todo termina se dan las circunstancias necesarias para que todo comience de nuevo

Pero sigamos con las dimensiones y las consecuencias más interesantes de añadir dimensiones espaciales extra que hacen posible que cambien las constantes de la Naturaleza observadas. Si el mundo tiene realmente cuatro dimensiones espaciales, entonces las verdaderas constantes de la Naturaleza existen en cuatro dimensiones. Si nosotros nos movemos sólo en tres de esas dimensiones, veremos y sentiremos sólo “sombras” tridimensionales de las auténticas constantes tetradimensionales.

En un lugar de más dimensiones que no vemos, el espacio y el tiempo pueden ser encubiertos y podría dar lugar a que se formen galaxias en un plano de sombras que no podemos alcanzar a ver en nuestro mundo tridimensional. sería como si un universo paralelo al nuestro estuviera llevando un ritmo en el que, las cosas podrían ser iguales pero distintas.

Claro que esas sombras de las que hablo, no tienen por qué ser constantes. Si la dimensión extra aumenta en tamaño, igual que se están expandiendo nuestras tres dimensiones del Universo, entonces nuestras constantes tridimensionales decrecerán al mismo ritmo. Esto nos dice inmediatamente que si algunas dimensiones extra están cambiando, deberán hacerlo de una forma bastante lenta; de lo contrario nosotros no las hubiéramos llamado “constantes” en absoluto.

La constante de estrucvtura fina ha sido medida de mil manera

Tomemos  una constante tradicional de la Naturaleza, como la constante de estructura fina, normalmente representada por el símbolo \alpha, es la constante física fundamental  que caracteriza la fuerza de la interacción electromagnética.  Es una cantidad sin dimensiones, por lo que su valor numérico es independiente del sistema de unidades usado.

La expresión que la define es:

<br />
\alpha =<br />
\frac{e^2}{\hbar c \ 4 \pi \e<a href=

donde e es la carga elemental,  la  \hbar = h/(2 \pi) es la constante reducida o racionalizada de Planck, c es la velocidad de la luz  en el vacío, y  \e<a href=psilon_0″ /> es la permitividad del vacío. Si el tamaño de la dimensión extra del espacio es R, entonces el valor de la “constante” de estructura fina tridimensional α, variaría en proporción a 1/R2 cuando cambia R.

Imaginemos que estamos en un universo en expansión de cuatro dimensiones pero sólo podemos movernos en tres de ellas. Las fuerzas de la electricidad y el magnetismo pueden “ver” las cuatro dimensiones y encontraremos que nuestra parte tridimensional de ellas se debilitará cuando la cuarta dimensión se haga mayor.

Sabemos que si la constante de estructura fina tridimensional está cambiando no puede hacerlo en ninguna parte tan rápido como se expande el Universo. Esto nos dice que cualquier cuarta dimensión debe ser muy diferentes de las otras. La idea de Klein consistía en que es a la vez muy pequeña y estática y que está confinada en el límite de Planck. Alguna fuerza extra atrapa las dimensiones extra y las mantiene pequeñas. Si no cambian de tamaño de forma significativa no tenemos por qué ver ninguna de nuestras constantes cambiando.

Un escenario posible imagina que el Universo empieza con todas sus dimensiones espaciales comportándose de una manera democrática, pero luego, algunas de las dimensiones quedan atrapadas y permanecen compactadas de manera tal que son infinitesimales, están el el límite de Planck y permanecen, como digo, estáticas y muy pequeñas desde entonces en ese lugar invisible al que no podemos llegar y que se denota con:

Lp = (Gh/c3) ½ = 4’13 × 10-33 centímetros

Las otras tres dimensiones que sí consiguieron expandirse, son las que vemos y en las que vivímos, las que forman y hacen de nuestro universo el que podemos observar hoy, en el que se han conformado las galaxias y los mundos que, en alguna ocasión, han podido surgir criaturas que, como ha pasado aquí en la Tierra, hablen de estas cuestiones complejas que no llegan a entender… del todo.

Como no dejamos de pretender alcanzar lo “inalcanzable”, allá por el año 1982, los teóricos de cuerdas sugirieron por primera vez una respuesta a un viejo problema: cómo casar la teoría cuántica con la teoría de la gravedad de Einstein. Todos los intentos previos habían fracasado miserablemente. Predecían invariablemente que alguna cantidad medida debería ser infinita. Estos “infinitos” plagaban todas las teorías con sólo tres dimensiones de espacio y una de tiempo. Sin embargo, en 1984 Michael Green y John Wchwarz demostraron que este problema podía subsanarse combinando dos ideas radicales.

Einstein, desde donde se pueda encontrar, estará sonriendo al comprobar con satisfacción que sus ecuaciones de campo de la relatividad general, sin que nadie las llame y como por arte de magia, surgen de la Teoría M de cuerdas en la que subyacen sus ideas. Y, al contemplar, no sin cierto grado de asombro cómo se pueden unir las dos teorías (la suya y la de Planck, la de lo muy grande y lo muy pequeño), los que le siguieron habían conseguido lo que él mismo persiguió, sin conseguirlo durante más de treinta años.

Green y Wchwarz sugerían que, si se abandona la idea de que las entidades más básicas son puntuales (se referían a las partículas subatómicas), con tamaño cero, y se permite que haya más de tres dimensiones espaciales, entonces los infinitos desaparecen milagrosamente, cancelándose. Como sucede con la anterior teoría de Kaluza-Klein. Es apasionante y misterioso el hecho de que, en esa escala tan pequeña de 10-33 cm, la longitud fundamental de Planck, se puedan encontrar “escondidas” las dimensiones que nos permiten unificar las dos teorías más importantes de nuestro tiempo.

                                 ¿Habrá un Universo en la sombra que no podemos ver?

Claro que, tendremos que poner los pies en el suelo y centrarnos en lo que “sabemos” y “vemos”: Neutrinos, fotones, quarks, leptones, hadrones: bariones y mesones, todos, en definitiva son lo mismo, distintos estados de la materia que conforman unos y otros en determinadas ocasiones, y, en cada momento, ocupan el lugar que les destina en Universo adoptando la forma que en ese preciso instante les corresponde. Claro que, todos estos, son objetos de nuestro Universo luminoso, el otro, el Universo en la Sombra, ni sabemos si puede estar realmente ahí.

Durante mucho tiempo, los físicos han sabido que toda reacción entre partículas elementales obedece a una simetría que llamamos CPT. Esto significa que si miramos la partícula de una reacción, y luego vemos la misma reacción cuando (1) la miramos en un espejo, (2) sustituimos todas las partículas por antipartículas y (3) hacemos pasar la partícula hacia atrás, los resultados serán idénticos. En este esquema la P significa paridad (el espejo), la C significa conjugación de carga (poner las antipartículas) y T la reserva del Tiempo (pasar la partícula al revés).

Claro que, todo lo anteriormente expuesto son sólo sugerencias del momento y que duran y tienen vigencia durante un tiempo impredecible, ya que, el tiempo sigue su marcha, el universo continúa expandiéndose y, nuestras mentes evolucionan para poder “ver” otras teorías y otros horizontes nuevos y más avanzados, complejos y profundos que nos acercan a la verdadera naturaleza del Universo que no comprendemos…, lo suficiente.

emilio silvera

 

  1. 1
    emilio silvera
    el 5 de septiembre del 2014 a las 8:38

    Desde tiempos inmemoriales, los seres humanos, ya daban señales, dejaban vislumbrar signos de su innata curiosidad. La Curiosidad es algo que llevamos en los genes y, siempre hemos querido saber el por qué de las cosas. En cada momento de nuestra Historia, esa larga trayectoria que nos ha traído desde la copa de los árboles hasta los pensamientos, hemos querido saber. En cada una de nuestras fases evolutivas, lo hemos procurado de distintas maneraqs conforme a los medios y a los conocimientos que en cada momento podíamos tener y disponer.
    En los albores dee nuestra infancia, nos podíamos preguntas:
    - ¿Cómo la Luna se sostiene ahí arriba y no cae?
    - ¿Qué producían las tormentas, aquellos fogonazos de luz y el aterrador trueno que le seguía?
    - ¿Qué fuerzas invisbles hacían que la tierra temblara, o, que las montañas vomitaran fuego?
    - ¿Qué eran, aquellos puntitos brillantes que en la noche relucían y enviaban guiños o señales?
    - ¿Qué inmensa hoguera mantenía encendido al Sol durante todo el día?
    Así, la Humanidad, deambuló por el planeta Tierra durante muchos milenios. Pero, el Tiempo inexorable pasó y las generaciones de nuestra especie se sucedían, los que se iban dejaban a los que llegaban sus impresiones de todo lo que ellos habían observado en la Naturaleza. Cada vez, la especie, se interesó más y más por saber sobre los fenómenos naturales y los comportamientos de las cosas.
    La Humanidad continuó su tortuoso camino y, pasando el tiempo, germinaron nuevas ideas en sus mentes. La Civilización Sumeria y la Babilónica, nos dejaron muestras de su buen hacer y, en aquellos pueblos, aparecieron lo que ahora consideramos como el avance más significativo y primero de nuestra especie.
    En alguna ocasión me he referido a los orígenes de la escritura (una cuestión muy polémica sobre uno de los pasos más importantes de la Humanidad), y, propiamente reconocida como tal, tiene más de un candidato, y en éste momento, son al menos tres.   Durante muchos años se dio como seguro que la escritura cuneiforme de Mesopotamia era la más antigua.  Había, sin embargo, un inconveniente.  El cuneiforme se compone de signos más o menos abstractos, y son muchos los que opinan que la primera escritura estaba relacionada con vínculos más fuertes e incuestionables con la pintura y los pictogramas, signos que son en parte dibujos de objetos y en parte símbolos.
    De acuerdo con la investigación publicada a finales de 2.004, los primeros centros urbanos fueron Tell Brak y Tell Hamourak al norte de Mesopotamia, en la actual frontera entre Irak y Siria, que se remontaría al año 4.000 a. de C. Pero estos asentamientos eran relativamente pequeños (Hamourak tenía doce hectáreas) y las primeras ciudades propiamente dichas emergieron más al sur hacia 3.400 a. de C.  Entre las ciudades de Mesopotamia se incluyen (el orden cronológico es aproximado) Eridu, Uruk, Ur, Umma, Lagash y Shuruppak.
    Uruk, por ejemplo, tenía una población fija de unos cincuenta mil habitantes. El origen más obvio de éstas grandes ciudades hay que buscarlo en la seguridad.  Sin embargo, hay otras grandes ciudades de la antigüedad –especialmente en países  de África occidental como Malí- que nunca levantaron murallas.  En el mismo Uruk (que significa área amurallada).  Las murallas no se construyeron hasta mucho después de estar, en buena medida construida, aproximadamente hacia el año 2.900 a. de C.
    Las especiales condiciones dinásticas reinantes en Mesopotamia, donde la irrigación pudo mejorar la forma sustancial los cultivos y donde había suficientemente agua disponible, hizo del lugar un paraíso y las ciudades crecieron en aquellos lugares donde relativamente cerca, tenían piedra, madera, minerales, metales y en definitiva, materias primas.
    Los logros de estas ciudades y ciudades-estados fueron asombrosos y perduraron unos veintiséis siglos. Introdujeron un extraordinario número de las innovaciones que contribuyeron a crear el mundo que hoy conocemos.
    Claro que todo aquello, no había hecho más que empezar. Más tarde, otros pueblos siguieron ese camino y llegamos hasta la Grecia Clásica que, también, había bebido en las fuentes de las culturas, Chinas, Persas, Hindúes, Egipcias… Y, sus filósofos naturales, comenzaron a ver el “mundo” de manera diferente.
    Tales de Mileto, por ejemplo, fue el primero que dejó a un lado la Mitología para emplear la lógica y, se dio cuenta de la importancia enorme que tenía el agua para la vida. Demócrito de Abdera, nos habló del átomo, esa parte invisible e “indivisible” de la materia. Empédocles, con sus cuatro elementos: Tierra, Agua, Fuego y Aire, sue el precursos de los elementos que se fabrican en las estrellas. Él Decía que estos cuatro elementos, mezclados en la debida proporción, era de lo que estaban hechas todas las cosas.
    ¿Qué decir de Pitágoras y Euclides, o, del mismo Arquímedes con sus talentosdas ideas. Tampoco podemos dejar en el olvido a personajes que, como Sócrates, Platón y Aristóteles, nos dieron una nueva visión del mundo, otra manera de mirar las cosas. Todos ellos, nos pusieron en el camino que había que recorrer para llegar hasta aquí, al momento presente que, sin ellos, hubiera sido de otra manera.
    Mucho más tarde, otros personajes irrumpieron en el mundo de la Ciencia y la Astronomía levantó el vuelo hacia lo muy alto, la física, profundizo hasta profundidades nunca jamás vistas. Con muchos personajes entre medias, llegaron la Mecánica Cuántica y la Relatividad Especial y General que, ciertamente, nos han situado en el conocimiento, sino perfecto, si bastante aceptable de lo que es el “mundo” la Naturaleza, el Universo.
    Como es tan inmensamente grande el Universo que nos acoge, como seguimos confinados en este pequeño mundo (si lo situamos en el contexto del Universo), nos tenemos que valer de la tecnología avanzada que hemos sabido construir para que, sofisticados ingenios robotizados vayan por nosotros hacia lugares lejanos, que capten imágenes de otros mundos, que puedan otear el universo muy lejano, y, en definitiva, que entrando en las entrañas de la materia, nos digan de qué está hecha y, como funcionan las fuerzas fundamentales del Universo.
    A pesar del enorme tiempo transcurrido desde que estamos aquí (en realidad menos que un parpadeo en el contexto del Tiempo Universal de 13.750 millones de años), no hemos podido, ni sabido, buscar la manera de viajar a las estrellas y, a estas alturas, aún nos preguntamos, como niños, si existe alguna otra clase de vida en otros mundos. Pregunta que denota nuestra inmensa ignorancia, toda vez que, sabiendo que el Universo es igual en todas partes, sabiendo que las fuerzas que lo rigen son las mismas en cualquier lugar o entorno y se comporta siempre de la misma manera, lo lógico sería pensar que lo que pasó “aquí” (En la Tierra), también habrá pasado “Allí”, en un sin fin de planetas que, estando en la zona habitable de sus estrellas, reunan las adecuadas condiciones.
    Claro que, a pesar de todo esto, a pesar de lo poco que hemos podido llegar a saber, a pesar de que nos creemos que en realidad sabemos, lo cierto es que seguimos haciendo preguntas y, creo que así seguirá pasando durante mucho, mucho, mucho, muchísimo tiempo más, ientras caminamos hacia ese Futuro incierto del que tanto hablamos y del que nada sabemos.
    Saludos cordiales.
     

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