jueves, 28 de enero del 2021 Fecha
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La Gravedad… ¡Esa fuerza misteriosa!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en ¡La Gravedad! Esa fuerza misteriosa    ~    Comentarios Comments (1)

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Dos nuevos estudios realizados por investigadores de Australia, Austria y Alemania han puesto en entredicho la forma en la que entendemos la física de la gravedad. Los descubrimientos, publicados en las revistas Astrophysical Journal y Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, se basan en observaciones de galaxias enanas satélite o galaxias más pequeñas que se encuentran en el extrarradio de la gran galaxia espiral que es la Vía Láctea.

   Las dos se atraen, ¿será alguna forma de gravedad? ¿Estará, de alguna manera presente el magnetismo?

La Ley de la gravitación universal de Newton, publicada en 1687, sirve para explicar cómo actúa la gravedad en la Tierra, por ejemplo por qué cae una manzana de un árbol. El profesor Pavel Kroupa del Instituto de Astronomía Argelander de la Universidad de Bonn (Alemania) explicó que «a pesar de que su ley describe los efectos cotidianos de la gravedad en la Tierra, las cosas que podemos ver y medir, cabe la posibilidad de que no hayamos sido capaces de comprender en absoluto las leyes físicas que rigen realmente la fuerza de la gravedad.

La ley de Newton ha sido puesta en entredicho por distintos cosmólogos modernos, los cuales han redactado teorías contradictorias sobre la gravitación que intentan explicar la gran cantidad de discrepancias que se dan entre las mediciones reales de los sucesos astronómicos y las predicciones basadas en los modelos teóricos. La idea de que la «materia oscura» pueda ser la responsable de estas discrepancias ha ganado muchos adeptos durante los últimos años. No obstante, no existen pruebas concluyentes de su existencia.

En esta investigación, el profesor Kroupa y varios colegas examinaron «galaxias enanas satélite», cientos de las cuales deberían existir en la cercanía de las principales galaxias, incluida la Vía Láctea, según indican los modelos teóricos. Se cree que algunas de estas galaxias menores contienen tan sólounos pocos millares de estrellas (se estima que la Vía Láctea, por ejemplo, contiene más de 200.000 millones de estrellas).

               Galaxia enana sextants
Unos Astrónomos de la Universidad de Michigan, midieron la velocidad de 6804 estrellas en siete galaxias enanas satélites de la Vía Láctea: Carina, Draco, Fornax, Leo I, Leo II, Scupltor y Sextans. Encontraron que, contrariamente a lo que predice la ley de la gravitación de Newton, las estrellas en estas galaxias no se mueven más lento cuanto más lejos estén del núcleo galáctico.

Al día de hoy sólo se ha logrado detectar treinta de estas galaxias alrededor de la Vía Láctea. Esta situación se atribuye al hecho de que, al contener tan pocas estrellas, su luz es demasiado débil como para que podamos observarlas desde una distancia tan lejana. Lo cierto es que este estudio tan detallado ha deparado resultados sorprendentes.

«En primer lugar, hay algo extraño en su distribución», indicó el profesor Kroupa. «Estas galaxias satélite deberían estar distribuidas uniformemente alrededor de su galaxia madre, pero no es el caso.» Nadie puede dar una explicación de tan atípica distribución que no concuerda con lo que, según la Ley de Newton, debería ser. Claro que, como era de esperar, uno de los científicos de la investigación se dejó caer con aquello de: “Nuestra investigación muestra que las galaxias enanas están dominadas por materia oscura” , es decir, buscan una explicación basándose en algo que aún, no está explicado y no se dan cuenta de que, la Ciencia, no es cosa de fe.

Las galaxias enanas esferoidales son pequeñas y muy débiles, conteniendo pocas estrellas en relación con su masa total. Los astrónomos encontraron difícil explicar el origen de este tipo de galaxias. Teorías previas proponían que estas galaxias orbitan cerca de galaxias mayores como la Vía Láctea, pero esto no explica cómo se formaron estas galaxias enanas que han sido observadas en las afueras del llamado “Grupo Local” de galaxias.

Los investigadores descubrieron que la totalidad de los satélites clásicos de la Vía Láctea (las once galaxias enanas más brillantes) están situados prácticamente en un mismo plano que dibuja una especie de disco. También observaron que la mayoría de estas once galaxias rotan en la misma dirección en su movimiento circular alrededor de la Vía Láctea, de forma muy similar a como lo hacen los planetas alrededor del Sol.

La explicación de los físicos a estos fenómenos es que los satélites debieron surgir de una colisión entre galaxias más jóvenes. «Los fragmentos resultantes de un acontecimiento así pueden formar galaxias enanas en rotación», explicó el Dr. Manuel Metz, también del Instituto de Astronomía Argelander. Éste añadió que «los cálculos teóricos nos indican la imposibilidad de que los satélites creados contengan materia oscura».

Las grandes galaxias como nuestra Vía Láctea, siempre han tenido galaxias enanas satélites a su alredor.

Estos cálculos contradicen otras observaciones del equipo. «Las estrellas contenidas en los satélites que hemos observado se mueven a mucha más velocidad que la predicha por la Ley de la gravitación universal. Si se aplica la física clásica, esto sólo puede atribuirse a la presencia de materia oscura», aseveró el Dr. Metz.

Este enigma nos indica que quizás se hayan interpretado de forma incorrecta algunos de los principios fundamentales de la física. «La única solución posible sería desechar la Ley de la gravitación de Newton», indicó el profesor Kroupa. «Probablemente habitemos un universo no Newtoniano. De ser cierto, nuestras observaciones podrían tener explicación sin necesidad de recurrir a la materia oscura

Hasta ahora, la Ley de la gravitación de Newton sólo ha sido modificada en tres ocasiones: para incluir los efectos de las grandes velocidades (la teoría especial de la relatividad), la proximidad de grandes masas (la teoría general de la relatividad) y las escalas subatómicas (la mecánica cuántica). Ahora, las graves inconsistencias reveladas por los datos obtenidos sobre las galaxias satélite respaldan la idea de que hay que adoptar una «dinámica newtoniana modificada» (MOND) para el espacio. Se ha llegado a publicar:

Foto: NASA

Datos recientes de galaxias ricas en gas coinciden exactamente con las predicciones de una teoría de la gravedad modificada conocida como MOND, según un nuevo análisis realizado por el profesor de Astronomía de la Universidad de Maryland, Stacy McGaugh. Ésta -la última de varias predicciones MOND exitosas- plantea nuevas preguntas sobre la exactitud del modelo cosmológico actual del Universo, escribe McGaugh en un artículo que será publicado en marzo en la revista Physical Review Letters.

La cosmología moderna dice que para que el universo se comporte como lo hace, la masa-energía del Universo debe ser dominada por materia oscura y energía oscura. Sin embargo, la evidencia directa de la existencia de estos componentes invisibles sigue siendo insuficiente. Una alternativa, aunque impopular, posibilidad es que la actual teoría de la gravedad no es suficiente para describir la dinámica de los sistemas cósmicos.

La teoría MOND, propuesta en 1981, modifica la segunda ley de la dinámica de Newton para que con ella se pueda explicar la rotación a velocidad uniforme de las galaxias, que contradice las predicciones newtonianas que afirman que la velocidad de los objetos separados del centro será menor.

Los nuevos descubrimientos poseen implicaciones de gran calado para la física fundamental y para las teorías sobre el Universo. Según el astrofísico Bob Sanders de la Universidad de Groningen (Países Bajos), «los autores de este artículo aportan argumentos contundentes. Sus resultados coinciden plenamente con lo predicho por la dinámica newtoniana modificada, pero completamente contrarios a la hipótesis de la materia oscura. No es normal encontrarse con observaciones tan concluyentes.»

Como se puede ver, la falta de conocimiento de la Gravedad es palpable y cada Investigación realizada exponen unos resultados dispares, unos a favor y otros en contra de la Ley de Newton y, los que están en contra de ella se agarran a la “materia oscura” como si de un clavo ardiendo se tratara para el que se ahoga.

Una de las predicciones de MOND especifica la relación relativa entre la masa de una galaxia y su velocidad de rotación plana. Sin embargo, las incertidumbres en las estimaciones de las masas de las estrellas en las galaxias espirales dominadas por estrellas (como nuestra propia Vía Láctea), habían impedido una prueba definitiva.

La galaxia espiral NGC 3310 en ultravioleta

Para evitar este problema, McGaugh examinó galaxias ricas en gas, que tienen relativamente pocas estrellas y una preponderancia de la masa en forma de gas interestelar. “Nosotros entendemos la física de la absorción y liberación de energía por los átomos en el gas interestelar, de modo que contar fotones es como contar átomos. Esto nos da una estimación precisa de la masa de estas galaxias”, dijo McGaugh.

Utilizando el trabajo recientemente publicado que él y otros científicos habían hecho para determinar tanto la masa y la velocidad de rotación de las galaxias planas ricas en gas, McGaugh recopiló una muestra de 47 y comparó la masa de cada galaxia y la velocidad de rotación con la relación esperada por MOND. Las 47 galaxias coincidieron sobre o muy cerca de la predicción MOND. No hay un modelo de materia oscura realizado tan bien.

“Me parece sorprendente que la predicción hecha por Milgrom hace más de un cuarto de siglo funcione tan bien en la adecuación de estos hallazgos para las galaxias ricas en gas”, dijo McGaugh.

Casi todos coinciden en que en las escalas de cúmulos de galaxias grandes y superiores, el Universo está bien descrito por la materia oscura, la teoría de la energía oscura. Sin embargo, según McGaugh esta cosmología no tiene en cuenta lo que sucede en las escalas de galaxias y entes más pequeños.

“MOND es todo lo contrario”, dijo. “Representa la pequeña “escala de las galaxias individuales, pero MOND no te dice mucho sobre el universo más grande”.

    La materia oscura podría ser una licencia de la imaginación

Eso sí, imágenes de todo tipo mediante las cuáles se nos quiere hacer ver que, la materia oscura (dicen) está ahí presente, sin embargo, nada de lo que estamos viendo es materia oscura son filamentos de plasma, polvo y gas interestelar, y otros objetos y sustancias que en el Universo se producen mediante la química de la energía de las estrellas presente en esos lugares pero, “materia oscura” me parece que no.

¡Qué Locura! Después de tantos años, aún andamos a vueltas con la Gravedad que…no se entiende con la plenitud que cabría esperar y, lo cierto es que, por muchas leyes (como por ejemplo MOND) que quieran sacar al escenario de la Astronomía, Newton y Einstein siguen vigentes -cada cual en su plano- y, lo que falta por explicar, aún no ha sido explicado simplemente porque nadie sabe lo que es.

Algunas veces oímos a “reputados” Astrónomos y Astrofísicos hablar de la gravedad y se refieren a ella como si, los mundos, tuvieran agujeros y estuvieran vacíos, no saben explicar algunas anomalías que se encuentran en sus investigaciones y al no encontrar la causa, acuden a la socorrida materia oscura, esa alfombra debajo de la que barremos nuestra ignorancia.

¡Habrá que esperar!

emilio silvera

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Sí, todo el universo infinito está dentro de nuestras mentes, allí debemos buscar llegar a comprender. Arriba, en esa Nebulosa inmensa y maravillosa (como en otras muchas de la nuestra y otras galaxias) se forjan las nuevas estrellas y los mundos nuevos, y, en ellos, surgen formas de vida que, algunas veces, son portadoras de mentes privilegiadas que llegan a tener Concienca de SER.

Claro que, para poder llegar a enteder lo que la Conciencia es, sería preciso que entendiéramos primero como funcionan nuestros cerebros: su arquitectura, su desarrollo y sus múltiples funciones dinámicas que son posible gracias a sus características más impotantes, tales como, su organización anatómica y la notable dinámica que genera y, aunque insuficiente, pincelada, esta imagen, este conocimiento es necesario para poder llegar a comprender de qué manera llega a surgir la Conciencia.

 Nuestro Cerebro Contiene cerca de 100 mil millones de Neuronas y 100 trillones (es red neuronal y la ley de atraccióndecir 100 millones de millones) de conexiones ellas, Esto destaca la posibilidad de que Podemos reconfigurar Nuestros Pensamientos Y Emociones Para Ser Co-Creadores de Nuestra Propia Vida Usando el Inmenso Poder de La Mente

¡Cien mil millones de Neuronas! Tantas estrella tiene la Vía Láctea. Conexiones a cientos de miles que procesan la información. La actividad eléctrica del cerebro es objeto de muchos estudios e investigaciones que, por ejemplo, intentan interpretar las ondas cerebrales para saber de los mecanismos de nuestras mentes que, están clasificados entre los secretos más complejos del Universo.

Nuestro cerebro se encuentra entre los objetos más complicados del unierso y es sin duda una de las estucturas más notables que haya producido la evolución. Hace tiempo ya que llegamos a comprender que el cerebro era necesario para para la percepción, los sentimientos y los pensamientos. Lo que es obvio es que la conciencia se encuentre causalmente asociada a ciertos procesos cerebrales pero no a otros.

En tanto que objeto y sistema, el cerebro humano es especial: su cocnetividad y su dinámica, su de funcionamiento, su relación con el cuerpo y con el mundo que le rodea, no se parece a nada que la ciencia conozca. Su caácter único hace que el ofecer una imagen del cerebro se convierta en una empresa extraordinaria y en un reto difícil de vencer y, aunque todavía estamos lejos de ofrecer una imagen completa (una imagen parcial siempre será mejor que nada), sí podemos dar una cierta información como para poder llegar a generar una teoría satisfactoria de la Conciencia.

 Persiste la incógnita sobre el surgimiento de la conciencia

discurrir sobre el surgimiento de la conciencia y concluir si lo clasificamos como un proceso de aparición de una propiedad emergente o si consideramos que podemos explicarlo estudiando las potencialidades de las neuronas aisladamente, es necesario conocer lo mejor posible qué entendemos por “Conciencia” y, qué procesos ha tenido que recorrer para que tenga las propiedades que en ella podemos observar. Es dinámica y en evolución y, que sepamos, sigue los mismos pasos que el Universo que la creó. Habrá que observar más detenidamente la naturaleza de la Conciencia que, con su inmensa complejidad, no nos deja llegar hasta una visión diáfana de lo que en realidad es. El Cosmos, aliado con el TIEMPO, y, el “OJO” del Universo que nos mira, siguen los progresos de esa CONCIENCIA nuestra que no podemos comprender…completamente.

SUEÑOS  PROIVIDOS

¿Cuál será su realidad? Seguro que es muy diferente de la mía. El que compartamos el mismo planeta no hace que todos tengamos las mismas percepciones, sensaciones, emociones, aspiraciones, alegrías, miedos, tristezas, penas, sentimientos, fuerza, personalidad, voluntad de , fuerza para luchar, y, el caso de las conciencias está, no pocas veces condicionado por factores que el individuo no pudo elegir. Claro que, muchas veces una simple mirada, nos puede transportar a otro mundo. Pero soñar…, podemos todos, otra cosa será poder realizar los sueños.

El cerebro humano adulto, con poco más de un kilo de peso, contiene unos cien mil millones de células nerviosas o neuronas. La capa ondulada más exterio o corteza cerebral, que es la parte del cerebro de eolución más reciente, contiene alrededor de 30 mil millones de neuronas y hasta un billón de conexiones. Si contáramos una sinagsis cada segundo, tardardaríamos 32 millones de años en acabar el recuento. Si consideramos el posible de circuitos neuronales, tenemos que habérnoslas con cifras hiperastronómicas: 10 seguido de un millón de ceros. (En comparación con el número de partículas del universo conocido que asciende sólo a 10 seguido de 79 ceros).

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¿Que decir de la facultad del pensamiento? El pensamiento, el discurso interior y la formación consciente de imágenes nos recuerdan poderosamente que se puede construir una escena consciente incluso en ausencia de impresiones externas. Los sueños constituyen la demostración más palmaria de hecho. Pese a ciertas peculiaridades, como la credulidad, la resolución y la pérdida de auto reflexión del que sueña, la ensoñación y la conciencia despierta son notablemente parecidas (“soñar despierto”). Los objetos visuales y las escenas “vividas” en el sueño, suelen ser reconocibles, el lenguaje es inteligible e incluso las historias que se desarrollan en los sueños pueden llegar a ser tan coherentes que, no en pocas ocasiones, muchas personas llegaron a tomarlas por reales.

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                                         Estar en otros mundos sin ausentarte de este

La Conciencia puede ser activa o pasiva y, según qué ocasión, le pedimos o no un esfuerzo extra. La mayor de las veces dejamos que las impresiones sensoriales tomen posesión libremente de nuestros estados sensoriales, sin prestar especial atención a esto o aquello, la conciencia es tan receptiva y amplia como natural y libre de esfuerzo cuando, por ejemplo, visitamos una ciudad y paseando disfrutamos de sus vistas. Por otra parte, cuando buscamos específicamente un punto concreto en el flujo constante de entradas sensoriales al que estamos expuestos, la percepción se convierte en una actividad orientada a la acción concreta de esa búsqueda.

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               Nuestros cerebros, como el universo mismo, está repleto de conexiones sin fin

Una característica clave de los patrones neuronales que se pueden observar al microscopio es su densidad y extensión. El cuerpo de una neurona mide 50 micones (milésimas de milímetro) de diámetro, si bien la longitud del axón puede variar entre unos micrones y más de un metro. Aunque es realmente cierto que hemos podido llegar a conocer mucho de lo que ahí se fragua, mucho más cierto es que, desconocemos la mayor de las maravillas que en el cerebro se llegan a producir y, sabiendo el resultado final, no podemos discernir po qué caminos se llegó a allí.

Claro que, el abanico y la variedad de la fenomenología consciente pueden llegar a abarcar tanto como la experiencia de cada cual y llegan tan lejos como la imaginación individual de cada persona: Allí está el teatro privado de cada uno. El dominio de la consciencia que, cuando llega a sobresalir de lo corriente, entra en ese campo que llamamos filosofía y que, algunos, al ser referida al SER, llaman metafísica.

Sí, la veo girar a la izquierda y también, a la derecha

La Bailarina estudia los pasos y, dentro de “su mundo”, tiene unas sensaciones que su conciencia archiva como experiencias personales. Cada cual, a creando su popia consciencia de “su mundo” particular en función de las experiencias que tenga la oportunidad de vivir conforme se produzcan en función de su modo de vida, y otras circunstancias que la diversidad de una vida nos pueda presentar.

Claro que, la experiencia consciente varía en intensidad; el nivel global de alerta puede variar desde la casi nula vigilancia del sopor hasta el hipervigilante de un piloto de guerra en acción, y la percepción sensorial puede ser más o menos vívida. También tenemos esa conocida habilidad llamada atención, que nos permite seleccionar o amplificar diferencialmente ciertas experiencias conscientes en detrimento de otras experiencias coetáneas..

La conciencia y la memoria conforma un inmenso entramado de conexiones que se desarrolla durante nuestras vidas

Además, la conciencia se halla conectada y vinculada a ciertos aspectos de la memoria. De hecho, a menudo se equipara la memoria inmediata, que dura apenas una fracción de segundo, a la propia conciencia. Claramente, la memoria de trabajo -la habilidad de “tener presente” y manejar los contenidos conscientes, como los números de teléfonos, las frases y las posiciones en el espacio, durante unos segundos-, está estrechamente realcionada con la Conciencia.

Está claro que, en cada uno de nosotros y según en qué situaciones que representan nuestro teatro privado de cada día nos encontremos, podemos estar situados en escenarios cambiantes que, bien o para mal, lo podríamos denominar “comedia”, “farsa” o “tragedia”, con una dramatis , el “yo” como protagonista. Y, así será hasta que caiga la cortina al final de la obra de la vida. Y, mientras la obra transcurre, cada uno de nosotros vive su “historia” de vivencias intranferibles que, en definitiva, serán las que conformen su mundo particular.

Archivo:The Earth seen from Apollo 17.jpg

Aunque vivamos aquí, no es cierto que aquí esté “todo” nuestro “mundo” que, en realidad, escapa de este que arriba vemos y llega hasta los confines de nuestra imaginación que, dicho sea de paso, sobrepasa los confines del Universo mismo. La Imaginación es un arma muy poderosa, y, si nada la , si la Naturaleza permite su transcurrir evolutivo…¿En qué se podrá transformar? Ella sabe de otros universos y de maravillas sin fin, ahora a nosotros, ¡sólo nos queda encontrarlos!

Han pasado algunos miles de años desde que los seres humanos vislumbraron que, además de la parte física, también estaba con nosotros, formando un todo, otra más trascendental que era la que generaba los pensamientos y nos permitía viajar más allá y con más rapidez de lo que podía hacerlo la parte material. Es cierto que el proceso ha sido lento y los avances, aunque a veces imperceptibles, han ahí siempre en una continuada evolución que, en cada época ha tenido un marcado signo.

Aunque puede que no sepamos que es la mente, sabemos algunas cosas sobre el cerebro. Está formado por una red, una increíble maraña de “cables” eléctricos que serpentean a través de una gran cantidad de “sustancias” neuroquímicas. Existen quizás cien mil millones de neuronas en el cerebro humano, tantas como estrellas hay en la Vía Láctea, y, cada una de ellas recibe datos eléctricos de alrededor de mil neuronas, además de estar en y en comunicación con unas cien mil neuronas más. Y, como sigue evolucionando al ritmo que el universo le impone… Suponer, hasta qué punto podrá llegar es, impredecible.

Nadie sabe que podremos ser mañana, cuando la evolución alcance ese grado impensable de sabiduría y seámos simples entes de luz que podrá adaptar formas y colores de inimagibale belleza, que estarán conformados por pensamientos y sentimientos en una amalgama de materia elevada al grado máximo de la evolución, es decir: energía pura. sería como volver a los orígenes. De la energía venimos y a ella regresamos pero, para entonces, estará evolucionada y será la del Universo que le dará sentido a todo lo material e inmaterial, entonces no habrá preguntas y se conocerán todas las respuestas.

¡Soñar cuesta tan poco!

emilio silvera

emilio silvera

Rumores del pasado

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Faraday dando una charla sobre sus trabajos y explicándo al público lo que era la luz y la electricidad

En su juventud, Michael Faraday tuvo unos  humildes comienzos como repartidor de periódicos y aprendiz de encuadernador. Sin embargo, su afición al experimento y la investigación le llevó a descubrir algunos de los secretos más guardados de la Naturaleza. De hecho, el concepto de “Campo” que tanto hoy manejan los físicos, es debido a él. Gracias a sus trabajos y los resultados obtenidos en sus miles de experimentos, pudo Maxwell (un gran físico y matemático), crear su teoría de la luz y el electromagnetismo mediante sus famosas ecuaciones vectoriales.

                                   James Clark Maxwell

El trabajo más importante de Maxwell se efectuó entre 1864 y 1873, cuando dio forma matemática a las especulaciones de Faraday respecto a las líneas de fuerza magnéticas. Al hacerlo, Maxwell, pudo conseguir unas cuantas ecuaciones simples que expresaban todos los fenómenos variados de electricidad y magnetismo y las unió de un modo indisoluble. Su teoría demostraba que la electricidad y  el magnetismo no podían existir aisladamente, donde esta una allí estaba el otro, por tanto, se hace referencia a su obra, generalmente, como la teoría del electromagnetismo.

La “profesionalización” e “institución” de la ciencia, entendiendo por tal que la práctica de la investigación científica se convirtiese en una profesión cada vez más abierta a personas sin medios económicos propios, que se ganaban la vida a través de la ciencia y que llegasen a atraer la atención de gobiernos e industrias, tuvo su explosión a lo largo de 1.800, y muy especialmente gracias al desarrollo de dos disciplinas, la química orgánica y el electromagnetismo. Estas disciplinas, junto a las matemáticas, la biología y las ciencias naturales (sin las cuales sería una necedad pretender que se entiende la naturaleza, pero con menos repercusiones socio-económicas), experimentaron un gran desarrollo entonces, tanto en nuevas ideas como en el número de científicos importantes: Faraday, Maxwell, Lyell, Darwin y Pasteur, son un ejemplo. Sin olvidar a otros como Mendel, Helmholtz, Koch, Virchow, Lister o Kelvin, o la matemática de Cauchy, de Gauss, Galois, Fourier, Lobachevski, Riemann, Klein, Cantor, Russell, Hilbert o Poincaré. Pero vamos a pararnos un momento en Faraday y Maxwell.

Las ecuaciones de Maxwell

Las ecuaciones de Maxwell, por dar una simple explicación de lo que significan, hace posible que tengamos una información fidedigna de cómo se transmite la información para la televisión, Internet y la telefonía en general, cuánto tarda en llegarnos la luz de las estrellas, cuál es la base del funcionamiento de las neuronas o como funciona cualquier central de electricidad, aparte de otros miles de fenómenos que podemos estar experimentando en nuestras vidas cotidianas que están relacionados con la luz, la electricidad y el magnetismo. Y, todo ello, se explica con esas cuatro “sencillas ecuaciones”.

Para la electricidad, magnetismo y óptica, fenómenos conocidos desde la antigüedad, no hubo mejor época que el siglo XIX. El núcleo principal de los avances que se produjeron en esa rama de la física (de los que tanto se benefició la sociedad -comunicaciones telegráficas, iluminación, tranvías y metros, etc.-) se encuentra en que, frente a lo que se suponía con anterioridad, se descubrió que la electricidad y el magnetismo no eran fenómenos separados.

Estatua de Hans Christian Ørsted en Ørstedsparken,  Copenhague, Dinamarca. Hans Christian Orsted físico y químico danés, que descubrió  en 1819  que la aguja imantada de  una brújula se desviaba cuando se encontraba próxima a un cable conductor por el cual fluía  una corriente eléctrica. Esta desviación implica la existencia de un campo magnético en la región vecina al conductor. Asi se demostraba  la existencia de un campo magnético en torno a todo conductor por el que fluye una corriente eléctrica,  este descubrimiento fue crucial  ya que puso en evidencia la relación existente entre la electricidad y el magnetismo.

Así que, el  punto de partida para llegar a este resultado crucial fue el descubrimiento realizado en 1.820 por el danés Hans Christian Oersted (1777 – 1851) de que la electricidad produce efectos magnéticos: observó que una corriente eléctrica desvía una aguja imanada. La noticia del hallazgo del profesor danés se difundió rápidamente, y en París André-Marie Ampère (1775 – 1836) demostró experimentalmente que dos hilos paralelos por los que circulan corrientes eléctricas de igual sentido, se atraen, repeliéndose en el caso de que los sentidos sean opuestos.

 

 

La expresión diferencial

×HJ (“Ley de Ampère“)

conocida como “Ley de Ampère“, muestra la relación que existe entre el campo H y la fuente J cuando las corrientes y los campos no cambian el tiempo, pero falla cuando los fenómenos no son estacionarios. La contribución de Maxwell se resume en haber agregado a J, el sumando ∂D/∂t correspondiente a la corriente de desplazamiento en los fenómenos no estacionarios, algo que nadie había medido y que no resultaba intuitivo. La falta de ese término deja fuera los casos dinámicos, muchos casos tan importantes como por ejemplo las Ondas Electromagnéticas !

Con esta formulación, Ampère avanzaba la expresión matemática que representaba aquellas fuerzas. Su propósito era dar una teoría de la electricidad sin más que introducir esa fuerza (para él “a distancia”).

Pero el mundo de la electricidad y el magnetismo resultó ser demasiado complejo como para que se pudiera simplificar en un gráfico sencillo, como se encargó de demostrar uno de los grandes nombres de la historia de la ciencia: Michael Faraday (1791 – 1867), un aprendiz de encuadernador que ascendió de ayudante de Humphry Davy (1778 – 1829) en la Royal Intitution londinense.

     En este humilde rinconcillo trabajaba -faraday

En 1.821, poco después de saber de los trabajos de Oersted, Faraday, que también dejó su impronta en la química, demostró que un hilo por el que pasaba una corriente eléctrica podía girar de manera continua alrededor de un imán, con lo que vio que era posible obtener efectos mecánicos (movimiento) de una corriente que interacciona con un imán. Sin pretenderlo, había sentado el principio del motor eléctrico, cuyo primer prototipo sería construido en 1.831 por el físico estadounidense Joseph Henry (1797 – 1878).

Lo que le interesaba a Faraday no eran necesariamente las aplicaciones prácticas, sino principalmente los principios que gobiernan el comportamiento de la naturaleza, y en particular las relaciones mutuas entre fuerzas, de entrada, diferentes. En este sentido, dio otro paso importante al descubrir, en 1.831, la inducción electromagnética, un fenómeno que liga en general los movimientos mecánicos y el magnetismo con la producción de corriente eléctrica.

 

      Dinamo de Pacinotti, 1860.

 

               Dínamo de Pixii.
Dínamo pequeño Gramme, ca. 1878.

Este fenómeno, que llevaría a la dinamo, representaba el efecto recíproco al descubierto por Oersted; ahora el magnetismo producía electricidad , lo que reforzó la idea de que un lugar de hablar de electricidad y magnetismo como entes separados, sería más preciso referirse al electromagnetismo.

La intuición natural y la habilidad experimental de Faraday hicieron avanzar enormemente el estudio de todos los fenómenos electromagnéticos. De él es, precisamente, el concepto de campo que tanto juego ha dado a la física.

Sin embargo, para desarrollar una teoría consistente del electromagnetismo se necesitaba un científico distinto: Faraday era hábil experimentador con enorme intuición, pero no sabía expresar matemáticamente lo que descubría, y se limitaba a contarlo. No hubo que esperar mucho, ni salir de Gran Bretaña para que un científico adecuado, un escocés de nombre James Clerk Maxwell (1831 – 1879), hiciera acto de presencia.

Las ecuaciones de Maxwell cumplieron 150 años el pasado día 14 abril 2014. Publicado por Augusto en Divulgación, Historia de la Física. Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones (originalmente 20 ecuaciones) que describen por completo los fenómenos electromagnéticos. La gran contribución de James Clerk Maxwell fue reunir en estas ecuaciones largos años de resultados experimentales, debidos a Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday y otros,  introduciendo los conceptos de campo y corriente de desplazamiento, y unificando los campos eléctricos y magnéticos en un solo concepto: El Campo Electromagnético.

Las cuatro ecuaciones de Maxwell describen todos los fenómenos electromagnéticos, aquí se muestra la inducción magnética por medio de una corriente eléctrica en la figura situada en primer lugar. En la segunda se quiere escenificar el Flujo eléctrico de una carga puntualen una superficie cerrada. En la tercera imagen, quedan escenificadas las líneas de campo magnético que comienzan y terminan en el mismo lugar, por lo que no existe un monopolo magnético.

Maxwell desarrolló las matemáticas para expresar una teoría del magnetismo-electricidad (o al revés) que sentó las bases físicas de aquel fenómeno y contestaba a todas las preguntas de los dos aspectos de aquella misma cosa, el electromagnetismo. En sus ecuaciones vectoriales estaban todos los experimentos de Faraday, que le escribió una carta pidiéndole que le explicara, con palabras sencillas, aquellos números y letras que no podía entender.

Pero además, Maxwell también contribuyó a la física estadística y fue el primer director del Laboratorio Cavendish, unido de manera indisoluble a la física de los siglos XIX y XX (y también al de biología molecular) con sede en Cambridge.

Su conjunto de ecuaciones de, o en, derivadas parciales rigen el comportamiento de un medio (el campo electromagnético) que él supuso “transportaba” las fuerzas eléctricas y magnéticas; ecuaciones que hoy se denominan “de Maxwell”. Con su teoría de campo electromagnético, o electrodinámica, Maxwell logró, además, unir electricidad, magnetismo y óptica. Las dos primeras, como manifestaciones de un mismo substrato físico, electromagnético, que se comporta como una onda, y la luz, que es ella misma, una onda electromagnética, lo que, en su tiempo, resultó sorprendente.

Más de ciento treinta años después, todavía se podía o se puede apreciar la excitación que sintió Maxwell cuando escribió en el artículo Sobre las líneas físicas de la fuerza, 1861 – 62, en el que presentó esta idea: “Difícilmente podemos evitar la inferencia de que la luz consiste de ondulaciones transversales del mismo medio que es la causa de los fenómenos eléctricos y magnéticos.”

Todo aquello fue posible gracias a las bases sentadas por otros y a los trabajos de Faraday como experimentador infatigable, que publicaba sus resultados en artículos y los divulgaba en conferencias en la sede de la Royal Institution londinense. Todos estos artículos y conferencias fueron finalmente publicados en el libro que llamaron Philosophical transactions de la Royal Society, y Experimental researches in chemistry and physics (Richard Taylor y William Francis, Londres, 1859; dos grandes científicos unidos por la historia de la ciencia que nos abrieron puertas cerradas que nos dejaron entrar al futuro).

Claro que, si miramos hacia atrás en el tiempo, ¿cuántas historias como ésta podemos encontrar? Para cualquiera de las cosas que ahora sabemos, casi siempre, ha sido necesario aunar los pensamientos dispersos de muchos que, aunados en un sólo y completo pensamiento, ha podido formar la teoría final que nos explicaron el funcionamiento de la Naturaleza. Así ha ocurrido siempre y seguirá pasando. Einstein se tuvo que vales de ideas dispersas de Mach, Maxwell, Riemann, Lorentz y algunos otros para poder formular su bella Teoría de la Relatividad.

Faraday fue  el prototipo de expèrimentador de los fenómenos físicos

A finales del siglo XIX, poca gente sabía con exactitud a qué se dedicaban los “físicos”.  El término mismo era relativamente nuevo.  En Cambridge, la física se enseñaba como del grado de matemáticas. En este sistema no había espacio la investigación: se consideraba que la física era una rama de las matemáticas y lo que se le enseñaba a los estudiantes era como resolver problemas.

En la década de 1.870, la competencia económica que mantenían Alemania, Francia, Estados Unidos, y Gran Bretaña se intensificó.  Las Universidades se ampliaron y se construyó un Laboratorio de física experimental en Berlín.

Cambridge sufrió una reorganización. William Cavendish, el séptimo duque de Devonshire, un terrateniente y un industrial, cuyo antepasado Henry Cavendish había sido una temprana autoridad en teoría de la gravitación, accedió a financiar un Laboratorio si la Universidad prometía fundar una cátedra de física experimental.  Cuando el laboratorio abrió, el duque recibió una carta en la que se le informaba (en un elegante latín) que el Laboratorio llevaría su .

                   Primer profesor J. J. Thomson director del laboratorio


Tras intentar conseguir sin éxito atraer primero a William Thomson, más tarde a lord Kelvin (quien otras cosas, concibió la idea del cero absoluto y contribuyó a la segunda ley de la termodinámica) y después a Hermann von Helmohltz, de Alemania (entre cuyas decenas de ideas y descubrimientos destaca una noción pionera del cuanto), finalmente se ofreció la dirección del centro a James Clerk Maxwell, un escocés graduado en Cambridge. Este fue un hecho fortuito, pero Maxwell terminaría convirtiéndose en lo que por lo general se considera el físico más destacado entre Newton y   Einstein.  Su principal aportación fue, por encima de todo, las ecuaciones matemáticas que permiten entender perfectamente la electricidad y el magnetismo.  Estas explicaban la naturaleza de la luz, pero también condujeron al físico alemán Heinrich Hertz a identificar en 1.887, en Karlsruhe, las ondas electromagnéticas que hoy conocemos ondas de radio.

En el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, Cockcroft y Walton construyeron este acelerador de 500 kilovolts en 1932. Si lo comparamos con el LHC del CERN nos podemos dar de cómo la Ciencia ha ido avanzando en relativamente tan poco tiempo y, desde entonces hemos alcanzado un nivel que nos permite trabajar con 14 TeV, una energía de todo punto imposible e impensable en aquellos primeros tiempos.

Maxwell también creó un programa de investigación en Cavendish con el propósito de idear un estándar preciso de medición eléctrica, en particular la unidad de resistencia eléctrica, el ohmio.  Esta era una cuestión de importancia internacional debido a la enorme expansión que había experimentado la telegrafía en la década de 1.850 y 1.860, y la iniciativa de Maxwell no solo puso a Gran Bretaña a la vanguardia de este campo, sino que también consolidó la reputación del Laboratorio Cavendish como un centro en el que se trataban problemas prácticos y se ideaban nuevos instrumentos.

Tubo de vacío usado por JJ Thomson en uno de los experimentos realizados para el electrón. Expuesto en el museo del laboratorio Cavendish. Aquellos físicos primeros que abrieron el camino a lo que más tarde sería la física moderna, tuvieron un gran mérito al poder avanzar hacia el conocimientos de las cosas, de la Naturaleza, con pocas herramientas y mucha imaginación.

A este hecho es posible atribuir del crucial papel que el laboratorio iba a desempeñar en la edad dorada de la Física, entre 1.897 y 1.933.  Los científicos de Cavendish, se decía, tenían “sus cerebros en la punta de los dedos.”

Maxwell murió en 1.879 y le sucedió lord Rayleigh, quien continuó su labor, pero se retiró después de cinco años y, de manera inesperada, la dirección pasó a un joven de veintiocho años, Joseph John Thomson, que a pesar de su juventud ya se había labrado una reputación en Cambridge como un estupendo físico-matemático.  Conocido universalmente como J.J., puede decirse que Thomson fue quien dio comienzo a la segunda revolución científica que creó el mundo que conocemos.

Ernest Rutherford otro experimentador

Se dedicó al estudio de las partículas radioactivas y logró clasificarlas en alfaa (α), beta  (β) y gamma (γ). Halló que la radiactividad iba acompañada por una desintegración de los elementos, lo que le valió ganar el Premio Nobel de Química de 1908. Se le debe un modelo atómico con el que probó la existencia de núcleol en los átomos, en el que se reúne toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo.  Consiguió la primera transmutación artificial con la colaboración de su discípulo Frederick Soddy.

Henry Cavendish en su Laboratorio

La primera revolución científica comenzó con los descubrimientos de Copérnico, divulgados en 1.543, y los de Isaac Newton en 1.687 con su Gravedad y su obra de incomparable valor Principia Matemática, a todo esto siguió los nuevos hallazgos en la Física, la biología y la psicología.

Pero fue la Física la que abrió el camino.  Disciplina en permanente cambio, debido principalmente a la de entender el átomo (esa sustancia elemental, invisible, indivisible que Demócrito expuso en la Grecia antigua).

            John Dalton

En estos primeras décadas del siglo XIX, químicos como John Dalton se habían visto forzados a aceptar la teoría de los átomos como las unidades mínimas de los elementos, con miras a explicar lo que ocurría en las reacciones químicas (por ejemplo, el hecho de que dos líquidos incoloros produjeran, al mezclarse, un precipitado blanco).  De similar, fueron estas propiedades químicas y el hecho de que variaran de forma sistemática, combinada con sus pesos atómicos, lo que sugirió al ruso Dimitri Mendeleyev la organización de la Tabla Periódica de los elementos, que concibió jugando, con “paciencia química”, con sesenta y tres cartas en su finca de Tver, a unos trescientos kilómetros de Moscú.

Pero además, la Tabla Periódica, a la que se ha llamado “el alfabeto del Universo” (el lenguaje del Universo), insinuaba que existían todavía elementos por .

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          Dimitri Mendeléiev en 1897

La tabla de Mendeleyev encajaba a la perfección con los hallazgos de la Física de partículas, con lo que vinculaba física y química de racional: era el primer paso hacia la unificación de las ciencias que caracterizaría el siglo XX.

En Cavendish, en 1.873, Maxwell refinaría la idea de átomo al introducir la idea de campo electromagnético (idea que tomó prestada de Faraday), y sostuvo que éste campo “impregnaba el vacío” y la energía eléctrica y magnética se propagaba a través de él a la velocidad de la luz.  Sin embargo, Maxwell aún pensaba en el átomo como algo sólido y duro y que, básicamente, obedecían a las leyes de la mecánica.

El problema estaba en el hecho de que, los átomos, si existían, eran demasiado pequeños ser observados con la tecnología entonces disponible.

Esa situación empezaría a cambiar con Max Planck, el físico alemán que, como de su investigación de doctorado, había estudiado los conductores de calor y la segunda ley termodinámica, establecida originalmente por Rudolf  Clausius, un físico alemán nacido en Polonia, aunque lord Kelvin también había hecho algún aporte.

        El joven Max Planck

Clausius había presentado su ley por primera vez en 1.850, y esta estipulaba algo que cualquiera podía observar, a saber, que cuando se realiza un la energía se disipaba convertida en calor y que ese calor no puede reorganizarse en una forma útil.  Esta idea, que por lo demás parecería una anotación de sentido común, tenía consecuencias importantísimas.

Dado que el calor (energía) no podía recuperarse, reorganizarse y reutilizarse, el Universo estaba dirigiéndose gradualmente un desorden completo:

                                                                          cántaro roto…

 

Una casa que se desmorona nunca se reconstruye así misma, una botella rota nunca se recompone por decisión propia.  La palabra que Clausius empleó designar este fenómeno o desorden irreversible y creciente fue “entropía”: su conclusión era que, llegado el , el Universo moriría.

En su doctorado, Planck advirtió la relevancia de esta idea.  La segunda ley de la termodinámica evidenciaba que el tiempo era en verdad una fundamental del Universo, de la física.  Sea lo que sea, el tiempo es un componente básico del mundo que nos rodea y se relaciona con la materia de formas que todavía no entendemos.

La noción de tiempo implica que el Universo solo funciona en un sentido, hacia delante, nunca se está quieto ni funciona hacia atrás, la entropía lo impide, su discurrir no tiene marcha atrás. ¿No será nuestro discurrir lo que siempre marcha hacia delante, y, lo que tenemos por tiempo se limita a estar ahí?

En el Laboratorio Cavendish, me viene a la memoria que fue allí, donde Thomson, en 1.897, realizó el descubrimiento que vino a coronar anteriores ideas y trabajos de Benjanmin Franklin, Euge Goldstein, Wilhelm Röntgen, Henri Becquerel y otros.  El descubrimiento del electrón convirtió a la física moderna en una de las aventuras intelectuales más fascinantes e importantes del mundo contemporáneo.

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           Joseph John Thomson

Los “corpúsculos”, como Thomson denominó inicialmente a estas partículas, hoy conocidas como electrones, condujo de directa al trascendental avance realizado una década después por Ernest  Rutherford, quien concibió el átomo como una especie de “sistema solar” en miniatura, con los electrones diminutos orbitando alrededor de un núcleo masivo como hacen los planetas alrededor del Sol.  Rutherford demostró experimentalmente lo que Einstein  había descubierto en su cabeza y revelado en su famosa ecuación, E = mc2 (1905), esto es que la materia y la energía eran esencialmente lo mismo.

Todo aquello fue un gran paso en la búsqueda del conocimiento de la materia.  El genio, la intuición y la experimentación han sido esenciales en la lucha del ser humano con los secretos, bien guardados, de la Naturaleza.

emilio silvera