sábado, 25 de enero del 2020 Fecha
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¿La Mente? ¡Un Universo en sí misma!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Misterios de la Mente    ~    Comentarios Comments (9)

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Teseo, hijo del rey Egeo, soberano de Atenas,  que, tras abatir al Minotauro, logró salir del Laberinto de Creta con ayuda del hilo de Ariadna,  y regresar sano y salvo a su ciudad de origen. Es sabido que se le olvidó cambiar las velas de la nave. Su padre le había dicho que arriara las velas negras que llevaba si volvía a salvo de su misión, y que izara en su lugar unas blancas, olvido que acarreó el suicidio de su padre,  que se precipitó al mar que lleva su nombre.

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                                    Ariadna le da el hilo a Teseo

Hay, según quien lo cuente, muchas versiones sobre la causa de este olvido. Para Plutarco es la alegría de la hazaña heroica; para Diodoro, Apolodoro, Pausanias e Higino, la pena que lo embargó de añoranza por la pérdida de Ariadna. Para Catulo se trata de un castigo divino de Júpiter como venganza por el abandono de Ariadna. Podemos incluso llegar a pensar, siguiendo a Sigmund Freud, que se trata de un ajuste de cuentas: el olvido del héroe no sería un acto involuntario, sino la afloración del deseo inconsciente de matar al padre que todo hijo lleva consigo debido al complejo de Edipo. En efecto, al desembarcar en el Ática el príncipe heredero, una vez fallecido el monarca, sería coronado rey él mismo: a rey muerto, rey puesto.

El caso es que, leyendo la biografía de Teseo que escribió Plutarco, que traza un paralelismo con la de Rómulo, me encuentro con la célebre paradoja de la nave de Teseo.

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Teseo se preguntaba si cuando, en su paradoja de reemplazo, si cuando a un objeto se le reemplazan todas las piezas, seguía siendo el mismo objeto. De la misma manera, nosotros, a medida que vamos evolucionando a lo largo de nuestras vidas, nos vamos transformando en otro muy diferente, toda vez que, las experiencias vivídas, nos cambian y nuestra mente de hoy, no es la mente de ayer. Ya lo decía Heráclito, el gran filósofo griego:

“Ningún hombre puede cruzar el mismo río dos veces, porque ni el hombre ni el agua serán los mismos.” Nada permanece y todo cambia continuamente.

 

¿La metafísica? Una escalera que no hemos podido subir y una puerta, que tampoco hemos sabido cruzar. Es lo que está más allá de lo material, incluso sobrepasa el mundo filosófico de los pensamientos que se pueden constatar para adentrarse en ese otro “mundo” en el que la mente divaga y quiere llegar mucho más lejos  de lo que le está permitido.

¿Hacia dónde vamos?

Habiendo finalizado la lectura de Las sombras de la mente, de Roger Penrose, en la que nos habla de la posibilidad de comprender de manera científica lo que la conciencia es y, extrapola dicha conciencia, hasta ese otro mundo de la I.A., en el que, si nada lo remedia, estamos inmersos hasta tal punto que, en el futuro más o menos lejano, será lo que predomine tanto aquí en la la Tierra, como en los mundos y lunas que nos acompañan en el Sistema solar, e, incluso, mucho más allá. Ellos serán, los Robots, los que surquen los cielos y el espacio interestelar en busca de las estrellas.

Conociendo el Universo

Resultado de imagen de Hay simetría, elegancia y gracia… esas cualidades a las que se acoge el verdadero artista De Frases escogidas de Muad´Dib, por la Princesa Irulan.

                 Hay en todas las cosas un ritmo que es de nuestro Universo.

“Hay simetría, elegancia y gracia… esas cualidades a las que se acoge el verdadero artista. Uno puede encontrar ese ritmo en la sucesión de las estaciones, en la que la arena modela una cresta, en las ramas de un arbusto creosota o en el diseño de sus hojas. Intentamos copiar ese ritmo en nuestras vidas y en nuestra sociedad, buscando la medida y la cadencia que reconfortan. Y sin embargo, es posible ver un peligro en el descubrimiento de la perfección última. Está claro que el último esquema contiene en sí mismo su propia fijeza. En esta perfección, todo conduce hacia la muerte.”

De “Frases escogidas de Muad´Dib”, por la Princesa Irulan.

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Este grupo de singulares estrellas se ubica dentro de la concentración estelar R136, centro del cúmulo estelar NGC 2070, que a su vez se encuentra dentro de la Nebulosa de la Tarántula, en la Nube Grande de Magallanes. Este cúmulo ya era conocido por albergar estrellas monstruosas: en el año 2010 se confirmó que R136a1, una estrella perteneciente al cúmulo, es la estrella más masiva y más luminosa que se ha detectado en todo el Universo. Posee 315 veces la masa del Sol, y 8.700.000 veces su luminosidad.

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“La gigantesca y joven agrupación estelar, llamada R136, sólo tiene unos pocos millones de años de edad y reside en la Nebula 30 Doradus, una turbulenta región de nacimiento de estrellas en la Nube Grande de Magallanes, una galaxia satélite de nuestra Vía Láctea. No hay región con formación de estrellas conocida en nuestra galaxia tan grande o prolífica como la 30 Doradus. Muchas de las azules como diamantes están entre las mayores conocidas. Buena parte de ellas son unas 100 veces más grandes que nuestro sol. Estas estrellas Hipergigantes están destinadas a explotar como Supernovas dejando “regado el espacio Interestelar de materiales complejos y, como remanente, ahí quedará un Agujero negro.

nebulosa planetaria

                                       La familia de las Nebulosas planetarias es grande y muy variada

Si las estrellas son corrientes, como nuestro Sol, entonces, lo que queda al final de sus vidas es una bonita Nebulosa Planetaria y, en el centro, una estrella radiante enana blanca que emite con rabia en el ultravioleta, y, pasado algunos cientos de años, se enfriará para quedar como un cadáver estelar.

Los fenómenos y maravillas que podemos descubrir en el Universo son inagotables, estamos y pertenecemos a un Universo inmenso que, casi con toda seguridad, nunca podremos recorrer. Descubrimos regiones lejanas, situadas a miles de millones de años-luz de la nuestra, y, nuestros “ojos”, son los cada vez más sofisticados telescopios que nuestra ingenio construye. Sin embargo, nunca podrán, los telescopios, enseñarnos imágenes de objetos de hoy en esas distancias, ya que, cuando nos muestra una galaxia situada a cinco mil millones de años luz de la Tierra, nos está mostrando cómo era esa galaxia hace cinco mil millones de años.

 

 

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                                                   La inmensa Nebulosa molecular Messier 78

Cada día tratamos de dar un repaso a temas de interés y siempre procurando que sean interesantes para que capten la atención del visitante. Como todos sabéis, nos centramos en la Física, astrofísica, Astronomía en general y también, de hechos del pasado que nos dejaron aquellas civilizaciones antiguas para que hoy, podamos nosotros ser lo que somos y haber llegado hasta dónde nos encontramos gracias a la contribución de muchos que antes que nosotros, pasaron por aquí, y dejaron sus obras en este mundo privilegiado. La Mente siempre ha sido uno de los temas preferidos que, por su complejidad y misterio, ha despertado nuestra curiosidad.

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Sí, con frecuencia hemos hablado aquí de la Mente y de la Materia, del Universo y de las galaxias que lo pueblan, de los Mundos y de la Vida, de las múltiples teorías que observando y experimentando hemos creado para poder explicar la Naturaleza, de las Constantes Universales y de las cuatro Fuerzas Fundamentales. En fin, hemos hablado de los objetos exóticos que pueblan el universo y de las maravillas que ocurren en el corazón de las estrellas que, a temperaturas de millones de grados, transmutan los elementos simples en otros más complejos. De todo eso y de muchas más cosas hemos hablado aquí y, posiblemente, algún lector, haya podido aprender alguna cosa. Siempre hemos procurado exponer los temas de la manera más sencilla posible y, si lo hemos logrado o no, serán ustedes los que lo tengan que juzgar.

Una galaxia es un universo en miniatura, allí pueden estar representados todos y cada uno de los objetos que pueblan el Cosmos. En el ámbito de una galaxia todas las fuerzas del universo actúan allí a nivel local, La Gravedad mantiene allí unidas a las estrellas y los mundos, las Nebulosas y las ingentes cantidades de gas y polvo que contienen crear estrellas nuevas. Allí, en las galaxias, residen agujeros negros, estrellas de neutrones y una gran variedad de estrellas y de sistemas solares, así como cometas errantes y enormes meteoritos que vagan por el espacio interestelar. En una galaxia, amigos míos, podemos encontrar todo aquello que en el universo existe. Las hay muy pequeñas, enanas con menos de un millón de estrellas y también, las hay gigantes y supergigantes que llegan a tener muchos cientos de miles de millones de estrellas. Algunas tienen diámetros que sobrepasan los 600.000 años-luz.

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Galaxia Seyfert, NGC 1566 en la constelación de El Dorado, distante a unos 50 millones de años-luz

Pueden estar aisladas y también en pequeños grupos (como nuestro Grupo Local de Galaxias donde reinan Andrómeda y la Vía Láctea. Pero, también existen enormes estrucutras, cúmulos y supercúmulos de galaxias como el de Virgo. Muchos son los tipos de galaxias conocidos y, referidas al material que las conforma, a su físicas específicas, o, también, a otras circunstancias especiales, raras o exóticas, la familia de las galaxias es grande y muy variada.

Y, en todo ese aparente maremágnum, apareció la vida. “La Vida, como una cúpula de vidrio multicolor, mancha el blanco resplandor de la eternidad.” De la misma manera que no llegamos a comprender el Universo, tampoco conocemos lo que la vida es, y, hasta las definiciones que hemos encontrado explicarla, ni se acercan a la realidad, a la grandiosidad, a la maravillosa verdad que el universo nos muestra a través de la vida, en la que, a veces, subyacen los pensamientos y los mejores sentimientos.

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Siempre quisimos conocer sobre las cosas, entender el Universo y los objetos que lo pueblan, esa maravilla que llamamos vida, lo que el Tiempo es, los misteriosos comportamientos del “mundo” cuántico…

Aquí, como decía al principio, hemos comentado sobre los muchos procesos científicos que, de alguna manera, han podido involucrar a más de uno que, habiendo sentido curiosidad y teniendo ganas de saber, han seguido con cierta fidelidad lo que aquí pasaba. Hemos podido explicar que, la Astronomía, al destrozar las esferas cristalinas que, según se decía, aislaban la Tierra de los ámbitos etéreos que se hallan por encima de la Luna, nos puso en el Universo. También hemos podido contaros que la Física cuántica destruyó la metafórica hoja de cristal que supuestamente separaba al observador distante del mundo observado. Juntos, hemos podido que estamos todos, inevitablemente enredados en aquello que no conocemos pero que, deseamos conocer.

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La Astrofísica, al demostrar que la materia es la misma en todas partes y que en todas partes obedece a las mismas leyes, nos reveló una unidad cósmica que se extiende la fusión nuclear en el núcleo de las estrellas, hasta la química de la Vida. La Evolución darwiniana, al destacar que todas las especies (al menos de la vida terrestre que conocemos), están relacionadas y que todas surgieron a partir de la “materia inerte”, puso de manifiesto que no hay ninguna muralla que nos separe de las otras criaturas de la Tierra, o del planeta que nos dio la vida yb que, en definitiva, estamos hechos del mismo material que están hechos los mundos.

Sí, formamos parte del Universo y siempre lo estamos escudriñando para poder desvelar nuestros propios secretos

La convicción de que, en cierto sentido, formamos una unidad con el universo, por supuesto, ha sido afirmada antes muchas veces por hombres sabios en otras esferas del pensamiento. Acordémonos de lo que dijo Heráclito: “Todas las cosas son una sola cosa”; Lao-tse en China, describió al hombre y la Naturaleza como gobernados por un solo principio (lo llamó el Tao); y la creencia en la unidad de la Humanidad con el Cosmos estaba difundida los pueblos anteriores a la escritura, como lo puso de relieve el jefe indio suquamish Seattle, quien declaró en su lecho de muerte que “todas las cosas están conectadas, como la sangre que une a una familia”.

Pero hay algo sorprendente en el hecho de que la misma concepción general ha surgido de ciencias que se enogullecen de su lúcida búsqueda de hechos objetivos, empíricos. Desde los mapas de cromosomas y los registros fósiles que representan la interconexión de todos los seres vivos de la Tierra, hasta la semejanza de  las proporciones químicas cósmicas con las de las especies vivas terrestres, nos muestran que realmente formamos del universo en su conjunto.

El Tiempo pasa inexorable, las cosas cambian, evolucionan y se adaptan al medio, se forman sustancias y elementos que conforman células vivas que, con el tiempo, con las directrices del ADN, surgen lo que nos define como seres vivos. Nuestra intuición nos sugiere que las alas han aparecido para volar, los ojos para ver y las moléculas para desempeñar una función en la célula.

Hace tiempo ya que, me resulta difícil no creer en la presencia de Vida en otros Mundos. “Un triste espectáculo. Si están habitados, ¡qué campo el sufrimiento y la locura! Si no están habitados, ¡qué despilfarro de espacio!” La verificación científica de nuestra participación en las acciones del Cosmos tiene, luego, muchas implicaciones. Una de ellas, de la que hemos hablado aquí con frecuencia, es que, si la vida inteligente ha podido evolucionar aquí en la Tierra también puede haberlo hecho en otras partes del universo.

En cualquier planeta como la Tierra (de los que se ha calculado que existen  miles de millones sólo en nuestra Galaxia) que orbite una estrella como el Sol (de las que existen diez mil de millones sólo en nuestra Galaxia), si están situados a la distancia adecuada que esté presente el agua líquida, lo más probable es, que la vida prolifere y, con el tiempo suficiente, evolucionar hasta la inteligencia. tranquilamente podemos especular que no somos la única especie que ha estudiado el universo y que se ha preguntado sobre su papel dentro de él.

 

 Ser consciente y tener conciencia del lugar que ocupamos en el inmenso Universo… ¡Nos hace humildes!

Muchos han los que han querido explicar lo que es la conciencia.  En 1.940, el gran neurofisiólogo Charles Sherrington lo intento y puso un ejemplo de lo que él pensaba sobre el problema de la conciencia.  Unos pocos años más tarde también lo intentaron otros y, antes, el mismo Bertrand Russell hizo lo propio, y, en todos los casos, con más o menos acierto, el resultado no fue satisfactorio, por una sencilla razón: nadie sabe a ciencia cierta lo que en verdad es la conciencia y cuales son sus verdaderos mecanismos; de hecho, Russell expresó su escepticismo sobre la capacidad de los filósofos para alcanzar una respuesta:

“Suponemos que un proceso fisico da comienzo en un objeto visible, viaja hasta el ojo, donde se convierte en otro proceso físico en el nervio óptico y, finalmente, produce algún efecto en el cerebro al mismo tiempo que vemos el objeto donde se inició el proceso; pero este proceso de ver es algo “mental”, de naturaleza totalmente distinta a la de los procesos físicos que lo preceden y acompañan.  Esta concepción es tan extraña que los metafísicos han inventado toda suerte de teorías con el fin de sustituirla con algo menos increíble”.

 

Nuestra comprensión de la relación entre la mente y el universo puede depender de que podamos tomar con otra especie inteligente con la cual compararnos. Raramente la Ciencia ha obtenido buenos resultados al estudiar fenómenos de los que sólo tenía un ejemplo. Las leyes de Newton y Einstein habrían sido mucho más difíciles -quizás imposibles- de formular si sólo hubiese habido un planeta para someterlas a prueba, y a menudo se dice que el problema de la cosmología es que sólo tenemos un universo para examinar. (El descubrimiento de la evolución cósmica reduce un poco esta dificultad al ofrecer a nuestra consideración el muy diferente del universo en los primeros momentos de la evolución cósmica). La cuestión de la vida extraterrestre, pues, va más allá de problemas como el de si estamos sólos en el universo, o si podemos esperar tener compañia cósmica o si debemos temer tener invasiones exteriores; sino que también sería una manera de examinarnos a nosotros mismos y nuestra relación con el resto de la Naturaleza.

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El cerebro, aunque sea material, es un campo desconocido. Allí residen los misterios más profundos

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Es cierto que nuestras Mentes parten de lo material para surgir como entes inmateriales que pueden ir mucho más allá de lo que un simple cuerpo material podría. Es como comenzar a subir esa escalera de interminables escalones que nos lleva hasta el inifnito que nunca podremos alcanzar.

Hay cuestiones que van mucho más allá de nuestros pensamientos, sobrepasan la propia filosofía y entran en el campo inmaterial de la Metafísica, quizá el único ámbito que realmente pueda explicar lo que la Mente es. Allí reside la esencia de lo complejo, del SER. Ya sabéis:

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“Todo presente de una sustancia simple

es naturalmente una consecuencia de su estado

anterior, de modo que su presente está cargado de su futuro.”

 

Sabemos eso pero, ¿Qué futuro es el nuestro? Si estrapolamos lo anterior a nosotros y a nuestro futuro resultará que, el futuro será para nosotros lo que queramos que sea, es decir, lo podemos construir con nuestras acciones de hoy que harán el mañana.

emilio silvera

¿Qué es la masa?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (0)

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                                                                      Patrón del Kilogramo

“Es una propiedad extrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gracvitacional. La masa gravitatoria es la medida de la fuerza de atracción gravitatoria que experimenta una porción de materia básica dentro de un campo gravitatorio. Aunque neméricamente idéntica a la masa inercial, conceptualmente difiere de esta.”

 

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

How the LHC works

Lanzado un haz de muones por los tubos del LHC a velocidades cercanas a la de la luz, ganaron diez veces su masa. Es decir, con la velocidad, cuando se acerca a la de c, cualquier cuerpo gana en masa, ya que, siendo el límite la velocidad de la luz, c, cuando va alcanzandola, se frena y la energía de inercia se convierte en masa.

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

Ese es el problema de trasfondo con el que tenemos que encarar el problema de los quarks, los leptones y los vehículos de las fuerzas, que se diferencian por sus masas.  Hace que la historia de Higgs se tenga en pie: la masa no es una propiedad intrinseca de las partículas, sino una propiedad adquirida por la interacción de las partículas y su entorno.

La idea de que la masa no es intrinseca como la carga o el espín resulta aún más plausible por la idílica idea de que todos los quarks y fotones tendrían masa cero. En ese caso, obedecerían a una simetría satisfactoria, la quiral, en laque los espines estarían asociados para siempre con su dirección de movimiento. Pero ese idilio queda oculto por el fenómeno de Higgs.

¡Ah, una cosa más! Hemos hablado de los bosones gauge y de su espín de una unidad; hemos comentado también las partículas fermiónicas de la materia (espin de media unidad). ¿Cuál es el pelaje de Higgs? Es un bosón de espin cero.  El espín supone una direccionalidad en el espacio, pero el campo de Higgs da masa a los objetos dondequiera que estén y sin direccionalidad.  Al Higgs se le llama a veces “bosón escalar” [sin dirección] por esa razón. Después de ser descubierto por el LHC, se dieron algunas explicaciones.

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La interacción débil, recordareis, fue inventada por E. Fermin para describir la desintegración radiactiva de los núcleos, que era básicamente un fenómeno de poca energía, y a medida que la teoría de Fermi se desarrolló, llegó a ser muy precisa a la hora de predecir un enorme número de procesos en el dominio de energía de los 100 MeV.  Así que ahora, con las nuevas tecnologías y energías del LHC, las esperanzas son enormes para, por fin, encontrar el bosón Higgs origen de la masa… y algunas cosas más.

Hay que responder montones de preguntas.  ¿Cuáles son las propiedades de las partículas de Higgs y, lo que es más importante, cuál es su masa? ¿Cómo reconoceremos una si nos la encontramos en una colisión de LHC? ¿Cuántos tipos hay? ¿Genera el Higgs todas las masas, o solo las hace incrementarse? ¿Y, cómo podemos saber más al respecto? Como s su partícula, nos cabe esperar que la veamos ahora después de gastar más de 50.000 millones de euros en los elementos necesarios para ello.

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El concepto de campo escalar data del siglo XIX y su aplicación está orientada a la descripción de fenómenos relacionados con la distribución de temperaturas dentro de un cuerpo, las presiones en el interior de fluidos, el potencial electrostático, la energía potencial en un sistema gravitacional, las densidades de población o de cualquier magnitud cuya naturaleza pueda aproximarse a una distribución continua.

También a los cosmólogos les fascina la idea de Higgs, pues casi se dieron de bruces con la necesidad de tener campos escalares que participasen en el complejo proceso de la expansión del Universo, añadiendo, pues, un peso más a la carga que ha de soportar el Higgs.

El campo de Higgs, tal y como se lo concibe ahora, se puede destruir con una energía grande, o temperaturas altas. Estas generan fluctuaciones cuánticas que neutralizan el campo de Higgs. Por lo tanto, el cuadro que las partículas y la cosmología pintan juntas de un universo primitivo puso y de resplandeciente simetría es demasiado caliente para Higgs. Pero cuando la temperatura cae bajo los 10’5grados kelvin o 100 GeV, el Higgs empieza a actuar y hace su generación de masas.  Así por ejemplo, antes de Higgs teníamos unos W, Z y fotones sin masa y la fuerza electrodébil unificada.

El Universo se expande y se enfría, y entonces viene el Higgs (que engorda los W y Z, y por alguna razón ignora el fotón) y de ello resulta que la simetría electrodébil se rompe.

Tenemos entonces una interacción débil, transportada por los vehículos de la fuerza W+, W-, Z0, y por otra parte una interacción electromagnética, llevada por los fotones. Es como si para algunas partículas del campo de Higgs fuera una especie de aceite pesado a través del que se moviera con dificultad y que las hiciera parecer que tienen mucha masa. Para otras partículas, el Higgs es como el agua, y para otras, los fotones y quizá los neutrinos, es invisible.

De todas las maneras, es tanta la ignorancia que tenemos sobre el origen de la masa que, nos agarramos como a un clavo ardiendo el que se ahoga, en este caso, a la partícula de Higgs que, algunos, han llegado a llamar:

¡La partícula Divina! Cuando en realidad, si al fin aparece, sólo será un fenómeno natural más.

¡Ya veremos en que termina todo esto!

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Peter Higgs, de la Universidad de Edimburgo, introdujo la idea en la física de partículas.  La utilizaron los teóricos Steven Weinberg y Vaduz Salam, que trabajaban por separado, para comprender como se convertía la unificada y simétrica fuerza electrodébil, transmitida por una feliz familia de cuatro partículas mensajeras de masa nula, en dos fuerzas muy diferentes: la QED con un fotón carente de masa y la interacción débil con sus W+, Wy Z0 de masa grande.  Weinberg y Salam se apoyaron en los trabajos previos de Sheldon Glasgow, quien tras los pasos de Julian Schwinger, sabía sólo que había una teoría electrodébil unificada, coherente, pero no unió todos los detalles. Y estaban Jeffrey Goldstone y Martines Veltman y Gerard’t Hooft.  También hay otras a los que había que mencionar, pero lo que siempre pasa, quedan en el olvido de manera muy injusta.  Además, ¿Cuántos teóricos hacen falta para encender una bombilla?

La verdad es que, casi siempre, han hecho falta muchos.  Recordemos el largo recorrido de los múltiples detalle sueltos y físicos que prepararon el terreno para que, llegara Einstein y pudiera, uniéndolo todos, exponer su teoría relativista.

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Sobre la idea de Peter Higgs, Veltman, uno de sus arquitectos, dice que es una alfombra bajo la que barremos nuestra ignorancia.  Glasgow es menos amable y lo llamó retrete donde echamos las incoherencias de nuestras teorías actuales.  La objeción principal: que no teníamos la menor prueba experimental. Ahora que dicen haberla hallado con los experimentos del LHC, las cosas han quedado algo más equilibrada con algunas reticencias.

Ahora, por fin la tendremos con el LHC, y ésta pega, se la traspasamos directamente a la teoría de supercuerdas.

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El modelo estándar es lo bastante fuerte para decirnos que la partícula de Higgs de menor masa (podría haber muchas) debe “pesar” menos de 1 TeV. ¿Por qué? Si tiene más de 1 TeV, el modelo estándar se vuelve incoherente y tenemos la crisis de la unitariedad.

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Después de todo esto, llego a la conclusión de que, el campo de Higgs, el modelo estándar y nuestra idea de cómo se hizo el Universo dependen de que se encuentre el bosón de Higgs.  Y ahora, por fin, tenemos un acelerador con la energía necesaria para que nos la muestre y que con su potencia pueda crear para nosotros una partícula que pese nada menos que 1 TeV.

¡La confianza en nosotros mismos, no tiene límites!

Sin embargo, en unos meses sabremos sobre el bosón de Higgs, hasta hace poco inalcanzable.

¿Pasará igual con las cuerdas?

emilio silvera

¿Qué hay en Marte? ¿Cómo fue? ¿Cómo será?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Marte    ~    Comentarios Comments (0)

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¡Marte! Siempre misterioso

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En las suaves laderas alrededor de la montaña, Curiosity buscará moléculas orgánicas, los componentes químicos fundamentales de la vida. El Orbitador de Reconocimiento de Marte ha encontrado una intrigante marca de arcilla cerca de la parte inferior de la montaña y sulfatos minerales un poco más arriba. Ambos minerales se forman en presencia de agua, lo cual incrementa la posibilidad de existencia de ambientes propicios para la vida.

La sonda o nave Curiosity, mira al horizonte lejano y ya, vislumbra su destino marciano, y, está deseosa de comenzar las misiones encomendadas para poder enviar a la Tierra, algunos datos más de los que ya, aquí son bien conocidos pero, antes de que nos lleguen informaciones nuevas, conozcamos algo de aquel planeta.

Conforme nos dicen las huellas dejadas, pocas dudas nos pueden caber de que, en el pasado lejano, Marte tenía sus mares y lagos extensos, incluso algunos, apuestan por un gran océano, a pesar de su porosa superficie. En muchos cañones profundos existen trazas de antiguos sedimentos lacustres, estratificados y de gran espesor; la apariencia moteada de algunas llanuras bajas septentrionales sugiere la presencia de muchos estanques.

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                                               Marte tenía agua y atrmósfera

La evidencia a favor de un mar grande ha sido controvertida, pero puede trazarse el límite de un posible océano alrededor de las llanuras septentrionales de tierra baja donde, en días más templados y agradables, grandes canales de desagüe procedentes de las tierras altas y llenas de cráteres descargaban su agua. La supuesta línea costera incluye acantilados erosionados, terrazas onduladas y cúspides. Bautizado como Oceanus Borealis, este mar marciano puede haber cubierto un tercio del planeta.

Como evidencia complementaria a favor de un océano, hay fuertes señales de que el hemisferio sur del planeta ha estado sometido a glaciación a gran escala. Marte tiene hoy un delgado casquete polar septentrional que contiene agua helada mezclada con hielo seco (dióxido de carbono congelado), y un casquete polar austral más espeso de hielo seco fundamentalmente. Los casquetes crecen u disminuyen con las estaciones; el casquete septentrional puede desaparecer por completo. Pero hace tiempo, una gruesa capa de agua helada se extendía desde el Polo Sur hasta los 33 grados de latitud. Quizá la fuente de todo éste hielo haya sido la evaporación del Oceanus Borealis.

Así robó el Sol la atmósfera de Marte
                       El viento solar y sus radiaciones roban el aire de Marte

En el curso de períodos geológicos, Marte se ha secado poco a poco a medida que el vapor de agua se perdía en el espacio debido a su baja gravedad. Una cantidad de agua equivalente a una profundidad global de 70 metros podría haberse perdido de esta forma. Más grave es el frío. Cuando la temperatura descendió bruscamente, las condiciones se hicieron inadecuadas para el agua líquida, y la mayor parte de los mares marcianos quedó incorporada en el permafrost. Es probable que antiguos lagos de descarga se hubieran congelados a altas latitudes, y sus remanentes quizá sigan allí, ocultos bajo capas de polvo y roca.

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La Actividad hidrológica del planeta sucedió hace mucho tiempo. Si alguna vez hubo ríos tranquilos con meandros, o si hubo océanos agitados, probablemente se secaron al menos hace tres mil quinientos millones de años. Sin embargo, quizá la degeneración del clima no haya sido una vía de dirección única. La lenta desecación podría haberse visto interrumpida por cortos episodios más cálidos, en los que el agua volvía a fluir libremente. Hay alguna evidencia de ello en el hecho de que algunos valles marcianos se formaron mucho más tarde. Además parece claro que algunos de los canales de desagüe mayores han sido excavados varias veces, lo que indica toda una serie de inundaciones. Todo esto sugiere que, por alguna razón, Marte volvió ocasionalmente, y quizá sólo por breve período de tiempo, a condiciones calientes y húmedas. Puede haber habido entonces un intenso reciclaje del agua a través del suelo y la atmósfera. Pero con cada ciclo de inundación y glaciación desaparecía más agua. Aunque algunos ríos pueden haber estado corriendo en Marte hace tan sólo unos pocos cientos de millones de años, estas corrientes eran débiles en comparación con las antiguas inundaciones, y habrían tenido poco efecto en el clima marciano.

Un cráter en suelo marciano que podría haberse formado por corrientes de agua

Los ríos marcianos ofrecen una clara evidencia de que el planea fue en algún momento más caliente y más húmedo. Pero, ¿cómo pudo ser esto? A primera vista hay una buena razón para creer que Marte debería haber estado aún más frío en el pasado que hoy. Esta tiene que ver con el denominado problema del Sol joven. A medida que el Sol envejece, se hace poco a poco más brillante debido a cambios en su constitución química. Hace cuatro mil millones de años, habría sido un 30 por 100 más tenue de lo que es hoy, reduciendo drásticamente su efecto calentador sobre el lejano Marte. Esto estaría contrarrestado en parte por el calentamiento geotérmico, producido por la radiactividad y el calor almacenado procedente de la formación del planeta, y ambos efectos fueron mucho más fuertes en el pasado. Sin embargo, el flujo de calor geotérmico por sí sólo no compensaría el efecto del Sol joven, tenue, y hay que encontrar otras razones para un clima más tibio.

La manera más fácil de hacer un planeta más caliente es utilizando el efecto invernadero. Los gases de invernadero tales como el dióxido de carbono actúan como un parasol, atrapando el calor del Sol cerca de la superficie del planeta. Hoy la atmósfera marciana es demasiado delgada como para producir mucho calentamiento por efecto invernadero, pero ciertamente habría sido mucho más espesa durante los primeros mil millones de años… Como sucede con la Tierra, Marte adquirió una densa atmósfera inicial tanto por la desgasificación del planeta como por el aporte de sustancias volátiles por parte de cometas, asteroides y planetesimales helados. Un CO2 abundante habría elevado la temperatura de modo espectacular.

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Las evidencias de pasados mares en Marte son grandes

De todas las maneras, los sucesos que llevaron a Marte a perder su atmósfera, sus mares y océanos, son muy diversas y serán los expertos geólogos los que nos puedan explicar aquellos posibles sucesos.

Respecto a la posibilidad de vida, el hecho de que Marte estuviera caliente y húmedo hace unos 3.500 millones de años es altamente significativo, pues significa que Marte se parecía a la Tierra en una época en que la vida existía aquí. Eso, como es lógico pensar, debería haber llevado a nuestro planeta hermano a que, como la Tierra y en las mismas circunstancias que ella, también fuera un lugar apropiado para la vida. Por sí misma, sin embargo, la presencia de agua líquida es sólo una parte de la historia. Lo que hace que las perspectivas de vida en Marte parezcan tan buenas, es que aquel planeta, no sólo tiene agua líquida sino también volcanes.

El Monte Olimpo del Planeta Marte

La montaña marciana del Monte Olimpo se eleva a 27 kilómetros sobre el macizo Tharsis y tiene 550 kilómetros der diámetro. Medida por medida, es la montaña más grande de su tipo en todo el Sistema solar. La importancia del monte Olimpo no está en su tamaño, sin embargo, sino en el hecho de que es un volcán. Donde se dan juntos volcanes y agua, pueden aparecer fuentes calientes: sistemas hidrotermales como los de la Tierra que posiblemente fueron un hogar para los primeros organismos en aquel planeta.

¿Floreció también la vida microbiana en Marte hace 3.800 millones de años, quizá en alguna fuente burbujeante en las pendientes del monte Olimpo, o en las profundidades de rocas porosas por debajo de un mar marciano hace tiempo desaparecido?

Resultado de imagen de Posible vida en el subsuelo de Marte

Una de las misiones que está cumpliendo la Curiosity es, tratar de averiguar si en Marte hubo vida alguna vez, y, si en efecto, la vida se puso en marcha en la superficie de Marte, hace ahora 3.800 millones de años, se habría enfrentado a una carrera desesperada contra el tiempo. Apenas había terminado el bombardeo esterilizante cuando el clima empezó a deteriorarse. A medida que la temperatura descendía y el agua se congelaba, los hábitats apropiados habrían sido cada vez más escasos. En tan sólo algunos cientos de millones de años cualquier organismo remanente se habría retirado, con toda probabilidad a refugios especiales, tales como lagos desolados protegidos por cubiertas de hielo, o lugares profundos en la subsuperficie que, con temperaturas más elevadas, el agua líquida corriera sin ningún problema para facilitar la vida de hongos, líquenes y, vaya usted a saber que colonias de bacterias.

Veremos que nos dicen en los próximos proyectos, y, sobre todo, en la tan cacareada misión tripulada que, según creo… ¡Va para largo!

emilio silvera

Las Partículas ¡Contienen tánto misterio!

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

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¿Qué no será capaz de inventar el hombre para descubrir los misterios de la naturaleza?

Ha pasado mucho tiempo desde que Rutherford identificara la primera partícula nuclear (la partícula alfa). El camino ha sido largo y muy duro, con muchos intentos fallidos antes de ir consiguiendo los triunfos (los únicos que suenan), y muchos han sido los nombres que contribuyen para conseguir llegar al conocimiento del átomo y del núcleo actual; los electrones circulando alrededor del núcleo, en sus diferentes niveles, con un núcleo compuesto de protones y neutrones que, a su vez, son constituidos por los quarks allí confinados por los gluones, las partículas mediadoras de la fuerza nuclear fuerte. Pero, ¿qué habrá más allá de los quarks?, ¿las supercuerdas vibrantes? Algún día se sabrá.

Partículas

El universo de las partículas es fascinante. Cuando las partículas primarias chocan con átomos y moléculas en el aire, aplastan sus núcleos y producen toda clase de partículas secundarias. En esta radiación secundaria (aún muy energética) la que detectamos cerca de la Tierra, por los globos enviados a la atmósfera superior, han registrado la radiación primaria.

aurora_australis_20050911

Claro que, hablar de radfiación nos llevaría a muchos campos. La radiación también sustenta la vida porque al calentar los océanos, las rocas y los suelos, impulsa funciones fundamentales en la biosfera, tales como el ciclo del agua, la formación de los vientos, el mantenimiento de la temperatura adecuada para que funcionen los procesos metabólicos y la descomposición orgánica. Además, es la causante de la erosión que transporta los nutrientes minerales para la producción primaria de materia orgánica.

seccion_transversal_sol

 

                                                              Sección transversal del Sol

A la larga, para mantener el equilibrio térmico del planeta, la radiación solar absorbida debe emitirse al espacio, pero la longitud de onda está drásticamente desplazada hacia el infrarrojo. A diferencia de la radiación de longitud de onda corta emitida por el Sol, que está determinada por la temperatura de la fotosfera (5.800º K), la radiación terrestre corresponde muy aproximadamente a las emisiones electromagnéticas de un cuerpo negro a 300º K (27ª C). El máximo de emisión de esa esfera caliente está en la zona del IR a 966 μm. Como el 99% de la radiación solar llega en longitudes de onda menores de 4 μm y el espectro terrestre apenas alcanza los 3 μm, el solapamiento de frecuencias entre estos dos grandes flujos de energías es mínimo.

helio4energia

                Reacción protón-protón para formar helio 4 liberando energía.

Pero sigamos cin el trabajo. El físico estadounidense Robert Andrews Millikan, que recogió una gran cantidad de información acerca de esta radiación (y que le dio el nombre de rayos cósmicos), decidió que debería haber una clase de radiación electromagnética. Su poder de penetración era tal que, parte del mismo, atravesaba muchos centímetros de plomo. Para Millikan, esto sugería que la radiación se parecía a la de los penetrantes rayos gamma, pero con una longitud de onda más corta.

   

                  Las partículas primarias chocan con átomos y moléculas en el aire.

Otros, sobre todo el físico norteamericano Holly Compton, no estaban de acuerdo en que los rayos cósmicos fuesen partículas. Había un medio para investigar este asunto; si se trataba de partículas cargadas, deberían ser rechazadas por el campo magnético de la Tierra al aproximarse a nuestro planeta desde el espacio exterior. Compton estudió las mediciones de la radiación cósmica en varias latitudes y descubrió que en realidad se curvaban con el campo magnético: era más débil cera del ecuador magnético y más fuerte cerca de los polos, donde las líneas de fuerza magnética se hundían más en la Tierra.

Las partículas cósmicas primarias, cuando entran en nuestra atmósfera, llevan consigo unas energías fantásticas, muy elevadas. En general, cuanto más pesado es el núcleo, más raro resulta entre las partículas cósmicas. Núcleos tan complejos como los que forman los átomos de hierro se detectaron con rapidez; en 1.968, otros núcleos como el del uranio. Los núcleos de uranio constituyen sólo una partícula entre 10 millones. También se incluirán aquí electrones de muy elevada energía.

Rayos cósmicos

Ahora bien, la siguiente partícula inédita (después del neutrón) se descubrió en los rayos cósmicos. A decir verdad, cierto físico teórico había predicho ya este descubrimiento. Paul Adrien Dirac había aducido, fundándose en un análisis matemático de las propiedades inherentes a las partículas subatómicas, que cada partícula debería tener su antipartícula (los científicos desean no sólo que la naturaleza sea simple, sino también simétrica). Así pues, debería haber un antielectrón, salvo por su carga que sería positiva y no negativa, idéntico al electrón; y un antiprotón, con carga negativa en vez de positiva.

En 1.930, cuando Dirac expuso su teoría, no llamó demasiado la atención en el mundo de la ciencia. Pero, fiel a la cita, dos años después apareció el antielectrón. Por entonces, el físico americano Carl David Anderson trabajaba con Millikan en un intento por averiguar si los rayos cósmicos eran radiación electromagnética o partículas. Por aquellas fechas, casi todo el mundo estaba dispuesto a aceptar las pruebas presentadas por Compton, según las cuales, se trataría de partículas cargadas; pero Millikan no acababa de darse por satisfecho con tal solución.

Anderson se propuso averiguar si los rayos cósmicos que penetraban en una cámara de ionización se curvaban bajo la acción de un potente campo magnético. Al objeto de frenar dichos rayos lo suficiente como para detectar la curvatura, si la había, puso en la cámara una barrera de plomo de 6’35 mm de espesor. Descubrió que, cuando cruzaba el plomo, la radiación cósmica trazaba una estela curva a través de la cámara; y descubrió algo más. A su paso por el plomo, los rayos cósmicos energéticos arrancaban partículas de los átomos de plomo. Una de esas partículas dejó una estela similar a la del electrón. ¡Allí estaba, pues, el antielectrón de Dirac! Anderson le dio el nombre de positrón. Tenemos aquí un ejemplo de radiación secundaria producida por rayos cósmicos. Pero aún había más, pues en 1.963 se descubrió que los positrones figuraban también entre las radiaciones primarias.

Abandonado a sus propios medios, el positrón es tan estable como el electrón (¿y por qué no habría de serlo si el idéntico al electrón, excepto en su carga eléctrica?). Además, su existencia puede ser indefinida. Ahora bien, en realidad no queda abandonado nunca a sus propios medios, ya que se mueve en un universo repleto de electrones. Apenas inicia su veloz carrera (cuya duración ronda la millonésima de segundo), se encuentra ya con uno.

Así, durante un momento relampagueante quedaron asociados el electrón y el positrón; ambas partículas girarán en torno a un centro de fuerza común. En 1.945, el físico americano Arthur Edwed Ruark sugirió que se diera el nombre de positronio a este sistema de dos partículas, y en 1.951, el físico americano de origen austriaco Martin Deutsch consiguió detectarlo guiándose por los rayos gamma característicos del conjunto.

Pero no nos confundamos, aunque se forme un sistema positronio, su existencia durará, como máximo, una diezmillonésima de segundo. El encuentro del electrón-positrón provoca un aniquilamiento mutuo; sólo queda energía en forma de radiación gamma. Ocurre pues, tal como había sugerido Einstein: la materia puede convertirse en energía y viceversa. Por cierto, que Anderson consiguió detectar muy pronto el fenómeno inverso: desaparición súbita de rayos gamma para dar origen a una pareja electrón-positrón. Este fenómeno se llama producción en pareja. Anderson compartió con Hess el premio Nobel de Física de 1.936.

Resultado de imagen de los Joliot-Curie detectaron el positrón por otros medios

Pierre y Marie Curie encontraron rápidamente un uso de esta propiedad y el radio se utilizaba en los hospitales ya en 1901.

Poco después, los Joliot-Curie detectaron el positrón por otros medios, y al hacerlo así realizaron, de paso, un importante descubrimiento. Al bombardear los átomos de aluminio con partículas alfa, descubrieron que con tal sistema no sólo se obtenían protones, sino también positrones. Cuando suspendieron el bombardeo, el aluminio siguió emitiendo positrones, emisión que sólo con el tiempo se debilitó. Aparentemente habían creado, sin proponérselo, una nueva sustancia radiactiva. He aquí la interpretación de lo ocurrido según los Joliot-Curie: cuando un núcleo de aluminio absorbe una partícula alfa, la adición de los dos protones transforma el aluminio (número atómico 13) en fósforo (número atómico 15). Puesto que las partículas alfa contienen cuatro nucleones en total, el número masivo se eleva 4 unidades, es decir, del aluminio 27 al fósforo 31. Ahora bien, si al reaccionar se expulsa un protón de ese núcleo, la reducción en una unidad de sus números atómicos y masivos hará surgir otro elemento, o sea, el silicio 30.

Puesto que la partícula alfa es el núcleo del helio, y un protón es el núcleo del hidrógeno, podemos escribir la siguiente ecuación de esta reacción nuclear:

aluminio 27 + helio 4 = silicio 30 + hidrógeno 1

Nótese que los números másicos se equilibran:

27 + 4 = 30 + 1

Adentrarse en el universo de las partículas que componen los elementos de la tabla periódica, y en definitiva, la materia conocida, es verdaderamente fantástico.

Tan pronto como los Joliot-Curie crearon el primer isótopo radiactivo artificial, los físicos se lanzaron en tropel a producir tribus enteras de ellas. En realidad, las variedades radiactivas de cada elemento en la tabla periódica son producto de laboratorio. En la moderna tabla periódica, cada elemento es una familia con miembros estables e inestables, algunos procedentes de la naturaleza, otros sólo del laboratorio. Por ejemplo, el hidrógeno presenta tres variedades: en primer lugar, el corriente, que tienen un solo protón. En 1.932, el químico Harold Urey logró aislar el segundo. Lo consiguió sometiendo a lenta evaporación una gran cantidad de agua, de acuerdo con la teoría de que los residuos representarían una concentración de la forma más pesada del hidrógeno que se conocía, y, en efecto, cuando se examinaron al espectroscopio las últimas gotas de agua no evaporadas, se descubrió en el espectro una leve línea cuya posición matemática revelaba la presencia de hidrógeno pesado.

El núcleo de hidrógeno pesado está constituido por un protón y un neutrón. Como tiene un número másico de 2, el isótopo es hidrógeno. Urey llamó a este átomo deuterio (de la voz griega deutoros, “segundo”), y el núcleo deuterón. Una molécula de agua que contenga deuterio se denomina agua pesada, que tiene puntos de ebullición y congelación superiores al agua ordinaria, ya que la masa del deuterio es dos veces mayor que la del hidrógeno corriente. Mientras que ésta hierve a 100º C y se congela a 0º C, el agua pesada hierve a 101’42º C y se congela a 3’79º C. El punto de ebullición del deuterio es de -23’7º K, frente a los 20’4º K del hidrógeno corriente. El deuterio se presenta en la naturaleza en la proporción de una parte por cada 6.000 partes de hidrógeno corriente. En 1.934 se otorgó a Urey el premio Nobel de Química por su descubrimiento del deuterio.

El deuterio resultó ser una partícula muy valiosa para bombardear los núcleos. En 1.934, el físico australiano Marcus Lawrence Edwin Oliphant y el austriaco P. Harteck atacaron el deuterio con deuterones y produjeron una tercera forma de hidrógeno, constituido por un protón y dos neutrones. La reacción se planteó así:

hidrógeno 2 + hidrógeno 2 = hidrógeno 3 + hidrógeno 1

Este nuevo hidrógeno superpesado se denominó tritio (del griego tritos, “tercero”); su ebullición a 25º K y su fusión a 20’5º K.

y su fusión  a 20’5º K. El tritio se descompone por desintegración beta. Puesto que una partícula beta es idéntica a un electrón, podemos escribir:

Como es mi costumbre, me desvío del tema y sin poderlo evitar, mis ideas (que parecen tener vida propia), cogen los caminos más diversos. Basta con que se cruce en el camino del trabajo que realizo un fugaz recuerdo; lo sigo y me lleva a destinos distintos de los que me propuse al comenzar. Así, en este caso, me pasé a la química, que también me gusta mucho y está directamente relacionada con la física; de hecho son hermanas: la madre, las matemáticas, la única que finalmente lo podrá explicar todo.

Estamos hablando de las partículas y no podemos dejar a un lado el tema del movimiento rotatorio de las mismas. Usualmente se ve cómo la partícula gira sobre su eje, a semejanza de un trompo, o como la Tierra o el Sol, o nuestra galaxia o, si se me permite decirlo, como el propio universo. En 1.925, los físicos holandeses George Eugene Uhlenbeck y Samuel Abraham Goudsmit aludieron por primera vez a esa rotación de las partículas. Éstas, al girar, generan un minúsculo campo electromagnético; tales campos han sido objeto de medidas y exploraciones, principalmente por parte del físico alemán Otto Stern y el físico norteamericano Isaac Rabi, quienes recibieron los premios Nobel de Física en 1.943 y 1.944 respectivamente, por sus trabajos sobre dicho fenómeno.

Esas partículas (al igual que el protón, el neutrón y el electrón), que poseen espines que pueden medirse en números mitad, se consideran según un sistema de reglas elaboradas independientemente, en 1.926, por Fermi y Dirac; por ello, se las llama y conoce como estadísticas Fermi-dirac. Las partículas que obedecen a las mismas se denominan fermiones, por lo cual el protón, el electrón y el neutrón son todos fermiones.

Hay también partículas cuya rotación, al duplicarse, resulta igual a un número par. Para manipular sus energías hay otra serie de reglas, ideadas por Einstein y el físico indio S. N. Bose. Las partículas que se adaptan a la estadística Bose-Einstein son bosones, como por ejemplo la partícula alfa.

A bajas temperaturas los bosones tienden a tener un comportamiento cuántico similar que puede llegar a ser idéntico a temperaturas cercanas al cero absoluto en un estado de la materia conocido como condensado de Bose-Einstein.

Las reglas de la mecánica cuántica tienen que ser aplicadas si queremos describir estadísticamente un sistema de partículas que obedece a reglas de esta teoría en vez de los de la mecánica clásica. En estadística cuántica, los estados de energía se considera que están cuantizados. La estadística de Bose-Einstein se aplica si cualquier número de partículas puede ocupar un estado cuántico dad. Dichas partículas (como dije antes) son bosones, que tienden a juntarse.

Los bosones tienen un momento angular nh/2π, donde n es 0 o un entero, y h es la constante de Planck. Para bosones idénticos, la función de ondas es siempre simétrica. Si sólo una partícula puede ocupar un estado cuántico, tenemos que aplicar la estadística Fermi-Dirac y las partículas (como también antes dije) son los fermionesque tienen momento angular (n + ½)h / 2π y cualquier función de ondas de fermiones idénticos es siempre antisimétrica. La relación entre el espín y la estadística de las partículas está demostrada por el teorema espín-estadística.

Recordemos aquí que las partículas se dividen en dos tipos, los fermiones, que tienen spin semientero y responden a la estadística de Fermi-Dirac, y los bosones, de spin entero y que responden a la estadística de Bose-Einstein. Los fermiones sufren el principio de exlclusión de Pauli  y, por tanto, tienen tendencia a “huir” unas de otras. Metafóricamente se comportan un poco como personas en el metro o en un ascensor, colocándose a la máxima distancia unas de otras. Los Bosones son, sin embargo, más amistosos entre ellos, al no sufrir el principio de exclusión, y optan todos por formar una única entidad en el mismo estado cuántico: el condensado de Bose-Eisntein.

En un espacio de dos dimensiones es posible que haya partículas (o cuasipartículas) con estadística intermedia entre bosones y fermiones. Estas partículas se conocen con el nombre de aniones; para aniones idénticos, la función de ondas no es simétrica (un cambio de fase de +1) o antisimétrica (un cambio de fase de -1), sino que interpola continuamente entre +1 y -1. Los aniones pueden ser importantes en el análisis del efecto Hall cuántico fraccional y han sido sugeridos como un mecanismo para la superconductividad de alta temperatura.

El principio de exclusión de  Pauli introduce el acoplamiento entre las variables espaciales y de spin del electrón como la única forma de expresar el carácter antisimétrico de las funciones de onda y que sea imposible que dos partículas del sistema tengan las mismas funciones de onda (o estado), lo que violaría la precondición de indistinguibilidad de las partículas.

Debido al principio de exclusión de Pauli de Pauli, es imposible que dos fermiones ocupen el mismo estado cuántico (al contrario de lo que ocurre con los bosones). La condensación Bose-Einstein es de importancia fundamental para explicar el fenómeno de la superfluidez. A temperaturas muy bajas (del orden de 2×10-7 K) se puede formar un condensado de Bose-Einstein, en el que varios miles de átomos dorman una única entidad (un superátomo). Este efecto ha sido observado con átomos de rubidio y litio. Como ha habréis podido suponer, la condensación Bose-Einstein es llamada así en honor al físico Satyendra Nath Bose (1.894 – 1.974) y a Albert Einstein. Así que, el principio de esclusión de pauli de Pauli tiene aplicación no sólo a los electrones,  sino también a los fermiones; pero no a los bosones.

Si nos fijamos en todo lo que estamos hablando aquí, es fácil comprender cómo forma  un campo magnético la partícula cargada que gira, pero ya no resulta tan fácil saber por qué ha de hacer lo mismo un neutrón descargado. Lo cierto es que cuando un rayo de neutrones incide sobre un hierro magnetizado, no se comporta de la misma forma que lo haría si el hierro no estuviese magnetizado. El magnetismo del neutrón sigue siendo un misterio; los físicos sospechan que contiene cargas positivas y negativas equivalente a cero, aunque por alguna razón desconocida, logran crear un campo magnético cuando gira la partícula.

Particularmente creo que, si el Neutrón tiene masa, si la masa es energía (E = mc2), y si la energía es electricidad y magnetismo (según Maxwell), el magnetismo del Neutrón no es tan extraño, sino que es un aspecto de lo que en realidad es materia. La materia es la luz, la energía, el magnetismo, en  definitiva, la fuerza que reina en el universo y que está presente de una u otra forma en todas partes (aunque no podamos verla).

Sea como fuere, la rotación del neutrón nos da la respuesta a esas preguntas:

¿Qué es el antineutrón? Pues, simplemente, un neutrón cuyo movimiento rotatorio se ha invertido; su polo sur magnético, por decirlo así, está arriba y no abajo. En realidad, el protón y el antiprotón, el electrón y el positrón, muestran exactamente el mismo fenómeno de los polos invertidos.

Es indudable que las antipartículas pueden combinarse para formar la antimateria, de la misma forma que las partículas corrientes forman la materia ordinaria.

La primera demostración efectiva de antimateria se tuvo en Brookhaven en 1.965, donde fue bombardeado un blanco de berilio con 7 protones BeV y se produjeron combinaciones de antiprotones y antineutrones, o sea, un antideuterón. Desde entonces se ha producido el antihelio 3, y no cabe duda de que se podría crear otros antinúcleos más complicados aún si se abordara el problema con más interés.

              La primera demostración efectiva de antimateria se tuvo en Brookhaven en 1965

Pero, ¿existe en realidad la antimateria? ¿Hay masas de antimateria en el universo? Si las hubiera, no revelarían su presencia a cierta distancia. Sus efectos gravitatorios y la luz que produjeran serían idénticos a los de la materia corriente. Sin embargo, cuando se encontrasen las masas de las distintas materias, deberían ser claramente perceptibles las reacciones masivas del aniquilamiento mutuo resultante del encuentro. Así pues, los astrónomos observan especulativamente las galaxias, para tratar de encontrar alguna actividad inusual que delate interacciones materia-antimateria.

No parece que dichas observaciones fuesen un éxito. ¿Es posible que el universo esté formado casi enteramente por materia, con muy poca o ninguna antimateria? Y si es así, ¿por qué? Dado que la materia y la antimateria son equivalente en todos los aspectos, excepto en su oposición electromagnética, cualquier fuerza que crease una originaría la otra, y el universo debería estar compuesto de iguales cantidades de la una y de la otra.

Este es el dilema. La teoría nos dice que debería haber allí antimateria, pero las observaciones lo niegan, no lo respaldan. ¿Es la observación la que falla? ¿Y qué ocurre con los núcleos de las galaxias activas, e incluso más aún, con los quásares? ¿Deberían ser estos fenómenos energéticos el resultado de una aniquilación materia-antimateria? ¡No creo! Ni siquiera ese aniquilamiento parece ser suficiente, y los astrónomos prefieren aceptar la noción de colapso gravitatorio y fenómenos de agujeros negros, como el único mecanismo conocido para producir la energía requerida.

emilio silvera

 

Si existe la perfección, estará en la Naturaleza

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

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El Universo está construido según un plan cuya profunda simetría está presente de algún modo en la estructura interna de nuestro intelecto. Y, desde luego, si lo pensamos profundamente, tendremos que dar la razón a Paul Valery por tales pensamientos, ya que, la Mente Humana, alcanzó cotas inimaginables.

 

¡Agua! El Universo está lleno de agua por todas partes y, si eso es así ¿qué pasa con la vida?

 

Hubo un tiempo, el el Universo muy temprano, en el que la temperatura estaba encima de algunos cientos de veces la masa del protón, cuando la simetría aún no se había roto, y la fuerza débil y electromagnética no sólo eran la misma matemáticamente, sino realmente la misma. Un físico que hubiera podido estar allí presente, en aquellos primeros momento, no habría podido observar ninguna diferencia real entre las fuerzas producidas por el intercambio de estas cuatro partículas: la W+, la W- ,  la Z y el Fotón.

Al llegar a escalas cada vez menores, también hemos entrado en ámbitos de energías de unión cada vez mayores. Un átomo puede ser despojado de su electrón aplicándo sólo unos miles de electrón-voltios de energía, más para dispersar los nucleones que conforman un núcleo atómico se requieren varios millones de electrón-voltios, y para librar los quarks que constituyen cada nucleón se necesitaría cientos de veces más energía. Así, hemos llegado a comprender que, las estructuras más pequeñas y más fundamentales están ligadas por niveles de energía mayores porque sus estructuras mismas fueron forjadas en el calor del big bang.

También hemos llegado a comnprender que, las fuerzas de la naturaleza que gobiernan la electricidad, el magnetismo, la radiactividad y las reacciones nucleares están confinadas a un “mundobrana” tridimensional, mientras que la gravedad actúa en todas las dimensiones y es consecuentemente más débil. Seguramente ese será el motivo por el cual, encontrar  al Bosón mediador de la fuerza, el Gravitón, resulta tan difícil.

mundo brana

De manera similar, aunque menos clara, las teorías de supersimetrías conjeturaban que las cuatro fuerzas tal vez estaban ligadas por una simitría que se manifestaba en los niveles de energía aún mayores que caracterizaban al universo ya antes del big bang. La intodución de un eje histórico en la cosmologia y la física de particulas (como decía ayer en uno de los trabajos), beneficio a ambos campos. Los físicos proporcionaron a los cosmólogos una amplia gama de herramientas útiles para saber cómo se desarrolló el universo primitivo. Evidentemente, el Big Bang no fue una muralla de fuego de la que se burló Hoyle, sino un ámbito de suscesos de altas energías que muy posiblemente pueden ser comprensibles en términos de teoría de campo relativista y cuántica.

 

 

La cosmología, por su parte, dio un tinte de realidad histórica a las teorías unificadas. Aunque ningún acelerador concebible podrían alcanzar las titánicas energías supuestas por las grandes teorías unificadas y de la supersimetría, esas exóticas ideas aún  pueden ser puestas a prueba, investigando si las partículas constituyentes del universo actual son compatibles con el tipo de historia primitiva que implican las teorías. Las partículas elementales aparentemente proporcionan las claves de algunos de los misterios fundamentales de la Cosmología temprana… y resulta que la Cosmología brinda una especia de terreno de prueba para alguna de las ideas de la física de partículas elementales. Esto implica que los aceleradores de partículas, como los telescopios, funcionen como máquinas del tiempo.  Un telescopio penetra en el pasado en virtud del tiempo que tarda la luz en desplazarse entre las estrellas; un acelerador recrea, aunque sea fugazmente, las condiciones que prevalecían en el Universo primitivo.

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Moléculas, átomos y conexiones para formar pensamientos que nos llevaron hacia los conocimientos que hoy, tras muchos miles de millones de años de evolución del Universo, hizo posible la aparición de espcies que, tras miles de años de experiencia, de observación, y, de imaginar…, llegó a conseguir la intuición necesaria para presentir que, formamos parte de un todo inmenso del que sólo somos una parte, la que piensa. También la que tiene que descubrir, los secretos de la Naturaleza, en ello, le va la existencia en el futuro.

Hemos aprendido que cuanto más íntimamente examinemos la Naturaleza, tanto más lejos hacia atrás vamos en el tiempo.   Alguna vez he puesto el ejemplo de mirar algo que no es familiar, el dorso de la mano, por ejemplo, e imaginemos que podemos observarlo con cualquier aumento deseado.

Con un aumento relativamente pequeño, podemos ver las células de la piel, cada una con un aspecto tan grande y  complejo como una ciudad, y con sus límites delineados por la pared celular.  Si elevamos el aumento, veremos dentro de la célula una maraña de ribosomas serpenteando y mitocondrias ondulantes, lisosomas esféricos y centríolos, cuyos alrededores están llenos de complejos órganos dedicados a las funciones respiratorias, sanitarias y de producción de energía que mantienen a la célula.

Ya ahí tenemos pruebas de historia. Aunque esta célula particular solo tiene unos pocos años de antigüedad, su arquitectura se remonta a más de mil millones de años, a la época en que aparecieron en la Tierra las células eucariota o eucarióticas como la que hemos examinado.

Hemos llegado a poder discernir la relación directa que vincula el tamaño, la energía de unión y la edad de las estructuras fundamentales de la Naturaleza. Ahora, hemos llegado a comprender muchas de las cosas que, hasta hace bien poco tiempo, eran auténticos secretos que, el Universo, celosamente se guardaba, y, esa comprensión, nos llevará más lejos y nos permitirá realizar un largo camino hacia el corazón mismo de la materia, donde según parece, pueden residir infinitesimales objetos más pequeños que los Quarks, en esa distancia inalcanzable ahora que hemos llamado, el Límite de Planck.

Aún estamos en el camino, no hemos podido llegar más lejos y, con la ayuda de los aceleradores hemos podido llegar hasta una diez billonésima de segundo después del big bang que es menos que un pestañeo con los párpados en toda la historia humana registrada. A pesar de ello, extrañamente, la investigación de la evolución del Universo recién nacido indica que ocurrieron muchas cosas aún antes, durante la primera ínfima fracción de un segundo. Todos los teóricos han tratado de elaborar una explicación coherente de los primeros momentos de la historia cósmica. Por supuesto, sus ideas fueron esquemáticas e incompletas, muchas de sus conjeturas, sin duda, se juzgaran deformadas o sencillamente erróneas, pero constituyeron una crónica mucho más aclaradora del Universo primitivo que la que teníamos antes.

 

Recreación del Universo primitivo al que no hemos podido llegar en el momento mismo de su creación, nos ha sido imposible recrear ese momento que llamamos big bang, las matemáticas no funcionan al tratar de formular la ecuación precisa que nos muestre aquel momento.

De todas las maneras, son muchas las imágenes de la Naturaleza, del Universo, que nos deja admirar su perfección. Veámos por un momento varias tomas de la Nebulosa del Águila mostrada en Observatorio.

La Nebulosa del Águila por el CFHT

“Aún se están formando estrellas azules en los pilares oscuros de la Nebulosa del Águila.

Es famosa gracias a una fotografía que le tomó el Telescopio Espacial Hubble en 1995, la Nebulosa del Águila muestra el fantástico proceso de formación estelar.

En la parte superior derecha de esta fotografía se encuentra el corazón del cúmulo abierto M16. Las brillantes estrellas azules de M16 se han estado formando continuamente por más de 5 millones de años y más recientemente en los pilares centrales de gas y polvo, conocidos como trompas de elefante.

La luz demora más de 7000 años en alcanzarnos desde M16y ésta mide cerca de 20 años luzpuede ser vista con binoculares hacia la constelación Serpens.”

 Esta era la traducción que acompañaba a la imagen.

 

 

 

De lejos, todo parece una  águila . Pero una mirada más cercana a la  nebulosa del Águila muestra que la  resplandeciente región es en…

 

 

Las fascinantes imágenes de M16 (la Nebulosa del Águila) realizadas por el Observatorio de Rayos X Chandra, nos muestran muchas… En los pilares oscuros de la Nebulosa del Águila siguen formándose aún brillantes estrellas azules.

Recreación artística del 'Big Bang'.

Al principio, cuando el universo era simétrico, sólo existía una sola fuerza que unificaba a todas las que ahora conocemos, la gravedad, las fuerzas electromagnéticas y las nucleares débil y fuerte, todas emergían de aquel plasma opaco de alta energía que lo inundaba todo. Más tarde, cuando el universo comenzó a enfriarse, se hizo transparente y apareció la luz, las fuerzas se separaron en las cuatro conocidas, emergieron los primeros quarks para unirse y formar protones y neutrones, los primeros núcleos aparecieron para atraer a los electrones que formaron aquellos primeros átomos.

Resultado de imagen de Doscientos millones de años después del Big Bang, se formaron las primeras estrellas

Doscientos millones de años más tarde, se formaron las primeras estrellas y galaxias. Con el paso del tiempo, las estrellas sintetizaron los elementos pesados de nuestros cuerpos, fabricados en supernovas que estallaron, incluso antes de que se formase el Sol. Podemos decir, sin temor a equivocarnos, que una supernova anónima explotó hace miles de millones de años y sembró la nube de gas que dio lugar a nuestro sistema solar, poniendo allí los materiales complejos y necesarios para que algunos miles de millones de años más tarde, tras la evolución, apareciéramos nosotros.

¡Qué cosas! El asombro se junta con la maravilla y nos lleva a comprender que, la ignorancia, quizá sea nuestro mayor patrimonio, ya que, el saber es escaso y comprender, comprendemos con cierta lentitud, la que impone el ritmo del Universo. Todo tiene su tiempo marcado y nuestra comprensión…también.

emilio silvera