martes, 15 de enero del 2019 Fecha
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Anti-partículas, fuerzas…

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

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Bajo la “definición basada en quarks y leptones”, las partículas elementales y compuestas formados de quarks (en púrpura) y leptones (en verde) serían la “materia”; mientras los bosones “izquierda” (en rojo) no serían materia. Sin embargo, la energía de interacción inherente a partículas compuestas (por ejemplo, gluones, que implica a los neutrones y los protones) contribuye a la masa de la materia ordinaria.

Ya hemos descrito en trabajos anteriores las dos familias de partículas elementales: Quarks y Leptones. Pero hasta ahí, no se limita la sociedad del universo infinitesimal. Existen además las anti-familias. A quarks y electrones se asocian, por ejemplo, anti-quarks y anti-electrones. A cada partícula, una anti-partícula.

Uno de los primeros éxitos de la teoría relativista del campo cuántico fue la predicción de las antipartículas: nuevos cuantos que eran la imagen especular de las partículas ordinarias. Las antipartículas tienen la misma masa y el mismo spin que sus compañeras las partículas ordinarias, pero cargas inversas. La antipartícula del electrón es el positrón, y tiene, por tanto, carga eléctrica opuesta a la del electrón. Si electrones y positrones se colocan juntos, se aniquilan, liberando la energía inmensa de su masa según la equivalencia masa-energía einstiana.

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      Una partícula y su anti-partícula no pueden coexistir: hay aniquilación de ambas.

¿Cómo predijeron los físicos la existencia de anti-partículas? Bueno, por la «interpretación estadística» implicaba que la intensidad de un campo determinaba la probabilidad de hallar sus partículas correspondientes. Así pues, podemos imaginar un campo en un punto del espacio describiendo la creación o aniquilación de sus partículas cuánticas con una probabilidad concreta.

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Si esta descripción matemática de la creación y aniquilación de partículas cuánticas se inserta en el marco de la teoría relativista del campo cuántico, no podemos contar con la posibilidad de crear una partícula cuántica sin tener también la de crear un nuevo género de partícula: su antipartícula. La existencia de antimateria es imprescindible para una descripción matemáticamente coherente del proceso de creación y aniquilación según la teoría de la relatividad y la teoría cuántica.

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Las cargas gravitacionales en el vacío cuántico podrían proporcionar una alternativa a la materia oscura. La idea se basa en la hipótesis de que las partículas y antipartículas tienen cargas gravitacionales de signo opuesto. Como consecuencia, los pares de partícula-antipartícula virtuales en el vacío cuántico y sus dipolos de forma gravitacional (una carga gravitacional positivos y negativos) pueden interactuar con la materia bariónica para producir fenómenos que se suele atribuir a la materia oscura.

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                      Las ondas gravitacionales han sido detectadas pero… ¡Los dipolos gravitacionales!

Aunque el  físico del CERN, Dragan Slavkov Hajdukovic, quien propuso la idea, demostró matemáticamente que estos dipolos gravitacionales podrían explicar las curvas de rotación de las galaxias observadas sin la materia oscura en su estudio inicial, señaló que quedaba mucho por hacer.

Pero sigamos con la cuántica…

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El pionero en comprender que era necesario que existiesen anti-partículas fue el físico teórico Paul Dirac, que hizo varías aportaciones importantes a la nueva teoría cuántica. Fue él quien formuló la ecuación relativista que lleva hoy su nombre, y a la que obedece el campo electrónico; constituye un descubrimiento comparable al de las ecuaciones del campo electromagnético de Maxwell. Cuando resolvió su ecuación, Dirac se encontró con que además de describir el electrón tenía soluciones adicionales que describían otra partícula con una carga eléctrica opuesta a la del electrón. ¿Qué significaría aquello? En la época en que Dirac hizo esta observación, no se conocían más partículas con esta propiedad que el protón. Dirac, que no deseaba que las partículas conocidas proliferasen, decidió que las soluciones adicionales de su ecuación describían el protón. Pero, tras un análisis más meticuloso, se hizo evidente que las partículas que describían las soluciones adicionales tenían que tener exactamente la misma masa que el electrón. Quedaba así descartado el protón, cuya masa es por lo menos, 1.800 veces mayor que la del electrón. Por tanto, las soluciones adicionales tenían que corresponder a una partícula completamente nueva de la misma masa que el electrón, pero de carga opuesta: ¡El antielectrón! Esto quedó confirmado a nivel experimental en 1932 cuando Carl Anderson, físico del Instituto de Tecnología de Calífornia, detectó realmente el antielectrón, que hoy se llama positrón.

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   El trabajo de Dirac sobre el electrón nada tiene que envidiarle al de Einstein de la Relatividads

La aparición de las anti-partículas cambió definitivamente el modo de pensar de los físicos respecto a la materia. Hasta entonces, se consideraba la materia permanente e inmutable. Podían alterarse las moléculas, podían desintegrarse los átomos en procesos radiactivos, pero los cuántos fundamentales se consideraban invariables. Sin embargo, tras el descubrimiento de la anti-materia realizado por Paul Dirac hubo que abandonar tal criterio. Heisenberg lo expresaba así:

“Creo que el hecho de que Dirac haya descubierto partículas y anti-partículas, ha cambiado toda nuestra visión de la física atómica… creo que, hasta entonces, todos los físicos habían concebido las partículas elementales siguiendo los criterios de la filosofía de Demócrito, es decir, considerando esas partículas elementales como unidades inalterables que se hallan en la naturaleza como algo dado y son siempre lo mismo, jamás cambian, jamás pueden transmutarse en otra cosa. No son sistemas dinámicos, simplemente existen en sí mismas. Tras el descubrimiento de Dirac, todo parecía distinto, porque uno podía preguntar: ¿por qué un protón no podría ser a veces un protón más un par electrón-positrón, etc.?… En consecuencia, el problema de la división de la materia había adquirido una dimensión distinta.”

Dado que la antimateria tiene la misma masa que la materia, es decir son de la misma magnitud y signo (la definición de masa es positiva siempre), el efecto gravitacional de la antimateria no debe ser distinto de la materia, es decir, siempre sera un efecto atractivo. Pero, ¿acaso no importa la equivalencia establecida de antipartícula viajando al futuro = partícula viajando al pasado?

 

 

 

 

La respuesta es sí. Dicha equivalencia proviene de algo llamado simetría CPT (Charge-Parity-Time), y nos dice que la equivalencia entre las partículas y anti-partículas no solo corresponde a realizar una transformación sobre la carga, sino también sobre la paridad y el tiempo. La carga no afecta la gravedad, pero la paridad y el tiempo si la afectan. En otras palabras, al modificarse el tiempo (poner el tiempo al reves) y el espacio (la paridad es “girar” el espacio), estamos alterando el espacio-tiempo, y como la teoría general de la relatividad lo afirma, es la geometría de este el que determina la gravedad.

El carácter mutable de la materia se convirtió en piedra angular de la nueva física de partículas. El hecho de que partículas y anti-partículas puedan crearse juntas a partir del vacío si se aporta energía suficiente, no sólo es importante para entender cómo se crean las partículas en aceleradores de alta energía, sino también para entender los procesos cuánticos que se produjeron en el Big Bang.

Como ya lo hemos expresado, el conocimiento que se obtuvo sobre la existencia de anti-familias de partículas o familias de anti-partículas es una consecuencia de la aplicación de la teoría relativista del campo cuántico, para cada partícula existe una partícula que tiene la misma masa pero cuya carga eléctrica (y otras llamadas cargas internas) son de signo opuesto. Estas son las anti-partículas. Así, al conocido electrón, con carga negativa, le corresponde un «electrón positivo» como anti-partícula, llamado positrón, descubierto en 1932. El an-tiprotón, descubierto en 1956, tiene la misma masa que el protón, pero carga eléctrica negativa de igual valor. El fotón, que no tiene masa ni carga eléctrica, puede ser considerada su propia anti-partícula.

Un agujero negro es un objeto que tiene tres propiedades: masa, espin y carga eléctrica. La forma del material en un agujero negro no se conoce, en parte porque está oculta para el universo externo, y en parte porque, en teoría, el material continuaría colapsando hasta tener radio cero, punto conocido como Singularidad, de densidad infinita.

Un agujero negro tiene tres propiedades: masa, espín y carga eléctrica. La forma del material de un agujero negro no se conoce, en parte porque está oculta para el universo externo, y en parte porque, en teoría, el material continuaría colapsando hasta tener radio cero, punto conocido como singularidad, de densidad infinita.

Cada partícula está caracterizada por un cierto número de parámetros que tienen valores bien definidos: su masa, carga eléctrica, spin o rotación interna y otros números, conocidos como cuánticos. Estos parámetros son tales que, en una reacción, su suma se mantiene y sirve para predecir el resultado. Se dice que hay conservación de los números cuánticos de las partículas. Así, son importantes el número bariónico, los diversos números leptónicos y ciertos números definidos para los quarks, como la extrañeza, color, etc. Estos últimos y sus antipartículas tienen cargas eléctricas (± 1/3 o ± 2/3) y números bariónicos (±1/3) fraccionarios. No todos los números asociados a cada partícula han sido medidos con suficiente precisión y no todas las partículas han sido detectadas en forma aislada, por lo menos de su ligamento, como el caso de los quarks y de los gluones.

Los gluones son una especie de «partículas mensajeras» que mantienen unidos a los quarks. Su nombre proviene del término inglés “glue”, que significa pegamento, en español quizás podría ser gomón. Ahora, en cuanto a los quarks, ya hicimos referencia de ellos anteriormente. Pero recordemos aquí, que fueron descubiertos en 1964 por Murray Gell-Mann, como los componentes más reducidos de la materia. Hasta entonces se pensaba que los átomos consistían simplemente en electrones rodeando un núcleo formado por protones y electrones.

En estado natural, quarks y gluones no tienen libertad. Pero si se eleva la temperatura a niveles 100.000 veces superiores, como se ha hecho en aceleradores de partículas, a la del centro del Sol, se produce el fenómeno del desconfinamiento y por un brevísimo tiempo quedan libres. En ese preciso momento aparece lo que se suele llamar plasma, «una sopa de quarks y gluones» que equivale al estado en que se podría haber encontrado la naturaleza apenas una milésima de segundo luego del Big Bang.

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Recientemente se ha descubierto un nuevo estado de la materia, esta vez a niveles muy muy altos de energía, que los científicos han denominado Plasma Gluón-Quark. La transición ocurre a temperaturas alrededor de cien mil millones de grados y consiste en que se rompen las fuertes ligaduras que mantienen unidos los quarks dentro de los núcleos atómicos. Los protones y neutrones están formados, cada uno, por 3 quarks que se mantienen unidos gracias a los gluones (El gluón es la partícula portadora de interacción nuclear fuerte, fuerza que mantiene unida los núcleos atómicos). A temperaturas superiores se vence la fuerza nuclear fuerte y los protones y neutrones se dividen, formando esta sopa denominada plasma Gluón-Quark.

Pero por ahora aquí, nos vamos a quedar con los quarks al natural. Normalmente, los quarks no se encuentra en un estado separados, sino que en grupos de dos o tres. Asimismo, la duración de las vidas medias de las partículas, antes de decaer en otras, es muy variable (ver tablas).

Por otra parte, las partículas presentan una o más de las siguientes interacciones o fuerzas fundamentales entre ellas. Por un lado se tiene la gravitación y el electromagnetismo, conocidas de la vida cotidiana. Hay otras dos fuerzas, menos familiares, que son de tipo nuclear y se conocen como interacciones fuertes y débiles.

La gravitación afecta a todas las partículas, es una interacción universal. Todo cuerpo que tiene masa o energía está sometido a esta fuerza. Aunque es la más débil de las interacciones, como las masas son siempre positivas y su alcance es infinito, su efecto es acumulativo. Por ello, la gravitación es la fuerza más importante en cosmología.

Archivo:Ferrofluid poles.jpg

                                              Fluido ferroso que se agrupa cerca de los polos de un imán

La fuerza electromagnética se manifiesta entre partículas con cargas eléctricas. A diferencia de las demás, puede ser de atracción (entre cargas de signos opuestos) o de repulsión (cargas iguales). Esta fuerza es responsable de la cohesión del átomo y las moléculas. Mantiene los objetos cotidianos como entidades con forma propia. Un vaso, una piedra, un auto, el cuerpo humano. Es mucho más fuerte que la gravitación y aunque es de alcance infinito, las cargas de distinto signo se compensan y sus efectos no operan a grandes distancias. Dependiendo de las circunstancias en que actúen, estas interacciones pueden manifestarse como fuerzas eléctricas o magnéticas solamente, o como una mezcla de ambos tipos.

La Fuerza Nuclear Débil: otra fuerza nuclear, considerada mucho más débil que la Fuerza Nuclear Fuerte. El fenómeno de decaimiento aleatorio de la población de las partículas subatómicas (la radioactividad) era difícil de explicar hasta que el concepto de esta fuerza nuclear adicional fue introducido.

La interacción nuclear débil es causa de la radioactividad natural y la desintegración del neutrón. Tiene un rol capital en las reacciones de fusión del hidrógeno y otros elementos en el centro de las estrellas y del Sol. La intensidad es débil comparada con las fuerzas eléctricas y las interacciones fuertes. Su alcance es muy pequeño, sólo del orden de 10-15 cm.

Archivo:CNO Cycle.svg

La interacción fuerte es responsable de la cohesión de los núcleos atómicos. Tiene la intensidad más elevada de todas ellas, pero es también de corto alcance: del orden de 10-13 cm.

Es posible caracterizar las intensidades de las interacciones por un número de acoplamiento a, sin dimensión, lo que permite compararlas directamente:

Fuerte as = 15

Electromagnéticas a = 7,3 x 10-3

Débil aw 3,1 x 10-12

Gravitacional aG = 5,9 x 10-39

Por otro lado, la mecánica cuántica considera que la interacción de dos partículas se realiza por el intercambio de otras llamadas «virtuales». Tienen ese nombre porque no son observables: existen por un tiempo brevísimo, tanto más corto cuanto mayor sea su masa, siempre que no se viole el principio de incertidumbre de Heisenberg de la teoría cuántica (que en este contexto dice que el producto de la incertidumbre de la energía por el tiempo de vida debe ser igual o mayor que una constante muy pequeña). Desaparecen antes de que haya tiempo para que su interacción con otras partículas delate su existencia.

Monografias.com

El fotón  virtual común se desplaza hacia la partícula menos energética.

Dos partículas interactúan al emitir una de ellas una partícula virtual que es absorbida por la otra. Su emisión y absorción cambia el estado de movimiento de las originales: están en interacción. Mientras menos masa tiene la partícula virtual, más lejos llega, mayor es el rango de la interacción. El alcance de la interacción es inversamente proporcional a la masa de la partícula portadora o intermedia. Por ejemplo, la partícula portadora de la fuerza electromagnética es el fotón, de masa nula y, por lo tanto, alcance infinito. La interacción gravitacional también tiene alcance infinito y debe corresponder a una partícula de masa nula: se le denomina gravitón. Naturalmente tiene que ser neutro. (Aún no ha sido vistos ni en pelea de perros).

Como ya hicimos mención de ello, a las fuerzas nucleares se les asocian también partículas portadoras. Para la interacción débil estas partículas se llaman bosones intermedios, expresados como W+, W- y Z0 (neutro). El W- es antipartícula del W+. Los W tienen masas elevadas comparadas con las otras partículas elementales. Lo de bosones les viene porque tienen spin entero, como el fotón y el gravitón, que también los son, pero que tienen masas nulas. Las fuerzas fuertes son mediadas por unas partículas conocidas como gluones, de los cuales habría ocho. Sin embargo, ellos no tienen masa, pero tienen algunas de las propiedades de los quarks, que les permiten interactuar entre ellos mismos. Hasta ahora no se han observado gluones propiamente tal, ya que lo que mencionamos en párrafos anteriores corresponde a un estado de la materia a la que llamamos plasma. Claro está, que es posible que un tiempo más se puedan detectar gluones libres cuando se logre aumentar, aún más, la temperatura, como está previsto hacerlo en el acelerador bautizado como “Relativistic Heavy Ion Collider”, empotrado en Estados Unidos de Norteamérica.

TABLA DE LAS PRINCIPALES PROPIEDADES DE LAS PARTÍCULAS PORTADORAS DE LAS INTERACCIONES FUNDAMENTALES

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tabla3

Una partícula y su anti-partícula no pueden coexistir si están suficientemente cerca como para interactuar. Si ello ocurre, ellas se destruyen mutuamente: hay aniquilación de las partículas. El resultado es radiación electromagnética de alta energía, formada por fotones gama. Así, si un electrón está cercano a un positrón se aniquilan en rayos gama. Igual con un par protón-antiprotón muy próximos.

La reacción inversa también se presenta. Se llama «materialización o creación de partículas» de un par partícula-antipartícula a partir de fotones, pero se requieren condiciones físicas rigurosas. Es necesario que se creen pares partícula-anti-partícula y que los fotones tengan una energía mayor que las masas en reposo de la partículas creadas. Por esta razón, se requieren fotones de muy alta energía, de acuerdo a la relación de Einstein E=mc2 . Para dar nacimiento a electrones/positrones es necesario un campo de radiación de temperaturas mayores a 7×109 °K. Para hacer lo mismo con pares protón/antiprotón es necesario que ellas sean superiores a 2×1012 °K. Temperaturas de este tipo se producen en los primeros instantes del universo.

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No debemos asombrarnos de nada a estas alturas después de todo lo que hemos podido ver.

Un equipo de científicos ha podido determinar que realmente existe una partícula que es su propia antipartícula. Se trata del fermión predicho en 1937 por el físico Ettore Majorana, que ha sido observado por primera vez en un material creado en laboratorio. Si los neutrones son partículas de Majorana, el universo está lleno de ellas, suponen los investigadores. El descubrimiento impulsará la construcción de ordenadores cuánticos.

emilio silvera

 

  1. 1
    Pedro
    el 24 de noviembre del 2018 a las 10:17

     
    Ya que no permite solo copiar la dirección envío todo.
    La física del tiempo, ante las grandes cuestiones
    Richard A. Muller ofrece bases científicas para obtener respuestas
     

    En su libro Ahora. La física del tiempo, Richard A. Muller plantea la existencia del libre albedrío, los límites del fisicalismo, la existencia de un alma que trasciende la realidad física y se enfrenta a las últimas preguntas: Dios o el sentido. No da respuestas, pero ofrece bases sólidas para obtenerlas. Por Juan A. Martínez de la Fe.

     
       

    Agujero de gusano. Johnson Martin.

     “Ahora”, este momento preciso, es la unidad de creación temporal más compleja y fascinante a la que la mente humana puede enfrentarse. Richard Muller ha decidido analizar todo el potencial de ese instante aparentemente inasequible y que sin embargo conforma nuestro tiempo presente. Sus trabajos acerca del papel de la energía oscura en la aceleración del universo le han permitido aportar una visión distinta del tiempo y de cómo se constituye. Cómo el discurrir del tiempo aumenta el desorden en el universo. Cómo el futuro afecta al pasado. Son algunos de los aspectos que Muller desgrana con una claridad expositiva extraordinaria, muy poco habitual en el intento de la física, la filosofía e incluso de la religión por asir conceptualmente ese momento resbaladizo y crucial: el ahora.    La editorial Pasado & Presente ha publicado, hace ya algún tiempo, una excelente obra. Se trata del libro de Richard A. Muller Ahora. La física del tiempo que, aunque aparecida en Barcelona en 2016, mantiene total vigencia. Es el autor un profesor de física en la universidad de Berkeley, por lo que su estudio tiene una base eminentemente apoyada en esa ciencia, pero que da un paso más planteándonos cuestiones que la trascienden acercándonos a una meta-física o una filosofía, entendidas estas en los parámetros que define el autor; unas definiciones que no se ajustan exactamente con las que usamos habitualmente aplicadas a estas disciplinas.   ¿Qué es el ahora? Se trata de una cuestión abordada por filósofos y por físicos; entenderla requiere conocer la relatividad, la entropía, la física cuántica, la antimateria, el viaje hacia atrás en el tiempo, el entrelazamiento, el Big Bang y la energía oscura. Gran variedad de conocimientos que, quizás, ajenos a algunos posibles lectores, les aparten de la lectura de la obra. Pero este supuesto inconveniente queda en gran medida resuelto gracias a la destreza del autor para explicar didácticamente cuestiones complejas. Huye a lo largo de sus páginas, en la medida de lo posible, de la aplicación de enrevesadas fórmulas matemáticas o físicas, que relega a uno de los varios apéndices que contiene, de manera que quien las maneje con facilidad pueda recorrerlas y comprobarlas, mientras que los no especialistas sean capaces de discurrir sin grandes dificultades por los capítulos que comprende.   Muller nos ofrece desde la primera página cuál es el objetivo que se propuso cuando decidió escribir su ensayo: “Mi propósito es recopilar en este libro la física esencial, juntando piezas como en un rompecabezas, hasta obtener una imagen clara del ahora. Para que el proceso sirva a su propósito tendremos también que localizar y desplazar piezas del rompecabezas que han sido erróneamente colocadas”. Y se trata, además, del único libro específico sobre el tiempo, escrito por un físico muy implicado en trabajos experimentales, proponiendo ciertas reflexiones sobre los retos y frustraciones que tal ocupación implica.   Cinco etapas   El autor nos propone cinco etapas para acceder a la intelección del ahora. Una primera etapa se denomina Tiempo asombroso, del que nos dice: “El mensaje más importante de la parte I es que entendemos bastantes cosas sobre el tiempo y que el comportamiento de este no es sencillo, pero está bien establecido”.   Flecha rota es la denominación que aplica para la segunda parte o etapa. Alude a la flecha del tiempo que Eddington relacionó con la entropía. El control de los itinerarios de la entropía es esencial para comprender el ahora.   La tercera parte es Física horripilante, donde aporta otro elemento esencial para la concepción de ese ahora: la misteriosa ciencia de la física cuántica, en la que el pasado ya no determina el futuro, al menos no del todo. En esta física surge el entrelazamiento cuántico, que “sugiere que la capacidad limitada para predecir el futuro seguirá siendo para siempre un punto débil de la física”.   Una exploración sobre los límites de la física se aborda en la parte cuarta de la obra, Física y realidad. En ella se presta especial atención al fisicalismo, esa negación de las verdades no físicas, no matemáticas que, paradójicamente, se basa en la fe y presenta las mismas trampas que la religión.   Ahora, como no podía ser de otra manera, es el título de la quinta y última parte de este más que interesante estudio. Ahora es el filo expansivo de vanguardia del tiempo. “Experimentamos el nuevo momento de forma distinta del precedente porque es el único en que podemos ejercer la opción, o libre albedrío, para afectar y alterar el futuro”. Sabemos que el libre albedrío es compatible con la física. “Podemos influir sobre el futuro utilizando no solo conocimiento científico, sino igualmente conocimiento no físico (empatía, virtud, ética, amabilidad, justicia) para encauzar el flujo de entropía y provocar un reforzamiento de la civilización o su destrucción”. Y la solución a esta problemática la encuentra Muller en el enfoque de un Big Bang en 4D.   Lo que sabemos y no sabemos del tiempo   Más en detalle. En la primera parte, nos encontramos con que el concepto del tiempo trajo de cabeza a los grandes filósofos, pero la física ha abierto esperanzas a su comprensión. Y de eso va este libro: sobre lo que sabemos del tiempo y lo que no.   Muller nos ofrece un conciso y acertado recorrido sobre la frustración de pensadores para comprender el ahora. Aristóteles, San Agustín, Einstein, Arthur Eddington y hasta Stephen Hawking. “Luchar a brazo partido con el concepto del ahora nos llevará a un viaje a través de la abstracta y asombrosa física, de la física del tiempo, del significado de la realidad y de un análisis actualizado sobre el libre albedrío”. Y aquí el autor aborda la siempre actual cuestión de si es posible desplazarse hacia atrás en el tiempo.   Un amplio capítulo se dedica a estudiar los planteamientos de Einstein y su teoría de la relatividad, de la deceleración del tiempo, con lo que implica de posibilidad de viajar hacia atrás. Porque si se cambian los sistemas de referencia, se producen saltos discretos en el tiempo de los sucesos distantes.   Por las páginas del libro discurre el espacio comprimido, junto al experimento de Michelson-Morley y el descubrimiento de la masa, como fuente desconocida de energía, cuya característica principal es la de su conservación. Velocidad de la luz y agujeros negros ayudan a arrojar claridad en las cuestiones que Muller plantea.   No podían faltar las paradojas; la relatividad parece inconsistente desde un punto de vista lógico, hasta que se la analiza de cerca y atentamente. Tres paradojas son las analizadas aquí: la del poste en el granero, la de los gemelos, uno de los cuales emprende un viaje al espacio, y el asesinato del taquión.   Como dice Muller, “no hay paradojas en el mundo regido por las ecuaciones de la física causal. El escenario presenta un problema solo si se piensa que las personas poseen libre albedrío”. Cree él en su libre albedrío, aunque reconoce la posibilidad de que sea una ilusión y que él solo sea un conjunto de complicadas moléculas que reaccionan a impulsos y empujes locales. Es curioso que este libre albedrío sea falsable científicamente, al menos en la manera en que él lo plantea, algo que no ocurre con otras teorías, como la del diseño inteligente.   ¿Es posible superar la velocidad de luz? Para Muller, la distancia entre objetos cambia más rápido que la velocidad de la luz;  las distancias, medidas en sistemas de referencia acelerados, cambian con una alta velocidad arbitraria. Esto tiene repercusiones cosmológicas, en particular, según la formulación estándar de la teoría del Big Bang, por el hecho de que las galaxias no se mueven pero la distancia entre ellas va en aumento. El autor postulará que la expansión del espacio va acompañada de una expansión del tiempo y que dicha expansión explica el fluir del tiempo y el significado del ahora.   En el fondo, aquí se trata de la gravedad como aceleración, indistinguible una de la otra. Y lo que aportó Einstein fue la unificación de espacio y tiempo. Y Muller aborda el tiempo imaginario, el tema de los números irracionales e imaginarios, así como el espacio-tiempo en 4D. No da de lado a la extendida teoría de cuerdas, de la que dice que no es la solución de lo que se busca; con ella se han hecho muchas predicciones, ninguna correcta; pero la observación refleja el hecho de que esta teoría requiere la existencia del campo gravitatorio relativamente débil, comparado con otras fuerzas.   ¿Y qué decir de los agujeros negros? Afirma que el tiempo próximo a ellos es mucho más extraño de lo que la gente se imagina. Por ejemplo, no atraen ni absorben, sino que se puede orbitar a su alrededor igual que lo haría en torno a cualquier otra masa. Es más, afirma: “no ha habido tiempo suficiente (desde nuestro sistema referencial propio) para que la materia caiga en la distancia infinita que caracteriza un auténtico agujero negro”. Aborda Muller, también, el asunto de los agujeros de gusano, negando que el hecho de atravesar uno de ellos permita viajar hacia atrás en el tiempo. Con lo que pasa a la segunda parte de su obra, Flecha rota, a fin de tratar por qué el tiempo fluye hacia adelante en lugar de hacia atrás.

     

    PublicDomainPictures.

    La flecha del tiempo   Este tema, el de la flecha del tiempo, la llama el autor flecha de confusión. Analiza con detenimiento la propuesta de Eddignton, que postulaba que un incremento de la entropía explica por qué el tiempo corre hacia adelante. Nos dice, desde el inicio, que “el tiempo no solo es una cuarta dimensión del espacio. Es intrínsecamente distinto: avanza. Además, el pasado es muy distinto del futuro”.   Por supuesto, para destripar la propuesta de Eddington hay que profundizar en el conocimiento de la entropía, que Muller pretende desmitificar mediante sus planteamientos de la entropía del flujo de calor y la entropía de mezcla, para desembocar en lo desconcertante que es y, por supuesto, en la física cuántica. Y se pregunta: “la entropía aumenta. El tiempo progresa. ¿Están correlacionados, o hay una relación causa-efecto?” Desde luego, para Eddington, el tiempo se mueve hacia adelante porque nuestro estado actual es altamente improbable, lo que deja mucho margen a la entropía.   Para que aumente la entropía, como requería Eddington, el universo actual tiene que tener una entropía baja. Aquí Muller se detiene en los estudios de Georges Lamaître y de Hubble, que parecen apuntar a que el Big Bang no fue una expansión de materia en el espacio, sino la expansión del propio espacio. ¿Existía antes del Big Bang el espacio? El autor se inclina por la negación, pero no tiene respuesta para la pregunta de dónde salió, sino que se podría asumir que “allí” hay una quinta dimensión desconocida por el humano.   El espacio no es un vacío, sino como una substancia no material, sino algo más fundamental que vibra de muy diversos modos: en forma de materia o de energía. “La creación de espacio es lo que hizo posible la materia. Antes de la creación del espacio no existía ninguna de las cosas que creemos ‘reales’”, nos dice Muller, aunque reconoce que estas ideas no forman parte de la ciencia, sino que son fruto de las meditaciones de un científico.   El universo entra en erupción, titula a su análisis de la naturaleza del Big-Bang. En él, recorre el principio cosmológico, según el cual el universo es homogéneo, que considera erróneo, así como el descubrimiento del fondo de microondas de la explosión inicial, sin el cual toda la teoría del Big Bang habría sido refutada. Se lanza a la búsqueda del principio del tiempo, una búsqueda que nos ha llevado, si no al principio, sí a tan solo medio millón de años después del principio, lo que nos ha permitido vernos como éramos, cómo era el universo, hace algunos miles de millones de años.   Y, sabiendo lo que ocurrió hace catorce mil millones de años, ¿qué se puede decir sobre los próximos cien mil millones de años? ¿Se seguirá así hasta el infinito o se producirá un Big Crunch? Esto lleva a Muller a ir ahora en busca del final del tiempo. Recorre el descubrimiento de que la expansión del universo se acelera, con lo que descarta el Big Crunch: “El espacio continúa para siempre, igual que el tiempo a menos que, por supuesto, quede otro fenómeno por descubrir”. No pasa por alto el error de Einstein en relación con su constante cosmológica y se detiene en la teoría de la inflación o de la creación de espacio intermedio entre puntos inmensamente alejados.   No soslaya sus reparos a la teoría de Eddington sobre la entropía como causa de la flecha del tiempo, ya que, a medida que el universo se expande, las microondas llenan más espacio, pero pierden energía, con el resultado de que su entropía permanece constante. Y llega hasta la partícula divina, el bosson de Higgs. Entonces, si la entropía no establece la flecha del tiempo, ¿qué lo hace? Ha habido varias alternativas: la flecha del agujero negro, la flecha asimétrica del tiempo, la de la causalidad, la de la radiación, la psicológica, la antrópica,  la cuántica o la cosmológica. Todas ellas son objeto de análisis por parte de Muller. De su análisis se desprende la necesidad de profundizar en la física cuántica, lo que en la tercera parte de su obra titula Física horripilante.   Física cuántica   Se trata, como dice el autor, de una introducción a la física cuántica empezando por el ejemplo más absurdo y más conocido, el del gato de Schrödinger, a raíz del cual desarrolla el concepto de medición y la que se ha dado en llamar la interpretación de Copenhague, finalizando este apartado con la idea de que la teoría cuántica vulnera la relatividad.   Muller aborda, como no podía der de otra manera, la misteriosa cuestión de la medición y lo mal que se puede probar la función de onda cuántica, asunto ya planteado por Einstein cuando sugirió la dualidad de la onda-partícula, lo que le lleva a desarrollar el principio de incertidumbre de Heisemberg, la longitud de Planck, el caos y su incertidumbre. Y comenta: “Toda teoría escrita sobre estos temas no pasa de ser una especulación fantasiosa. No es así como se desarrolló la física en el pasado. Puede que haya muchas fuerzas adicionales detrás de las cuatro fuerzas tradicionales (la electromagnética, la nuclear, la de la radioactividad, llamada también fuerza débil, y la gravedad”. Lo que sí parece tener claro es que algo causa el colapso de la función de onda mucho antes de que nos llegue a nosotros, pero que no sabe lo que es.   Einstein se equivocó en lo referido a la física cuántica. Pensaba que el electrón tiene en todo momento una posición real pero oculta y que la física cuántica, simplemente, no sabía lo que era. Estudia Muller este planteamiento y desemboca en el entrelazamiento, que acaba con esa variable oculta; más allá, piensa que toda la física, incluida la cuántica, y toda la ciencia son fundamentalmente incompletas, algo que aborda detenidamente más adelante. Pero sí profundiza en la computación cuántica, para la que no demuestra mucho optimismo.   Otro importante apartado es el que dedica a la observación del viaje hacia atrás en el tiempo. Feynman y su postulado de que un positrón es un electrón que recorre ese trayecto inverso ocupan varias páginas del libro; aunque se muestra poco receptivo a la idea de que el ser humano pueda hacerlo, ya que, se pregunta, de qué vale discurrir hacia el pasado si no se pueden cambiar las cosas; además, si todo en el futuro y en el pasado está determinado de antemano, ¿qué utilidad tiene ese viaje? Y concluye que, quizás, algún día alguien funde una religión basada en la idea de Wheeler: al morir, el alma vuelve hacia atrás en el tiempo, se dispersa y se convierte en un alma que se mueve hacia adelante en otra persona; tal vez haya una sola alma en el universo, con lo que adquiere valor la regla de oro, cualquier cosa que hagamos a los demás nos la hacemos a nosotros mismos.   Se llega, así, a la cuarta parte de la obra, Física y realidad, en la que se profundiza en las limitaciones de la física y del fisicalismo. Arranca con el teorema de Gödel, que reza que todas las teorías matemáticas son incompletas, lo que significa que cualquier sistema matemático que se idee, encerrará verdades indemostrables, que no pueden identificarse como verdades. Habrá afirmaciones verdaderas que no puedan verificarse ni demostrarse que son ciertas. La clonación y la teletransportación también son consideradas aquí.   Apasionante resulta la lectura de los apartados que dedica a la ciencia y a la existencia de un conocimiento al margen de la realidad física, algo que ya manejaban los pitagóricos. Y se pregunta si el ahora existe en el cerebro o solo en la mente. Lógicamente, su análisis se detiene necesariamente en el fisicalismo, que afirma que las observaciones no cuantificables son ilusiones; a lo que Muller contrapone que no todo requiere ser verificado empíricamente, pero podemos verificar sus consecuencias. Dice: “La ciencia dice que no tenemos libre albedrío. Tonterías. Esa afirmación está inspirada en la física, pero no tiene justificación en física”. Aborda, también, el problema de Dios, estudiando con más detenimiento los planteamientos de Dawkins; aunque reconoce que los fisicalistas tienen una razón práctica para negar el conocimiento no físico, pues, una vez que se admite, se abren las puertas al espiritismo, la pseudociencia y a la religión.   Repetidas veces se ha referido el autor al tema del libre albedrío y ahora lo aborda en mayor profundidad. Piensa que él lo tiene, pero no está totalmente seguro, porque aunque no podemos llegar a la conclusión de que existe, no hay nada en la ciencia que lo excluya. Y esto, naturalmente, lo lleva a tratar el tema de la ética y de su fundamento.

     

    Gerd Altmann.

    El Ahora Todo el camino recorrido hasta aquí nos conduce hasta la quinta y última parte del libro, que toma su título del que figura en su cubierta: Ahora. Propone Muller que, a la par que el Big Bang crea nuevo espacio, crea también nuevo tiempo y ese nuevo tiempo es la clave del ahora. Siendo verdad que el Big Bang es una explosión del espacio en tres dimensiones, una asunción más razonable, más próxima al espíritu de la unificación espacio-tiempo, es que es una explosión del espacio-tiempo en dimensión 4.   A cada momento, el universo se agranda un poco más y hay un poco más de tiempo, siendo ese filo rector del tiempo lo que llamamos el ahora. El futuro no existe aún, se está creando; el ahora está en la frontera, en la vanguardia, es nuevo tiempo que sale de la nada, filo rector del tiempo. Pero no todos los ahora son simultáneos en todo el universo.  El tiempo, pues, está vinculado al espacio-tiempo, es su cuarta dimensión y, por lo tanto, cabe esperar que si aquel, el espacio-tiempo, se acelera, también lo haga el tiempo. Y por fluir del tiempo se entiende la continua adición de nuevos momentos, que nos confieren el sentido de que se mueve hacia adelante en una continua creación de ahoras.   Y este capítulo se cierra con una profundización en sus críticas al fisicalismo, al análisis de la empatía y al libre albedrío.   La obra culmina con una serie de apéndices, su mayoría dedicados a exponer fórmulas y ecuaciones que fundamenten los contenidos del libro, destinados a lectores con mayores conocimientos en estas materias. Así, el primero está dedicado a la matemática de la relatividad, el segundo a tiempo y energía, el tercero a demostrar la irracionalidad de la raíz cuadrada de 2, y el quinto a la matemática de la incertidumbre. El apéndice cuarto es una especie de poema sobre la creación, mientras que el sexto y último aborda el tema de la física y Dios.   En este último apéndice no elude aportar su opinión sobre el particular; quizá, se pueda resumir con estas líneas del texto: “¿Por qué hubo un Big Bang? Hay quien ha invocado el principio antrópico y otros invocan a Dios. No veo una respuesta clara. Si hubiera Dios, ello no da respuesta a la pregunta de si merece la pena adorar al Dios creador. ¿Veneramos a un Ser Supremo solo porque dispuso unas ecuaciones físicas y prendió la mecha? Yo no. Si adoro, adoro al Dios que se preocupa por mí y me da fuerza espiritual”.   Nos hallamos frente a un libro muy interesante. Aborda y nos pone al día sobre los problemas de la cosmología y de la física y lo hace con gran maestría y un considerable esfuerzo por hacer inteligibles cuestiones que no son fácilmente accesibles a quienes no están habituados a moverse en terrenos de fórmulas matemáticas y ecuaciones; y no rehúye el aportar las fórmulas que son necesarias por vía de un apéndice destinado a quienes están más habituados a recorrer estos senderos. Por otro lado, va más allá de la física, la meta-física, exponiendo conclusiones ya fuera de los límites de lo cuantificable para entrar en terrenos filosóficos; y lo hace con sencillez y humildad, reconociendo las fronteras hasta las que puede llegar, dejando un amplio campo de opciones para que el lector pueda optar por las que considere más fundamentadas.   En un rápido esbozo, podemos resumir algunas de las ideas que discurren por la obra, al margen de lo relacionado con el tiempo y el ahora: 1. La existencia del libre albedrío, con las consecuencias que tiene en los campos de la moral y la fundamentación ética; 2. Reconocer los límites del fisicalismo, abriendo la vía a la existencia de realidades no mensurables; 3. La existencia de un “alma”, no en sentido religioso, sino como algo que trasciende la realidad física. 4. Enfrentarse a las últimas preguntas, Dios o el sentido.   No es un libro religioso, evidentemente. Pero no cabe duda de que ofrece unas bases sólidas sobre las que asentar una postura con una robusta base conceptual.

     

    Viernes, 23 de Noviembre 2018

    Juan A. Martínez de la Fe

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