miércoles, 14 de noviembre del 2018 Fecha
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¡La Física! ¿Estará perdiendo el Norte?

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

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Rocas interpretadas como pequeños deltas en un lago superficial de...

    Curiosity descubre un antiguo Lago en Marte

    ¿Queremos imitar el salto cuántico viajar más rápido?

A finales del siglo XIX y principios del XX algunos podían creer que los secretos de la Naturaleza estaban todos descubiertos gracias a los hallazgos que en el pasado hicieran Newton y otros y más recientemente Maxwell, Planck, Einstein y otros muchos que, con sus trabajos nos desvelaron cómo funcionaba la gravedad, qué era en realidad la electricidad y el magnetismo y también, nos llevaron el fascinante mundo de lo muy pequeño con el cuanto de acción, h, de Planck que nos trajo poco más tarde, la mecánica cuántica.

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Que nos habla del “universo” de lo muy pequeño, lo que el ojo no ve

La mecánica, la óptica, la electricidad… todo estaba descubierto y explicado. Los científicos de la época pansaban que sus futuros colegas sólo se dedicarían a realizar medidas para obtener las constantes con mayor precisión vez. Después de todo aquello, se siguió avanzando y continuamos haciéndonos preguntas creyendo que nos llevarían a las respuestas últimas.

Si, por ejemplo, las supercuerdas nos conducen a las respuestas últimas, entonces, ¿en qué dirección debemos nuestra investigación?, ¿es que nos hemos introducido tanto en el mundo de lo desconocido y lo ininteligible que estamos a punto de ahogarnos en un mar de lo absurdo?, ¿estamos enterrados bajo tántas preguntas de los imposibles que deberíamos considerarnos perdidos?, ¿tiene algún sentido especular acerca de la “Teoria de Todo” en un  mundo extraño de las unidades de Planck?

Bueno, si queremos ser sinceros…, podemos discrepar de algunas de las cuestiones que hoy se están debatiendo y ser críticos con otras. Sin embargo, no podremos negar los avances que realmente se están logrando en el mundo de las nuevas tecnologías que, gracias a la Física, ya están en el futuro y, en nuestras vidas cotidianas lo estamos viendo continuamente.

Por otra , nada despierta más nuestra curiosidad que lo ininteligible y, precisamente por eso, tiene tanto éxito y llama la atención teorías como la de las supercuerdas. Miremos, por ejemplo, lo que es tan curioso en el mundo de la longitud de Planck es que no podemos encontrar absolutamente ningún modelo que nos pueda dar una descripción razonablemente autoconsistente de partículas que interaccionan entre sí con fuerzas gravitatorias tan intensas y que, al mismo tiempo, obedezcan a las leyes de la mecánica cuántica. Por tanto, incluso si hubiéramos sido capaces de realizar experimentos con choques de partículas con energías planckianas, no hubiéramos sabido como comparar los resultados con una teoría. Aquí hay para los físicos: hacer una teoría. No nos importa demasiado como describa esa teoría la interacción gravitatoria, pero tenemos suficientes requisitos en la lista como para que encontrar  esa candidata a ser la teoría sea una labor extremadamente difícil. La Teoría de Supercuerdas parecía estar a punto de conseguirlo, pero falló en los últimos momentos. Dicen que necesitamos la energía de Planck para poder verificarla y, si es así, nos queda espera para rato.

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Mientras buscamos esas teorías que están más allá de nuestras posibilidades reales de hoy, la Ciencia no se para y sigue avanzando en otros muchos campos que, como antes decía, nos están llevando a pasos agigantados un futuro que ya está con nosotros y, lo está haciendo con tal rapidez que ni nos hemos percatado de ello.

En cuanto a esa soñada Teoria de Todo, en primer lugar debe ser matemáticamente exacta y tiene que permitirnos calcular con extrema precisión el comportamiento de las partículas bajo todas las circunstancias imaginables. Por ahí circulan una y mil “teorías” que exponen las ideas más variopintas que imaginarnos podamos pero, desgraciadamente, son inútiles para los físicos porque sus descripciones no reúnen el rigor ni la prcisión que deben estar presentes en toda buena teoría. Por otra , los físicos prefieren que la teoría trate la fuerza gravitatoria de tal manera que esté de acuerdo con la obtenida en la formulación de la teoría de la relatividad general de Einstein. Sabemos que la fuerza gravitatoria cuerpos pesados como las estrellas y los planetas obedece a esta teoría con gran exactitud (como ha sido confirmado espectacularmente en las observaciones de los púlsares, estrellas compactas que rotan a gran velocidad. Nuestra teoría candidata debería explicar estas observaciones).

No digamos de los intrincados caminos que la Física ha sobrevolado cuando se ha querido meter en la posibilidad de viajes en el Tiempo y, los físicos se encontraron con una y mil paradojas extrañas. Además, como nos ocurre con la Teoría de cuerdas, al meternos en un sendero desconocido y de intrincados peligros…nunca hemos podido llegar al final después de largos y costosos recorridos. ¿Servirá para algo los muchos esfuerzos realizados?

Por otra somos conscientes y conocedores de que las leyes de la mecánica cuántica son inexorables y, por tanto, queremos que nuestra teoría sea formulada en términos de la mecánica cuántica. Tanto la mecánica cuántica como la teoría de la relatividad tienen la propiedad de que, tan pronto como uno admita la más pequeña desviación de esos principios, ambas darían lugar a una teoría totalmente diferente, que de ninguna manera se parecería al mundo que conocemos (o pensamos conocer). “Un poco relativista” o “un poco mecanicuántico” tan poco sentido como “un poco embarazado”. Podríamos imaginar, por otra parte, que la mecánica cuántica o la relatividad general, o ambas, serían marcos demasiado restrictivos nuestra avanzada teoría, de manera que habría que extender sus principios, llegar más lejos.

     Estas cuerdas también vibran pero, de otra manera

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El Modelo estándar debería contener la fuerza gravitatoria pero, se resiste a juntarse con las otras fuerzas

La cuerda es cuántica y gravitatoria, de sus entrañas surge, por arte de magia, la partícula mensajera de la fuerza de gravedad: el gravitón. Funde de natural las dos teorías físicas más poderosas de que disponemos, la mecánica cuántica y la relatividad general, y se convierte en supercuerda -con mayores grados de libertad- es capaz de describir bosones y fermiones, partículas de fuerza y de materia. La simple vibración de una cuerda infinitesimal podría unificar todas la fuerzas y partículas fundamentales.

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Parece que todo está hecho de cuerdas, incluso el espacio y el tiempo podrían emerger de las relaciones, más o menas complejas, cuerdas vibrantes. La materia-materia, que tocamos y nos parece tan sólida y compacta, ya sabíamos que está casi vacía, pero no imaginábamos que era tan sutil como una cuerda de energía vibrando. Los átomos, las galaxias, los agujeros negros, todo son marañas de cuerdas y supercuerdas vibrando en diez u once dimensiones espaciotemporales.

Está claro que no trato de explicar aquí una teoría que no comprendo y, el tratar el tema se debe a la curiosidad de tratar de indicar el camino, o, los caminos, por los que se podría llegar más lejos, al , algo más allá. De una cosa si que estoy seguro: ¡Las cuatro fuerzas fundamentales del Universo, un día fueron una sola fuerza!

En el universo existen numerosas estrellas cuyas masas son considerablemente mayores que las del Sol, debido a lo cual, la fuerza gravitotoria en su superficie es considerablemente más intensa que sobre la Tierra o sobre el Sol. La enorme cantidad de materia de una de esas estrellas causa una presión inimaginablemente alta en su interior, pero como  las tenperaturasd en el interior de las estrellas es también altísima, se produce una presión contraria que evita que la estrella se colapse. La estrella, sin embargo, pierde calor continuamente. Al proncipio de su vida, en las estrellas se producen todo de reacciones nucleares que mantienen su temperatura alta y que incluso la pueden elevar, pero antes o después el combustible nuclear se acaba. Cuanto más pesada sea la estrella, mayor es la prsión y la temperatura, y más rápidamente se consume su combustible. La contrapresión disminuye progresivamente y la estrella se va colapsando bajo la presión,  según dismunye el tamaño de la estrella, la fuerza gravitatoria aumenta hasta que finalmente se produce una implosión -un colapso repentino y completo- que no puede ser evitado por más tiempo: ¡ha nacido un agujero negro!

Según todos los indicios, cuando la estrella es muy masiva, la Improsión finaliza convirtiendo toda la inmensa masa de la estrella en un A. N., pero antes, explota como supernova y llena el espacio de los materiales complejos que han sido fabricados en sus nucleares, siembra el espacio con una Nebulosa de la que, años más tarde, nacerán nuevas estrellas y nuevos mundos…Y, ¿quién sabe? ¡Si nuevas formas de Vida!

A menudo implosión libera tanto calor que las capas exteriores de la estrella explotan por la presión de la radiación, y la implosión queda interrumpida produciéndose una esfera extremadamente compacta de “material nuclear” que conocemos como una estrella de neutrones. Algunas veces, estas estrellas de neutrones rotan con una tremenda velocidad (más de 500 revoluciones/segundo), y, debido a irregularidades en la superficie, emiten una señal de radio que pulsa con esa velocidad.

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Una estrella masiva cuando agota su combustible nuclear de fusión implosiona y se derrumba bajo el peso de su propia masa. Pero antes se produce una explosión supernova para, de inmediato, comenzar a contraerse sobre sí misma hasta quedar convertida en un agujero negro dejando una gran nebulosa en una extensa región del Espacio

Si todos estos sucesos pudieran ser observados una distancia segura, las señales emitidas por el material durante la implosión pronto serían demasiado débiles para ser detectadas y, en el caso de un afgujero negro, el objeto se vuelve de ese color y desaparece de nuestra vista convertido en una “bola de gravedad pura”, se pueden calcular sus propiedades con precisión matemática. Sólo se necesitan tres parámetros para caracterizar completamente al agujero negro: su masa, su movimiento angular (cantidad de movimiento de rotación) y su carga eléctrica.

También se calcular como se comportan los chorros de partículas cuando se aventuiran cerca del agujero negro. Hawking ya nos habló de ello y explicó con suficiente claridad, lo que pasaba era que, en contra de lo que pudiéramos pensar, el agujero emite un débil flujo de partículas en ciertas circunstancias. ¿Esas partículas son reales! Agujero Negro está emitiendo un flujo constante de partículas de todas las especies concebibles.

Resultado de imagen de El Telescopio Espacial Hubble y ChandraResultado de imagen de El Telescopio Espacial Hubble y Chandra

El Telescopio Espacial Hubble y Chandra han captado la imagen de un impresionante anillo de Agujeros negros. La fotografía corresponde al conjunto Arp 147, en el que aparecen 2 galaxias interactuando entre sí y que se ubican a una distancia de 430 millones de años luz de la Tierra. La NASA combinó datos del Chandra con imágenes del Hubble. Mientras los tonos rojos, azules y verdes fueron resultado del trabajo del Hubble; los de color magenta, del Chandra. La captura muestra un anillo formado por estrellas masivas que evolucionaron rápidamente y explotaron en supernovas, como consecuencia de una colisión galáctica. Es así como dejaron densas estrellas de neutrones y posiblemente, también agujeros negros.

En el Universo ocurren sucesos que no podemos ni imaginar, tales son las fuerzas y energías que ahí están presentes y que dan lugar a maravillas que desembocan en transiciones de fase que convierten unas cosas en otras muy distintas haciendo que la diversidad exista, que la belleza permanezca, que la monotonía no sea el camino.

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Es cierto que nunca hemos podido estar tan cerca de un agujero negro como poder comprobar, in situ, la radiación Hawking que, para su formulación, sólo utilizó leyes bien establecidas de la naturaleza y que, por tanto, el resultado debería ser incuestionable, pero no es del todo cierto por dos razones:

La primera razón es que nunca ( he dicho) hemos sido capaces de observar un agujero negro de cerca y mucho de un tamaño tan pequeño que su radiación Hawking pueda ser detectada. Ni siquiera sabemos si tales miniagujeros negros existen en nuestro universo, o si sólo forman una minoría extremadamente escasa entre los objetos del cielo. Aunque pensemos conocer la teoría, no nos habría hecho ningún daño haber podido comprobar sus predicciones de una o de otra. ¿Sucede todo exactamente como pensamos actualmente que debería suceder?

Otros, como Gerald ´t  Hooft, consiguieron construir otras teorías alternativas y le dieron resultados distintos a los de Hawking, en la que el Agujero Negro podia radiar con una intensidad considerablemente mayor que la que la teoría de Stephen predecía.

Hay un aspecto relacionado con la radiación Hawking mucho más importante. El agujero negrodisminuye su tamaño al emitir partículas, y la intensidad de su radiación crece rápidamente según se reduce su tamaño. Justo de llegar a los estadios finales, el tamaño del agujero negro se hará comparable a la longitud de Planck y toda la masa llegará a ser sólo un poco mayor que la masa de Planck, Las energías de las partículas emitidas corresponderan a la masa de Planck.

¡Solamente una teoría completa de la Gravedad Cuántica podrá predecir y describir exactamente lo que sucede al agujero negro en ese ! es la importancia de los Agujeros Negros la teoría de partículas elementales en la Longitud de Planck. Los agujeros negros serían un laboratorio ideal para experimentos imaginarios. Todos alcanzan, por sí mismos, el régimen de energía de los números de Planck, y una buena teoría debe ser capaz de decirnos como calcular en ese caso. casi una década, Gerad ´t Hoofft ha resaltando esa objeción en la teoría de supercuerdas: no nos dice nada de los agujeros negros y mucho de cómo un agujero negro comenzar su vida como un agujero negro de tamaño “astronómico” y acabar su vida explosivamente.

Lo cierto es que, andamos un poco perdidos y no pocos físicos (no sabemos si de manera interesada), insisten una y otra vez, en cuestiones que parecen no llevar a ninguna parte y que, según las imposibilidades que nos presentan esos caminos, no sería conveniente elegir otros derroteros para indagar nuevas físicas mientras tanto, avanzan las tecnologías, se adquieren más potentes y nuevas formas de energías que nos puedan permitir llegar a sondear las cuerdas y poder vislumbrar si, es cierto, que pueda existir alguna “materia oscura”, o, si existen bosones dadores de masa, o…¡tántas cosas más que, la lista, sería interminable! de las cosas que no sabemos, y, sin embargo,  hablamos de taquiones y axiones.

emilio silvera

Notas:

“El axión es una partícula subatómica peculiar. Su existencia (todavía no demostrada) fue postulada por la teoría de Peccei-Quinn en 1977 para resolver el problema CP fuerte y así explicar la conservación de la simetría CP en el marco de la cromodinámica cuántica (QCD), suponiendo que sería una partícula de masa muy pequeña y sin carga eléctrica.”

“Un taquión (del griego ταχυόνιον takhyónion de ταχύς takhýs‘rápido, veloz’) es toda aquella partícula hipotética capaz de moverse a velocidades superlumínicas. A los taquiones se les atribuyen muchas propiedades extrañas, sobre todo por parte de los autores de ciencia ficción.”

 

  1. 1
    emilio silvera
    el 13 de septiembre del 2018 a las 10:33

    Sí, no pocas veces, en Física, algunos hablan de cosas y de cuestiones que no pueden ser demostradas y, todo su empeño está centrado en abrir nuevos caminos, dejar los senderos conocidos de la cuántica y la relatividad general, los dos pilares en los que está asentada la física actual desde hace más de cien año. Es hora de que, al menos, se intenten esos nuevos caminos que, aunque no es seguro que puedan llevar a buen puerto, al menos lo habremos intentato. Todas esas “nuevas” teorías que surgen y que difieren de las que están asentadas y reconocidad, o postulan nuevos caminos a seguir, creo que deben ser llevadas (si tienen viso de poder llegar a alguna parte) hasta el final. Así Teorías como la de Cuerdas que está conformada de tal manera que, dentro de ella, parece que subyace la Teoría Cuántica de la Gravedad, es decir, que la Gravedad y la Cuántica, dos teorías que no se pueden ni ver, en la Teoría de cuerdas, están cómodamente instaladas y su unión o vecindad no producen infinitos, ¿Por qué será?
    Por otra parte, estamos en un Universo tan grande que no podemos saber si está sólo o acompañado, ni tenemos la menor idea de si realmente puede existir esa “materia oscura” de la que tanto hablan, o, por el contrario, el movimiento de las estrellas y las galaxias se debe a la fuerza de Gravedad que genera un Universo vecino.
    No sabemos…, NO sabemos…, NO sabemos…, se podrían llenar miles y millones de páginas relacionando las cosas que NO sabemos, y, sin embargo, la mayoría de las veces hacemos como que eso no sucede y queremos dar una explicación de aquello que desconocemos por completo, y, estructuramos una conjetura que tratamos de hacer pasar por un hecho real, cuando sólo es una idea en el aire que se la puede llevar el más ténue de los vientos.
    Nos hemos inventado partículas más veloces que la luz (lo que parece imposible según las leyes de nuestro Universo), también, en similitud con el fotón, el Gluón y las partículas Z y W, nos inventamos el Gravitón que, al menos de momento, no hemos podido localizar. Siempre tenemos una respuesta para todo que estará inspirada en los conocimientos adquiridos y, por derivación, la exponemos sin haber podido comprobar que es cierta.
    ¡Son muchas más las preguntas que las respuestas! Perto, algún día sabremos.

     

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  2. 2
    FRANCISCO PONCE MORENO
    el 13 de septiembre del 2018 a las 12:01

    Esta entrada es muy interesante y explicativa. Pero me supera. Mis conocimientos no llegan hasta ahí, aunque intento comprender. Sin embargo, me parece que muchas de las teorías son simplemente humo, lo que no quiere decir que no haya que proponer teorías sino, más bien, ser autocrítico con las propias a modo de crear un cortafuegos que impida que cualquier cosa salga a la luz solo porque parezca impactante. A pesar de lo dicho anteriormente lo que nunca perderé será la curiosidad y el deseo de conocer y, si fuera posible, comprender.

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    • 2.1
      Emilio Silvera
      el 14 de septiembre del 2018 a las 5:13

      ¡Hola, amigo Francisco!

      El que tus conocimientos no lleguen a comprender ciertas cuestiones, no debe hacerte sentir contrariado, a todos nos gustaría comprenderlo todo pero, tal cosa es imposible y, como decía Popper: “Cuanto más profundizo en el conocimiento de las cosas, más consciente soy de lo poco que se. Mis conocimientos son limitados pero, mi ignorancia es infinita”.

      Durante todo nuestra vida seguimos siendo aprendices, podemos llegar a conquistar algún conocimiento sobre este o aquel tema en particular por razón de la profesión, por afición o por circunstancias varias. Sin embargo, nunca podremos abarcar la gama de conocimientos que, repartidos en múltiples disciplinas ha conquistado nuestra especie, y, a pesar de esos conocimientos, la realidad nos dice que aún nos queda mucho por saber, muchos secretos por desvelar y que las preguntas son más abundantes que las respuestas.

      ¡Que bonito es saber! A mi me gustaría

      Responder

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