Confinados en nuestro pequeño planeta, sin poder escapar hacia el Espacio profundo, donde residen otras estrellas y otros mundos, hemos sido capaces de llegar, en el “universo” de lo muy pequeño, hasta las entrañas de la materia utilizando para ello grandes aceleradores y microscopios electrónicos. Hemos inventado lo que llamamos Mecánica cuántica para describir ese fantástico lugar en el que residen los objetos más pequeños invisibles al ojo desnudo, ¡las partículas elementales! (unas más elementales que otras). Ahora sabemos de sus interacciones y de las fuerzas de la naturaleza.

Estas máquinas “monstruosas” empleando inmensas energías han podido llegar hasta el mismo corazón de la materia para refrendar lo que ya sospechábamos: Que en ese profundo y extraño lugar en el que “viven” los objetos más pequeños del Universo, hemos encontrado fantásticas respuestas a preguntas planteadas que, hasta entonces, nadie sabía contestar. Muchas de esas respuestas fueron imaginadas por los físicos teóricos y, más tarde, refrendadas por la avanzada tecnología de la que ahora podemos disponer.

Unas pocas “familias” de partículas que se combinan para conformar los átomos, éstos las moléculas y, a su vez, las moléculas se juntan para conformar objetos. Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas.

Quarks, Leptones y Bosones, esas son las tres familias que hacen posible que nuestro Universo sea el que podemos observar. Los Quarks y los Leptones son Fermiones sometidos al Principio de exclusión de Pauli, es decir, no “quieren” estar juntos, mientras que los Bosones se pueden juntar sin el menor problema.

En el Modelo estándar de partículas y fuerzas, todo queda bien explicado y cada familia de Quarks, Leptónica o Bosónica, tiene su función bien determinada, unas forman átomos y otras son emisarias de las fuerzas fundamentales.

En la física de partículas los Quarks son fermiones elementales masivos que interactúan fuertemente formando la materia nuclear y cierto tipo de partículas llamadas hadrones. Junto con los Leptones, son los constituyentes fundamentales de la materia bariónica (la que emite radiación y genera fuerza gravitatoria). Varias especies de Quarks se combinan en tripletes para formar bariones, las part´ñiculas subatómicas llamadas protones y los neutrones, otros, Quark y anti.Quark forman los hadrones denominados mesones.

En el pequeño núcleo (que contiene el 99% de la materia del átomo, se producen extrañas actividades: La fuerza nuclear fuerte es una de las cuatro fuerzas fundamentales que el modelo estándar de la física de partículas establece para explicar las fuerzas entre las partículas conocidas. Esta fuerza es la responsable de mantener unidos a los nucleones (protones y neutrones) que coexisten en el núcleo atómico, …. La fuerza que hace que los constituyentes del núcleo de un átomo estén unidas y, para conseguirlo mantiene confinados a los Quarks. Esta fuerza funciona como un muelle de acero, al contrario de las otras fuerzas, cuando más se alejan los Quarks más potente es, es decir, aumenta con la distancia. El muelle cuantro más se estira más resistencia opone.

“Los quarks forman hadrones, que pueden ser bariones o mesones. Los bariones son partículas formadas por tres quarks de valencia rodeados de un océano de pares quark-antiquark y gluones virtuales. Los mesones están formados por un quark y un antiquark de valencia rodeados de un océano de pares quark-antiquark y gluones virtuales. Salvo el quark top (cuya vida media es demasiado corta para hadronizarse), todos los quarks pueden formar parte de los hadrones. LHCb es el detector de partículas del LHC especializado en los hadrones formados por quarks b (bottom o beauty) de valencia.”

En el Modelo estándar de partículas elementales, se han podido incluir a tres de las cuatro fuerzas fundamentales del Universo: las nucleares fuerte y débil y el electromagnetismo. La Gravedad se resiste a juntarse con las otras fuerzas y, los físicos, buscan desaforadamente una teoría cuántica de la Gravedad que reúna a las cuatro fuerzas.

“Ocho décadas han pasado desde que los físicos se dieron cuenta de que las teorías de la mecánica cuántica y la gravedad no encajaban entre sí, y el misterio de cómo combinarlas sigue sin resolverse. En las últimas décadas, los investigadores han trabajado en el problema en dos vertientes distintas — la teoría de cuerdas, y la gravedad cuántica de bucles — que se consideran incompatibles por aquellos que las estudian. Pero ahora, algunos científicos defienden que unir fuerzas es la forma de avanzar.”

Las dos principales candidatas a una “teoría del todo”, que durante mucho tiempo se pensó que eran incompatibles, podrían ser las dos caras de la misma moneda.

                          ¿Dentro de la Teoría de cuerdas, subyace una teoría cuántica de la Gravedad?

“Entre los intentos de unificar la teoría cuántica y la gravedad, la teoría de cuerdas es la que ha atraído más atención. Su premisa es simple: todo está hecho de minúsculas cuerdas. Las cuerdas pueden ser cerradas o tener los extremos abiertos; pueden vibrar, estirarse, unirse o dividirse. Y en esta variedad de presentaciones yacen las explicaciones de todos los fenómenos que observamos, incluidos la materia y el espacio.”

Es posible que, en estas teorías de más dimensiones, la Gravedad tenga “sitio” para poder situarse y convivir, cómodamente, con las otras fuerzas a las que, no sólo no rechaza, sino que puede estar con ellas muy a gusto. Eso parece que nos quiere decir el hecho fantástico de que, cuando los físicos trabajan con las ecuaciones de la Teoría de cuerdas, como por arte de magia y sin que nadie las llame… ¡Allí aparecen las ecuaciones de campo de la Relatividad General del viejo Einstein!

“La cronología del Big Bang describe los eventos que han ocurrido y ocurrirán de acuerdo con dicha teoría.​ Las observaciones sugieren que el universo como lo conocemos empezó hace aproximadamente 13.810 millones de años. Desde entonces, la evolución del universo ha pasado por tres fases: el Universo muy primigenio, el Universo primigenio y la formación de estructuras.

El Universo muy primigenio, que sigue siendo comprendido pobremente, fue la fracción de segundo durante la cual el universo estaba tan caliente que las partículas tenían una energía muy alta. Conseguir este estado actualmente sólo es posible en la Tierra con un acelerador de partículas. Mientras las características básicas de esta época han sido resueltas con la teoría del Big Bang, los detalles están ampliamente basados en conjeturas.

Después de la formación de partículas y de la liberación de los fotones, se formaron las primeras estrellas, más tarde, se conformaron en galaxias y ahí, la dinámica del Universo desarrolló la constitución de todos los objetos que hoy conocemos, desde los mundos, las grandes nebulosas surgidas de las explosiones supernovas, y las estrellas de neutrones o los agujeros negros.

Siguiendo estas fases, en el Universo primigenio, la evolución del Universo procedió de acuerdo con la conocida física de alta energía. Fue entonces cuando se formaron los primeros protones, neutrones y electrones, después los núcleos y finalmente los átomos.

Con la formación de hidrógeno neutro, se emitió el fondo cósmico de microondas. Finalmente, la época de las formaciones estructurales que comenzó cuando la materia empezó a agregarse en las primeras estrellas y quásars y por último se formaron las galaxias, las agrupaciones de galaxias y los supercúmulos (aunque nadie sabe explicar, como se formaron las galaxias a pesar de la expansión de Hubble). El futuro del Universo no es firmemente conocido.”

Y, el comienzo, lo hemos podido construir a base de muchas conjeturas que, dicho sea de paso, no todas están confirmadas.

emilio silvera

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 Situada en una región histórica del Oriente Medio, en las planicies aluviales entre los ríos Éufrates y Tigris, donde el pueblo sumerio construyó la primera ciudad del mundo y… ¡Mucho más!

Mesopotamia es una zona geográfica, no una civilización. Durante el período de varios miles de años, esta zona estuvo controlado por un conjunto difuso y variado de pueblos: sumerios, hititas, árabes y otros. No obstante, la tecnología evolucionó y se transfirió entre estas civilizaciones dentro de Mesopotamia como si se tratara de una sola sociedad coherente.

Es fácil hacer un seguimiento retrospectivo del desarrollo de la tecnología llegando hasta los sumerios, hasta la que podría ser la civilización humana a partir de la cual se desarrollaron todas las demás, si se exceptúa el caso de las civilizaciones de América.

Los Sumerios fueron unas tribus que habían llegado del este. de las montañas de Elam, quizá ya en el año 8000 a. C. Se asentaron cerca de los pantanos frente al Golfo Pérsico, entre los ríos Tigris y Éufrates. Posteriormente los griegos los llamaron Mesopotamia a esta tierra situada entre ríos, en el extremo más oriental del Creciente Fértil. Se extendía desde el Golfo Pérsico hasta el mar Mediterráneo. El Creciente Fértil se convirtió en el cruce de caminos del mundo euroasiático, siendo la zona de arranque de muchas, si no de todas, las culturas posteriores del hemisferio oriental.

Sumer surgió en elgún momento anterior a 5000 a. C., y allí comienza la crónica escrita de la Humanidad. “Si comparamos a los sumerios con los cazadores recolectores que les precedieron”, nos dice Crosby, “veremos que el contraste entre este pueblo del amanecer de la civilización y cualquier pueblo de la Edad de Piedra es mayor que el contraste entre los sumerios y nuestra propia civilización. Al contemplar a los sumerios, los arcadios, los egipcios, los israelitas y los babilonios, “lo que estamos haciendo es mirarnos en un espejo muy viejo y polvoriento”.

                                                    También trabajaron la alfarería

La era tecnológico comenzó en Oriente Medio, cuando los seres humanos empezaron a moler y pulir sus herramientas de piedra, en vez de tallarlas a golpes, y terminó cuando aprendieron a fundir metales y trabajarlos para convertirlos en herramientas de calidad superior. Entretanto, nuestros antepasados domesticaron “todos los animales de nuestros corrales y prados, aprendieron a escribir, construyeron ciudades y crearon una civilización. El Científico historiador Crosby nos dice que Colón y sus contemporáneos europeos deben tanto a las civilizaciones del antiguo Oriente Medio como a todo lo que se inventó en Europa.

                                              El sistema aritmético sexagesimal sumerio

En resumen, el genio de los aritméticos sumerios sólo puede calificarse como sobresaliente. Los primeros documentos escritos atestiguan el uso de la combinación de un sistema sexagesimal con bases auxiliares decimales y duodecimales, de forma que se pueden aprovechar al máximo las ventajas de ambos sistemas; una combinación tan versátil que incluso seguimos empleándolo en algunos campos del conocimiento: todavía hoy tenemos días de 24 horas (2/5 de la base), cada una de las cuales se divide en 60 minutos de 60 segundos cada uno, y al igual que en el tiempo de los sumerios, nuestras circunferencias se dividen en 360 grados, cada uno de los cuales tiene 60 minutos de arco compuestos por 60 segundos de arco por cada uno de ellos. Desde luego, los aritméticos sumerios pueden sentirse legítimamente orgullosos de su creación.

Se cree que el jabón se inventó hace unos tres mil años. Se han encontrado en la Mesopotamia tablillas de arcilla sumerias que mencionan la mezcla que se obtenía de hervir aceites con potasio, resinas y sal y sobre su uso medicinal.

El origen del jabón

Los fenicios lo fabricaban con aceite de oliva y soda cáustica (o carbonato de sodio) obtenida a partir de las cenizas de la combustión de plantas halófitas (plantas que viven en las salinas) como la salicornia o la salsola.

El jabón ha acompañado al hombre desde hace milenios. Los sumerios, 3000 años a.C., ya lo fabricaban hirviendo sustancia alcalinas y usando el residuo sobrenadante para lavarse.

                                                                    La escritura en forma cuneiforme

Aquí tenéis otras muestras de la inventiva sumeria que, de tenerlas que poner todas aquí, nos faltaría espacio. La Civilización Sumeria, hizo gala de una inmensa imaginación para la inventiva aplicada a las cosas prácticas de la vida cotidiana. La escritura, la agricultura y la rueda para hacer más fácil el transporte de las cosas.

Las primeras ciudades se desarrollaron en Mesopotamia,en la región comprendida entre el Tigris y el Eúfrates. Al ser una tierra fértil, sus habitantes cultivaban cereales y criaban ganado.Los sumerios (habitantes de Mesopotamia) intercambiaban cereales con las regiones vecinas a cambio de metales y útiles. Distintas ciudades destacaron según la época, pero todas tuvieron una cultura similar.

Los sumerios profesaban una religión jerarquizada, con muchos dioses. En cada ciudad había un zigurat (templo) que estaba formado por una plataforma y varios pisos unidos a través de escaleras. El zigurat de Ur, construido ca. 2100 a.c., estaba dedicado al dios lunar Nannar, que era el dios de la ciudad. Los sacerdotes le hacían ofrendas a diario.

 Escritura cuneiforme. Los primeros signos pictográficos se transformaron gradualmente en la escritura cuneiforme (forma de cuña) utilizada por los sumerios. Con una caña hacían marcas sobre tablillas de arcilla húmeda.

Cada ciudad era gobernada por un rey y un grupo de sacerdotes: 2330 a.C., Sargón 1 el Viejo, de Acad, gobernó en toda Mesopotamia. En otros trabajos expuestos en este Blog os he hablado ampliamente de aquellas ciudades: Ur, Uruk y Erídu.

Los sumerios comenzaron a a crear una industria textil, trabajando la lana para convertir en paño y el lino para fabricar lienzo. Construyeron canales y diques para controlar el agua de los ríos y llevar el exceso de éstas a sus campos, La rueda la inventaron alrededor del año 3500 a. C. Este invento hizo posible la construcción de carretas y de tornos de alfarero, hizo que fuera más fácil el transporte y posibilitó el uso de carros y otras máquinas de guerra. Los primeros objetos con superficies vidriadas aparecieron alrededor del año 4000 a. C.; los primeros objetos de vidrio se fabricaron hacia 2500 a.C. tanto en Mesopotamia como en Egipto.

Los sumerios comenzaron a desarrollar la escritura más o menos al mismo tiempo que la rueda; alrededor del 3500 a. C. Algunos investigadores han pensado durante mucho tiempo que la escritura evolucionó para llevar un registro de propiedades y contabilizar el intercambio de mercancias.

Está claro que hoy, nos movemos en las grandes ciudades y, casi ninguno de nostros se pone a pesnar, alguna vez que, debemos a los sumerios muchas de las cosas que nos hace la vida más placentera y menos difícil. Ellos, con sus inventos, hicieron posible que hoy vivamos en las modernas ciudades de las que podemos disfrutar.

                      Según los datos recopilados, así podría haber sido la ciudad de Uruk

Sargón, el poderoso rey, rey de Agadé, soy yo. Mi madre fue una cambiante, a mi padre no lo conocí. Los hermanos de mi padre amaron las colinas.

Las ciudades rivalizaban unas de otras por el poder y la riqueza. Hubo algunos intentos de conquistar todas las ciudades para unificar al pueblo sumerio, pero ninguna tuvo éxito. Hasta que en el año 2350 a. C., apareció Sargón, un acadio de la ciudad de Kish. Se hizo con el poder de su ciudad y trató extenderlo al resto de ciudades sumerias. Lo consiguió y hoy se le considera el fundador del primer gran imperio de la Historia.

Pero el imperio no duró mucho tiempo. Debido a las revueltas internas y a los ataques de los pueblos nómadas, los herederos de Saragón vieron como, en el año 2220 a. C. el imperio se deshacía en pedazos, quedando reducido a una serie de ciudades estado independientes. Sus gobernantes desarrollaron una habilidad especial para la política.

    Representación de un Zigurat, la morada del dios de la ciudad y punto de observación del cielo.

De las montañas de Irán y Turquía los sumerios importaron los metales necesarios para fabricar bronce y también técnicas para trabajar y fabricar metales. En general, los sumrios importaron por tierra y por mar, metales, maderas, lapislázuli y otras piedras, y exportaron tejidos, joyas y armas. Antes del año 3000 a, C. los contables de los templos de Sumer habían establecido una serie de pesos estándar para las transacciones comerciales; ponían fuertes multas a los que intentaban estafar con pesos falsos.

Hacia el 3000 a. C. las ciudades prosperaron por toda la región a partir de la primera ciudad; Uruk, que abrió el camino a los otras que la siguieron haciendo de toda aquella región un emporio de riqueza y abundancia que, sin duda alguna, había sido ganada a base de ingenio y talento de los sumerios que, como digo y sin ningún género de dudas, pueden ser considerados como la primera y verdadera Civilización de nuestro Mundo.

Mucho sería lo que podríamos seguir hablando aquí de los sumerios y de sus increíbles logros. Sin embargo, el objeto del presente trabajo radica simplemente en dejar sentada la importancia que tuvieron aquellos pueblos del pasado para hacer posible nuestra actual situación. Precisamente por eso, cuando veo hasta donde hemos llegado en algunas regiones de la Tierra, me asuta pensar en el negro futuro que estamos dejando a los jóvenes de hoy.

emilio silvera

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Quarks, fotón, neutrino, electrón, protón, neutrón, muón, tau, kaón, sigma, omega, W y Z, gluón, fotón, gravitón…, son muchas más pero estas se consideran las más importantes al formar la materia e intermediar en las interacciones con las cuatro fuerzas fundamentales del universo. Sus  nombres son muy familiares y, cada una de ellas nos trae una imagen que está asociada a aquello de lo que creemos que forma parte.

El fotón es el cuanto de luz, radiación electromagnética de una longitud de onda comprendida entre 380 y 780 mm, que produce percepción visual. Se define como el producto de visibilidad por el poder radiante, siendo éste último la intensidad de propagación de la energía luminosa.

Un fotón gamma de más alta energía tendría una velocidad menor que otro de baja energía según algunas ideas. Foto: NASA. Según los datos de Fermi, los fotones gamma de alta energía tienen la misma velocidad aunque sus energías sean diferentes. Esto apoya obviamente la Relatividad Especial y contradice algunos resultados teóricos relacionados con teorías cuánticas de gravedad que predecían lo contrario.

El fotón, como partícula, con masa nula en reposo que recorre el espacio vacío a 299.792.458 metros por segundo, puede ser considerado como una unidad de energía igual a hf, donde h es la constante de Plancky f es la frecuencia de la radiación en hertzios. Son necesarios para explicar el fenómeno fotoeléctrico y otros fenómenos que requieren que la luz tenga carácter de partícula.

De la luz, nos podríamos estar hablando horas y horas, de sus propiedades en fotónica, fotoquímica, fotosfera y otros muchos ámbitos del saber humano con la luz relacionados, como por ejemplo, la claridad luminosa que irradian los cuerpos en combustión, ignición o incandescencia.

En estos tiempos se ha logrado el teletransporte de un haz de fotones a larga distancia que, entre otras cosas, facilitará tanto transmitir información como protegerla de un eventual robo de datos. Un grupo de físicos chinos hizo realidad la teletransportación cuántica de fotones a una distancia de 97 kilómetros. Su haz recreado conservaba la capacidad de llevar información. Lejos queda ya aquel tiempo en el que, aquel genio…,  llamado

Newton nos descubrió que la luz del Sol o luz blanca, era el producto de la mezcla de todos los componentes coloreados, hizo pasar un rayo de luz por un prisma y, la habitación donde hacía el experimento, sus paredes, se llenaron de luciérnagas luminosas de muchos colores, el arco iris estaba allí, del rojo al violeta, descompuestos en mariposas luminosas.

Aunque el tema de la luz me fascina, no quiero repetirme, y,  en uno de mis últimos trabajos, traté ampliamente el tema. El estado natural (último) de la materia, no será sólido, líquido, gaseoso, plasma o materia oscura, el estado final de la materia, cuando pase por todas las fases y trascienda a un estado superior de conexión total con el Universo, será la LUZ. Ahí, dentro de los rayos luminosos, estarán gravados todos los recuerdos, toda la conciencia de la Humanidad que, para entonces, será otra cosa y, sonreirá al ver que un día muy lejano, discutían de Tiempo, de Materia, de… Energías… Cuando no sabían que todo, es la misma cosa en diferentes estadios de su trayectoria universal.

Un equipo internacional de científicos del experimento MINOS en el laboratorio del Acelerador Nacional Fermi (Fermilab) ha anunciado la medición más precisa del mundo hasta la fecha de los parámetros que rigen las oscilaciones antineutrino (de atrás y hacia adelante), es decir las transformaciones de antineutrinos de un tipo a otro. Este resultado proporciona información crucial sobre la diferencia de masa entre diferentes tipos de antineutrinos. La medición mostró una diferencia inesperada en los valores para neutrinos y antineutrinos. En este parámetro de diferencia de masa, el valor de los neutrinos es aproximadamente un 40 por ciento menor que el de los antineutrinos.

Si hablamos de neutrinos, estamos hablando de Leptones y, a pesar de lo que digan esas mediciones… el neutrino y su oponente antineutrino, deben tener exactamente la misma masa. De no ser así, se rompería el equilibrio que debe existir y, de hecho existe.

Después de tres meses de experimentos en un laboratorio de el Imperial College de Londres, los científicos pueden confirmar –con más confianza que nunca– que el electrón es muy, muy redondo.En las mediciones más exquisitas hasta la fecha, los investigadores declararon que la partícula es una esfera perfecta dentro de una mil millonésima de una mil millonésima de una mil millonésima de centímetro. Si los electrones se aumentaran a escala hasta tener el tamaño del sistema solar, cualquier desviación de su redondez sería menor que el ancho de un cabello humano, señaló el equipo.

El electrón es la partícula principal de la familia leptónica y está presente en todos los átomos en agrupamientos llamados capas electrónicas alrededor del núcleo. Tiene una masa en reposo (m_e) de numeración 9,1093897(54) × 10^-31 Kg y una carga negativa de 1,602 17733(49) × 10^-19 culombios. La antipartícula es el positrón que, en realidad, es copia exacta de todos sus parámetros, a excepción de la carga que es positiva.

Las dos familias: Quarks y Leptones, conforman la materia y, la familia de Bosones intermedian en las cuatro fuerzas fundamentales.

Si el electrón se considerara como una carga puntual, su autoenergía es infinita y surgen dificultades de la ecuación de Lorentz-Dirac. Es posible dar al electrón un tamaño no nulo con un radio r₀ llamado el radio clásico del electrón, dado por r₀ = e²/(mc²) = 2’82×10^-13 cm, en donde e y m son la carga y la masa del electrón y c la velocidad de la luz.

El electrón es muy importante en nuestras vidas, es un componente insustituible de la materia y los átomos que son posibles gracias a sus capas electrónicas alrededor de los núcleos positivos que se ven, de esta forma equilibrados por la energía igual, negativa, de los electrones.

“Un nuevo reto estaba sobre la mesa. ¿Cuándo dejan de danzar los quarks dentro de los bariones? Esto es lo que trataron de explicar durante el verano de 2017 en el supercolisionador. Una investigación que aún está llevándose a cabo describe el comportamiento de los quarks pesados de un barión como planetas orbitando alrededor de una gran estrella.”

                  Utilizando grandes aceleradores de partículas hemos conseguido conocer la materia

Los Quarks confinados dentro de los hadrones (nucleones) en el núcleo del átomo y sujetados por los Gluones que no los dejan separarse mediante la fuerza nuclear fuerte.

Los protones, como los neutrones, son de la familia de los Hadrones. El protón es una partícula (no elemental) que tiene carga positiva igual en magnitud a la del electrón y posee una masa de 1,672614 x 10^-27 kg, que es 1836,12 veces la del electrón. El protón aparece en los núcleos atómicos, por eso, junto al neutrón, también son conocidos como nucleones.

La familia de los Hadrones es la clase de partícula subatómica que interaccionan fuertemente, e incluye protones, neutrones y piones. Los hadrones son o bien bariones, que se desintegran en protones y que se cree están formados por tres quarks, o mesones, que se desintegran en leptones o fotones o en pares de protones y que se cree que están formado por un quark y un antiquark.

La materia bariónica, es la que forman planetas, estrellas y Galaxias, y la podemos ver por todas partes. Nosotros mismos estamos hechos de Bariones. La otra materia, esa que no podemos ver y que, nuestra ignorancia nos ha llevado a llamar oscura, esa, de momento no sabemos ni lo que es, o, si realmente existe y, los fenómenos observados que ella se adjudican, tienen su fuente en otra parte.

        Todo lo que vemos en el universo está hecho de materia bariónica, es decir: Quarks y Leptones

En el Modelo Estándar de la física de partículas, los Bosones aparecen en la última fila vertical, y, representan los mensajeros de las cuatro fuerzas fundamentales. El gravitón sigue sin dejarse “ver”.

Las partículas conocidas como bosones: fotón, gluón, gravitón, partícula W⁺ W^– y Z^º son las que median en el transporte de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Electromagnetismo, fuerza fuerte, la Gravedad, y la fuerza débil. El Fotón transporta el electromagnetismo, la luz y todas las formas de radiación electromagnéticas. El Gluón (el de la libertad asintótica de David Politzer, Frank Wilczek y David Gross), transporta la fuerza nuclear fuerte que se desarrolla en el núcleo del átomo. El Gravitón (ese que aún no hemos localizado), es el mensajero de la Gravitación Universal, haciendo posible que nuestros pies estén bien asentados sobre la superficie del planeta y que el Sistema solar sea estable. Y, por último, las partículas W y Z, responsables de la radiación natural y espontánea de algunos elementos como el Uranio.

Este pequeño repaso a modo de recordatorio, es algo inevitable, si hablamos de materia, las partículas se nos cuelan y, como si tuvieran vida propia (que la tienen), nos obliga a hablar de ellas, lo que, por otra parte no esta mal.

Cuando se enunció la ley de la conservación de la materia no se conocía el átomo, pero con los conocimientos actuales es obvio: puesto que en la reacción química no aparecen ni destruyen átomos, sino que sólo se forman o rompen enlaces (hay un reordenamiento de átomos), la masa no puede variar.

Como la única verdad del Universo es que todo es lo mismo, la materia ni se fabrica ni se destruye, sino que, en cada momento, cada cosa ocupa su lugar exacto por la evolución, la entropía y el paso del tiempo, resulta que, al final, se hable de lo que se hable, aunque sea de la conciencia y del ser, venimos a parar al mismo sitio: El Universo, la materia, la luz, el tiempo… ¡Y nuestras mentes que son el producto de más alto nivel en la evolución de la materia!

Parece mentira como a veces, cuando estoy inmerso en mis más profundos pensamientos, y creo tener una conexión directa con algo que, estando dentro de mí,  intuyo superior, lo veo todo más claro y, en ese momento especial,  todo es más fácil.El Universo está ante mí como un todo de diáfana claridad. Sin embargo, son efímeros momentos que se esfuman y me traen a la realidad de esa complejidad insondable que nos hace comprender, cuan ignorantes somos.

Claro que, si seguimos evolucionando y la Naturaleza nos respeta… ¡Hasta donde podremos llegar! Muchas veces hemos dicho aquí que somos conscientes y aplicamos nuestra razón natural para clasificar los conocimientos adquiridos mediante la experiencia y el estudio para aplicarlos a la realidad del mundo que nos rodea.

También hemos dicho que el mundo que nos rodea es el que nos facilita nuestra parte sensorial, la mente, y que este mundo, siendo el mismo, puede ser muy diferente para otros seres, cuya conformación sensorial sea diferente a la nuestra. Parece que, realmente es así, lo que es para nosotros, para otros no lo será y, tenemos que tener en cuenta esta importante variable a la hora de plantearnos ciertos problemas que, de seguro, tendremos que afrontar en el futuro. Hay diferentes maneras de resolver el mismo problema, solo tenemos que tratar de entenderlos.

                               No todos ven “el mundo” de la misma manera

La Naturaleza de la mente es el misterio más profundo de la humanidad., se trata, además de un enigma de proporciones gigantescas, que se remonta a milenios atrás, y que se extiende desde el centro del cerebro hasta los confines del Universo. Es un secreto que provocó vértigo y depresión en alguna de las mentes más preclaras de algunos de los filósofos y pensadores más grandes que en el mundo han sido. Sin embargo, este amplio vacío de ignorancia está, ahora, atravesado, por varios rayos de conocimiento que nos ayudará a comprender cómo hemos podido llegar hasta aquí y qué conexión existe realmente entre nuestras mentes y el universo inmenso.

Hablar de la “Mente” y del “Cerebro” es querer ir mucho más allá de nuestros conocimientos. Una Galaxia como la Vía Láctea tiene más de 100 000 millones de estrellas, y, un cerebro humano, tiene casi las mismas neuronas y, además, conexiones sin fin que generan ideas y pensamientos, algo que la galaxia no puede hacer. Así que, nos encontramos ante un complejo dilema: La verdad no puede ser experimentada de la misma forma que podemos experimentar con los objetos que están fuera, separados de nosotros y que podemos ver y observar, estudiar sus mecanismos y funciones pero, eso que llamamos “La Mente” es algo más, mucho más que una simple galaxia que “sólo” tiene Estrellas, Nebulosas y Mundos, una Mente, amigos míos, tiene dentro mucho más. Tanto es lo que tiene que no hemos podido llegar a comprender, siendo algo tan cercano a nosotros y que -creemos- está dentro de nosotros mismos, y, sin embargo, no sabemos lo que es, como funciona, y, hasta dónde puede llegar.

          Sí, nuestro cerebro, y nosotros mismos, podemos ser la obra más compleja del Universo

Es curioso constatar como el enorme flujo de información que llega a mi mente a velocidad de vértigo, a veces (como ahora me ha pasado), estoy hablando de una cosa y me transporto  a otra distinta, sin querer, sin que me de cuenta al principio elijo caminos diferentes a los que debía llevar para hacer coherente la conversación iniciada en un campo de objetos materiales. Estaba comentando sobre el cometido de las partículas.

La naturaleza de partícula del electrón se demostró por primera vez con un tubo de Crookes. En esta ilustración, un haz de electrones proyecta el perfil en forma de cruz del objetivo contra la cara del tubo.

• En 1.897, J.Thomson, descubrió el electrón
• En 1.911, Rutherford, descubrió el núcleo atómico y el protón
• En 1.932, Chadwick, descubrió el neutrón.

Así quedó sentado que, el modelo atómico estaba completo basado en un núcleo consistente en protonesy neutrones rodeados en su órbita, de un número suficiente de electrones que equilibraba la carga nuclear y lo hacía estable. Pero este modelo no era suficiente para explicar la gran estabilidad del núcleo, que claramente no podía mantenerse unido por una interacción electromagnética, pues el neutrón no tiene carga eléctrica.

Para los no vrsados en “el mundo” de las partículas, no resulta fácil entender las diferentes familias que las forman y el cometido que cada una de ellas …

En 1.935, Yukawa sugirió que la fuerza de intercambio que lo mantenía junto estaba mediada por partículas de vida corta, llamadas mesones, que saltaban de un protón a un neutrón y hacía atrás de nuevo. Este concepto dio lugar al descubrimiento de las interacciones fuertes y de las interacciones débiles, dando un total de cuatro interacciones fundamentales.

También dio lugar al descubrimiento de unas 200 partículas fundamentales de vida corta. Como antes comentaba, en la clasificación actual existen dos clases principales de partículas: Leptones, que interaccionan con el electromagnetismo y con la fuerza nuclear débil y que no tienen estructura interna aparente, y los Hadrones (nucleones, piones, etc.), que interaccionan con la fuerza nuclear fuerte y tienen estructura interna.

                   Murray Gell-Mann

Fue el modelo de Murray Gell-Mann, introducido en1.964, el que fijó la estructura interna de los hadrones que, estarían formado por minúsculas partículas elementales a las que llamó quarks. Este modelo, divide a los hadrones en bariones (que se desintegran en protones) y mesones (que se desintegran en leptones y fotones). lLos bariones están formados por tres quarks y los mesones por dos quarks (quark y antiquark) En la teoría quark, por tanto, las únicas partículas realmente elementales son los leptones y los quarks.

La familia quarks esta compuesta por seis miembros que se denominan up (u), down (d), charmed (c), strange (s), top (t) y, bottom (b). El protón siendo un barión está constituido por tres quarks, uud (dos quarks up y un quark dowm), y, el neutrón por udd (un quark up y dos dowm).

En un nuevo trabajo, los físicos de altas energía han observado dos estados cuánticos muy buscados en una familia de partículas subatómicas: los bottomonium. El resultado ayudará a los investigadores a comprender mejor una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo, la fuerza nuclear fuerte, que ayuda a gobernar lasinteracciones de la

materia

“La historia de los quarks nos muestra cómo, a veces, una interpretación más coherente de los datos empíricos obtenidos precisa de hipótesis que se podrían considerar osadas y que, por lo general, son inicialmente ignoradas por la comunidad científica para luego terminar siendo mayoritariamente aceptadas.”

Para que los quarks estén confinados en el núcleo dentro de los nucleones, es necesario que actúe una fuerza, la nuclear fuerte que, entre los quarks se puede entender por el intercambio de ocho partículas sin carga y sin masa en reposo, llamadas Gluones (porque mantienen como pegados a los quarks juntos). Aunque los Gluones, como los fotones que realizan una función similar entre los leptones, no tienen carga eléctrica, si tienen una carga de color. Cada Gluón transporta un color y un anticolor. En una interacción un quark puede cambiar su color, pero todos los cambios de color deben estar acompañados por la emisión de un Gluón que, de inmediato, es absorbido por otro quark que automáticamente cambia de color para compensar el cambio original.

El universo de los quarks puede resultar muy complejo para los no especialistas y como no quiero resultar pesado, lo dejaré aquí y paso de explicar el mecanismo y el significado de los sabores y colores de los quarks que, por otra parte, es tema para los expertos.

                       Dentro del núcleo las fuerzas son… inauditas

Esta teoría de los quarks completamente elaborada está ahora bien establecida por evidencias experimentales, pero como ni los quarks ni los Gluones han sido identificados nunca en experimentos, la teoría no se puede decir que haya sido directamente verificada. Los quarks individuales pueden tener la curiosa propiedad de ser mucho más masivos que los Hadrones que usualmente forman (debido a la enorme energía potencial que tendrían cuando se separan), y algunos teóricos creen que es, en consecuencia, imposible desde un punto de vista fundamental que existan aislados. Sin embargo, algunos experimentales han anunciado resultados consistentes con la presencia de cargas fraccionarias, que tendrían los quarks no ligados y en estado libre.

En ocasiones anteriores, ya hablamos del LHC, ese acelerador de partículas que tantas esperanzas ha suscitado. Puede que él tenga la respuesta sobre los Gluones y los quarks, además de otras muchas como la partícula de Higgs que llegó a encontrar después de muchos episodios fallidos.

Mirad como es nuestra naturaleza. Resulta que aún no hemos podido identificar a los quarks, y, sin embargo, hemos continuado el camino con teorías más avanzadas que van mucho más allá de los quarks, ahora hemos puesto los ojos y la mente, sobre diminutas cuerdas vibrantes, filamentos cien mil veces más pequeños que los quarks y que serían los componentes más elementales de la materia.

                           La materia que va creando espacios al expandirse

Y, a todo esto, ¿qué será de la teoría final, esa que llaman del Todo y que se conoce como teoría de cuerdas? Si finalmente resulta que dichos diminutos objetos están ahí, podría resultar que tampoco sean los componentes finales de la materia, pero el avance será muy significativo. La teoría de supercuerdas, ahora refundida por E. Witten, en la teoría M, si realmente se verifica, nos dará muchas respuestas.

emilio silvera

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Tenemos que volver a los que posiblemente son los objetos más misteriosos de nuestro universo: los agujeros negros. Si estos objetos son lo que se dice (no parece que se pueda objetar nada en contra), seguramente serán ellos los que, finalmente, nos faciliten las respuestas sobre las ondas gravitacionales y el esquivo gravitón.

Las ondas gravitacionales ya han hablado y se han dejado capturar por LIGO pero, ¿que pasa con el esquivo gravitón? Acaso la fuerza de Gravedad es la única que no tiene su Bosón mensajero?

La onda gravitacional emitida por el agujero negro produce una ondulación en la curvatura del espacio-tiempo que viaja a la velocidad de la luz transportada por los “gravitones”.

Si nos adentramos con un microscopio electrónico de barrido hasta lo más profundo de la materia, allí encontramos un mundo extraño, nos topamos con escenarios que nuestro sentido común rechazaría.

Hay aspectos de la física que me dejan totalmente sin habla, me obligan a pensar y me transportan de este mundo material nuestro a otro fascinante donde residen las maravillas del universo. Hay magnitudes asociadas con las leyes de la gravedad cuántica. La longitud de Planck-Wheeler, = 1’62 × 10^-33 cm, es la escala de longitud por debajo de la cual es espacio, tal como lo conocemos, deja de existir y se convierte en espuma cuántica. El tiempo de Planck-Wheeler (1/c veces la longitud de Planck-Wheeler, o aproximadamente 10^-43 segundos), es el intervalo de tiempo más corto que puede existir; si dos sucesos están separados por menos que esto, no se puede decir cuál sucede antes y cuál después. El área de Planck-Wheeler (el cuadrado de la longitud de Planck-Wheeler, es decir, 2’61 × 10^-66 cm²) juega un papel clave en la entropía de un agujero negro.

Experimentos en el LHC que nos muestran la materia en su mínimo exponente (hasta el momento), se espera que cuando funcione a 100 TeV, quizás podamos llegar hasta las cuerdas vibrantes de esa misteriosa teoría.

Experimento sobre fluctuaciones del vacío Crédito: Adaptado de C. RIEK ET AL., SCIENCE (2015)

“Gracias al principio de incertidumbre, el vacío bulle con pares de partículas-antipartículas que aparecen y desaparecen. Incluyen, entre muchos otros, los pares electrón-positrón y pares de fotones, que son sus propias antipartículas. Normalmente, esas partículas “virtuales” no pueden captarse directamente. Pero, como un fantasmal coro griego, ejercen sutiles influencias sobre el mundo “real”.”

        Diagrama de Feynman

Me llama poderosamente la atención lo que conocemos como las fluctuaciones de vacío; esas oscilaciones aleatorias, impredecibles e ineliminables de un campo (electromagnético o gravitatorio), que son debidas a un tira y afloja en el que pequeñas regiones del espacio toman prestada momentáneamente energía de regiones adyacentes y luego la devuelven.

En física, cuando hablamos de vacío, no nos referimos al del abismo. Es la ausencia de material, y, dicho vacío no existe, ni en el laboratorio lo hemos podido conseguir. En el espacio Interestelar

Ordinariamente, definimos el vacío como el espacio en el que hay una baja presión de un gas, es decir, relativamente pocos átomos o moléculas. En ese sentido, un vacío perfecto no contendría ningún átomo o molécula, pero no se puede obtener, ya que todos los materiales que rodean ese espacio tienen una presión de vapor infinita. En un bajo vacío, la presión se reduce hasta 10^-2 pascales, mientras que un alto vacío tiene una presión de 10^-2 – 10^-7 pascales. Por debajo de 10^-7 pascales se conoce como un vacío ultraalto. No puedo dejar de referirme al vacío theta (vacío θ), que es el estado de vacío de un campo gauge no abeliano (en ausencia de campos fermiónicos y campos de Higgs). En el vacío theta hay un número infinito de estados degenerados con efecto túnel entre estos estados. Esto significa que el vacío theta es análogo a una función de Bloch* en un cristal. Cuando hay un fermión sin masa, el efecto túnel entre estados queda completamente suprimido. Cuando hay campos fermiónicos con masa pequeña, el efecto túnel es mucho menor que para campos gauge puros, pero no está completamente suprimido. El vacío theta es el punto de partida para comprender el estado de vacío de las teoría gauge fuertemente interaccionantes, como la cromodinámica cuántica.

                                              Ese otro “mundo” desconocido de las fluctuaciones de vacío

En astronomía, el vacío está referido a regiones del espacio con menos contenido de galaxias que el promedio, o ninguna galaxia. También solemos llamarlo vacío cósmico. Han sido detectados vacíos con menos de una décima de la densidad promedio del universo en escalas de hasta 200 millones de años luz en exploraciones a gran escala. Estas regiones son, a menudo (aunque no siempre), esféricas.

El primer gran vacío en ser detectado fue el de Boötes en 1.981; tiene un radio de unos 180 millones de años luz y su centro se encuentra a aproximadamente 500 millones de años luz de la Vía Láctea. La existencia de grandes vacíos no sorprende a la comunidad de astrónomos y cosmólogos, dada la existencia de cúmulos de galaxias y supercúmulos a escalas muy grandes. Claro que, según creo yo personalmente, ese vacío, finalmente, resultará que está demasiado lleno, hasta el punto de que su contenido nos manda mensajes que, aunque hemos captado, no sabemos descifrar. Cuando esté totalmente preparado para ello, os lo contaré; el mensaje permanece escondido fuera de nuestra vista.

La física cuántica tiene una cualidad espectral que destruye toda lógica. Una de sus más extrañas predicciones, que el vacío en realidad contiene una serie de partículas virtuales que entran y salen de la existencia, parece haber sido confirmada por un grupo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Gotenburgo. De forma cuasidivina, este equipo ha logrado crear luz del vacío usando espejos en movimiento.

La física cuántica sostiene que existen estas partículas virtuales que desaparecen y reaparecen en la espuma cuántica, pero que pueden tener efectos tangibles. Por ejemplo: si dos espejos son colocados extremadamente cerca, los tipos de partículas virtuales, o fotones, que pueden existir entre ellos pueden estar limitados. Este límite significa que más fotones virtuales existen afuera de los espejos que entre ellos, creando una fuerza que junta las placas. Esto es lo que se conoce como ‘la fuerza de Casimir’, la cual en casos así es suficientemente fuerte para ser medida.

Sabemos referirnos al producto o cociente de las unidades físicas básicas, elevadas a las potencias adecuadas, en una cantidad física derivada. Las cantidades físicas básicas de un sistema mecánico son habitualmente la masa (m), la longitud (l) y el tiempo (t). Utilizando estas dimensiones, la velocidad, que es una unidad física derivada, tendrá dimensiones l/t, y la aceleración tendrá dimensiones l/t². Como la fuerza es el producto de una masa por una aceleración, la fuerza tiene dimensiones mlt^-2. En electricidad, en unidades SI, la corriente, I, puede ser considerada como dimensionalmente independiente, y las dimensiones de las demás unidades eléctricas se pueden calcular a partir de las relaciones estándar. La carga, por ejemplo, se puede definir como el producto de la corriente por el tiempo; por tanto, tiene dimensión It. La diferencia de potencia está dad por la relación P = VI, donde P es la potencia. Como la potencia es la fuerza por la distancia entre el tiempo (mlt^-2 × l × t^-1 = ml²t^-3), el voltaje V está dado por V = ml²t^-3I^-1. Así queda expresado lo que en física se entiende por dimensiones, referido al producto o cociente de las cantidades físicas básicas.

En la mecánica clásica la cantidad de acción, producto de energía por tiempo, puede expresarse de forma continua desde cero hasta infinito, pero la revolución que supuso el descubrimiento del llamado cuanto de acción fue, precisamente, que esta cantidad física sólo podía existir de forma estable en múltiplos enteros de esa mínima cantidad llamada h, o cuanto mínimo de acción de Planck .

Las consecuencias de la existencia del cuanto mínimo de acción fueron revolucionarios para la comprensión del vacío. Mientras la continuidad de la acción clásica suponía un vacío plano, estable y “realmente” vacío, la discontinuidad que supone el cuanto nos dibuja un vacío inestable, en continuo cambio y muy lejos de poder ser considerado plano en las distancias atómicas y menores. El vacío cuántico es de todo menos vacío, en él la energía nunca puede quedar estabilizada en valor cero, está fluctuando sobre ese valor, continuamente se están creando y aniquilando todo tipo de partículas, llamadas por eso virtuales, en las que el producto de su energía por el tiempo de su existencia efímera es menor que el cuanto de acción. Se llaman fluctuaciones cuánticas del vacío y son las responsables de que exista un campo que lo inunda todo llamado campo de punto cero.

Pero volvamos de nuevo a las fluctuaciones de vacío, que al igual que las ondas “reales” de energía positiva, están sujetas a las leyes de la dualidad onda/partícula; es decir, tienen tanto aspectos de onda como aspectos de partícula.

Las ondas fluctúan de forma aleatoria e impredecible, con energía positiva momentáneamente aquí, energía negativa momentáneamente allí, y energía cero en promedio. El aspecto de partícula está incorporado en el concepto de partículas virtuales, es decir, partículas que pueden nacer en pares (dos partículas a un tiempo), viviendo temporalmente de la energía fluctuacional tomada prestada de regiones “vecinas” del espacio, y que luego se aniquilan y desaparecen, devolviendo la energía a esas regiones “vecinas”. Si hablamos de fluctuaciones electromagnéticas del vacío, las partículas virtuales son fotones virtuales; en el caso de fluctuaciones de la gravedad en el vacío, son gravitones virtuales.

De las llamadas fluctuaciones de vacío pueden surgir, partículas virtuales y quién sabe que cosas más… Hasta un nuevo Universo.

“El espacio no está vacío ni es silencioso. Aunque técnicamente es un vacío, contiene partículas energéticas cargadas, gobernadas por campos magnéticos y eléctricos que pueden ser escuchadas. En regiones atadas con campos magnéticos, como el ambiente espacial que rodea nuestro planeta, las partículas son continuamente lanzadas hacia adelante y atrás por el movimiento de varias ondas electromagnéticas conocidas como ‘ondas de plasma'”

Partículas efímeras que surgen del “vacío” producido por fluctuaciones

Claro que, en realidad, sabemos poco de esas regiones vecinas de las que tales fluctuaciones toman la energía. ¿Qué es lo que hay allí? ¿Está en esa región la tan buscada partícula de Higgs? Sabemos que las fluctuaciones de vacío son, para las ondas electromagnéticas y gravitatorias, lo que los movimientos de degeneración claustrofóbicos son para los electrones. Si confinamos un electrón a una pequeña región del espacio, entonces, por mucho que uno trate de frenarlo y detenerlo, el electrón está obligado por las leyes de la mecánica cuántica a continuar moviéndose aleatoriamente, de forma impredecible. Este movimiento de degeneración claustrofóbico que produce la presión mediante la que una estrella enana blanca se mantiene contra su propia compresión gravitatoria o, en el mismo caso, la degeneración de neutrones mantiene estable a la estrella de neutrones, que obligada por la fuerza que se genera de la degeneración de los neutrones, es posible frenar la enorme fuerza de gravedad que está comprimiendo la estrella.

No creo que esto sea el salto cuántico

De la misma forma, si tratamos de eliminar todas las oscilaciones electromagnéticas o gravitatorias de alguna región del espacio, nunca tendremos éxito. Las leyes de la mecánica cuántica insisten en que siempre quedarán algunas oscilaciones aleatorias impredecibles, es decir, algunas ondas electromagnéticas y gravitatorias aleatorias e impredecibles. Estas fluctuaciones del vacío no pueden ser frenadas eliminando su energía (aunque algunos estiman que, en promedio, no contienen energía en absoluto). Claro que, como antes decía, aún nadie ha podido medir de ninguna manera la cantidad real de energía que se escapa de ese supuesto “vacío”, como tampoco se ha medido la cantidad de fuerza gravitatoria que puede salir de ese mismo espacio “vacío”. Si la energía es masa y la masa produce gravedad, entonces ¿qué es lo que hay en ese mal llamado “espacio vacío”?

                                          No, el espacio no está vacío como alguna vez se pudo creer.

…el espacio no está vacío como creíamos, está lleno de una esencia viva que empezamos a entender. Está demostrado que nuestras experiencias internas influyen en el mundo a través del espacio. La nada no existe, si de “ella” surgió algo, es por había.

No podemos contestar de momento a esas preguntas, sin embargo, parece que no sería un disparate pensar en la existencia allí (en eso que llamamos vacío) de alguna clase de materia que, desde luego, al igual que la bariónica que sí podemos ver, genera energía y ondas gravitacionales que, de alguna manera que aún se nos oculta, escapa a nuestra vista y sólo podemos constatar sus efectos al medir las velocidades a las que se alejan las galaxias unas de otras: velocidad de expansión del universo, que no se corresponde en absoluto con la masa y la energía que podemos ver.

El vacío no existe, siempre hay. También resulta ser así en nuestras mentes. Sin embargo, en algunas hay más que en otras. No todos tenemos abundancia de ese ingrediente que llamamos capacidad intelectual

Estoy atando cabos sueltos, uniendo piezas y buscando algunas que están perdidas de tal manera que, por mucho que miremos, nunca podremos ver. El lugar de dichas piezas perdidas no está en nuestro horizonte y se esconde más allá de nuestra percepción sensorial. Se necesitará tiempo y evolución para que, nosotros, podamos “ver” esas dimensiones extra que, al parecer, hacen posible que todo alcance una simetría universal en la que, pacíficamente, convivan todas las fuerzas, todas las energías y, toda la materia.

Se habla de la materia perdida. Situada a lo largo de la línea de observación de este AGN, a una distancia de alrededor de 400 millones de años luz de la Tierra, se encuentra una estructura conocida como Pared del Escultor. Esta estructura muy difusa se prolonga a lo largo de decenas de millones de años luz conteniendo en su interior miles de galaxias y también una reserva importante de gas difuso y caliente (WHIM) en el que podría hallarse la materia buscada.

No dejamos de observar, seguimos buscando esas respuestas a preguntas planteadas que nadie ha sabido contestar…

Estamos en un momento crucial de la física, las matemáticas y la cosmología, y debemos, para poder continuar avanzando, tomar conceptos nuevos que, a partir de los que ahora manejamos, nos permitan traspasar los muros que nos están cerrando el paso para llegar a las supercuerdas, a la materia oscura o a una teoría cuántica de la gravedad, que también está implícita en la teoría M. Estamos anclados; necesitamos nuevas y audaces ideas que puedan romper las cadenas virtuales que atan nuestras mentes a ideas del pasado. En su momento, esas ideas eran perfectas y cumplieron su misión. Sin embargo, ahora no nos dejan continuar y debemos preparar nuestras mentes para evolucionar hacia nuevos conceptos y ahondar en aquellos que, aun estando ahí presentes, no somos capaces de utilizar, como por ejemplo el hiperespacio, de tan enorme importancia en el futuro de la Humanidad. Cuando sepamos “ver” dimensiones más altas, todo será mucho más sencillo y encontraremos las respuestas a los problemas que hoy no sabemos resolver.

emilio silvera

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A ella se pudo llegar gracias al desarrollo de una serie de pensamientos que comienza por Faraday y Maxwell y asentados en el principio de que todo suceso físico debe atribuirse a acciones cercanas, o, dicho en términos más matemáticos, en ecuaciones a derivadas parciales. Maxwell consiguió expresarlo así para el caso de los fenómenos electromagnéticos en cuerpos inmóviles, desarrollando la idea del efecto magnético de la corriente de desplazamiento en el vacío y proponiendo la identidad entre los campos “electromotores” producidos por inducción y los campos electrostáticos.

Con esta reconocida imagen nos podemos hacer una idea del campo magnético

La ampliación de la electrodinámica al caso de los cuerpos en movimiento fue una tarea que quedó para los sucesores de Maxwell. H. Hertz intentó resolver el problema asignado al espacio vacío (éter) unas propiedades físicas totalmente similares a las de la materia ponderable; en particular, el éter, al igual que la materia debería poseer determinada velocidad en cada punto. La inducción electromagnética o magneto-eléctrica debía estar determinada por la velocidad de variación del flujo eléctrico, o magnético, como en los cuerpos en reposo, siempre que estas variaciones de velocidad se produjeran con respecto a elementos de la superficie que se movieran con el cuerpo. Sin embargo, la teoría de Hertz contradecía el experimento fundamental de Fizeau sobre la propagación de la luz a través de fluidos en movimiento. La ampliación más inmediata de la teoría de Maxwell a los cuerpos en movimiento era incompatible con el experimento.

                La física oculta del éter

En ese punto la salvación llegó de la mano de H. A. Lorentz. Siendo partidario incondicional de la teoría atomista de la materia, Lorentz no podía concebir esta última como un emplazamiento de campos electromagnéticos continuos. En consecuencia, concibió estos campos como condiciones o estados del éter, que se consideraba continuo. Lorentz se imaginaba el éter como algo que en esencia era independiente de la materia, tanto mecánica como físicamente. El éter no debía participar del movimiento de la materia y sólo debía mantener una interacción con ella en tanto que la materia se concebía como conductora de cargas eléctricas ligadas a ella.

Bien sabido es de todos que el átomo es un conglomerado de cargas eléctricas que, siendo positivas (protones) y negativas (electrones), al ser equivalentes se anulan las unas a las otras y se logra la armonía y estabilidad requerida para que, el universo pueda formar las moléculas y, éstas, se agrupan para conformar la materia.

El gran avance metodológico de la teoría de Lorentz residía en el hecho de que, gracias a ella, toda la electrodinámica de los cuerpos en reposo y en movimiento se podía reducir a las ecuaciones del espacio vacío de Maxwell. Esta teoría no sólo era superior a la de Hertz desde un punto de vista metodológico, sino que, además, gracias a ella, H. A. Lorentz consiguió dar una explicación asombrosamente acertada de los hechos experimentales.

Sólo hay un punto de importancia fundamental en el que la teoría no resulta satisfactoria. Parece ser que daba preferencia a un sistema de coordenadas que se encontrara en un determinado estado de movimiento (un sistema de coordenadas que estaba en reposo con respecto al éter luminífero) frente a todos los demás sistemas de coordenadas que se encontraran en movimiento con relación a éste. En este punto parecía que la teoría estaba en contradicción frontal con la mecánica clásica, en la cual todos los sistemas inerciales (que tienen un movimiento uniforme unos con respecto a otros) son equivalentes como sistemas de coordenadas (principio especial de la relatividad). En este sentido, todos los experimentos realizados en el ámbito de la electrodinámica (en particular el experimento de Michelson) ponía de manifiesto la equivalencia de todos los sistemas inerciales, es decir, apoyaban el principio especial de la relatividad.

Experimento Michelson-Morley Reposo con el éter luminífero Interferómetro de Michelson y Morley en reposo respecto al éter luminífero

El movimiento del éter siempre fue un misterio que muchos quisieron resolver y, para ello, se hicieron experimentos de todo tipo. El de Michelson-Morley vino a dejar claro el tema y sirvió a Einstein para descartar el éter de su teoría. Sin embargo, pasado el tiempo, ahora mismo, se está hablando de nuevo de la existencia de una especie de “éter” que impregna todo el espacio.

Así las cosas, la teoría especial de la relatividad surgió precisamente gracias a esta dificultad inicial, que en sí misma resultaba insoportable. La teoría nació como respuesta a la pregunta: ¿Realmente existe una contradicción entre el principio especial de la relatividad y las ecuaciones de campo de Maxwell para el espacio vacío? Aparentemente la respuesta tenía que ser afirmativa. Las mencionadas ecuaciones son va´lidas para un sistema de coordenadas K y se introduce un nuevo sistema de coordenadas K¹ mediante las ecuaciones de transformación, aparentemente fáciles de justificar (aquí las obviaré) y que nos llevan a la transformación de Galileo y, entonces, las ecuaciones de campo de Maxwell ya no se cumplen para esas nuevas coordenadas.

Las coordenadas han sido muy útiles y de fructífero rendimiento

Pero siguiendo con en tema tenemos que decir que, muchas veces, las apariencias engañan. Mediante un análisis más profundo del significado físico del espacio y del tiempo se puede ver que la transformación de Galileo se basa en suposiciones arbitrarias, especialmente en la hipótesis de que la afirmación de la simultaneidad tiene un sentido independiente del estado de movimiento que tenga el sistema de coordenadas utilizado. Queda claro que las ecuaciones de campo en el vacío satisfacían el principio especial de la relatividad cuando se utilizaban las ecuaciones de la Transformación de Lorentz.

Es estas ecuaciones, x, y, z son las coordenadas medidas con una vara de medir que se encuentra en reposo con respecto al sistema de coordenadas (y aunque no las he querido reflejar aquí para no enredar), y en ellas, t representa el tiempo medido con un reloj que se encuentra en reposo y está debidamente ajustado.

Lo grande y lo pequeño: Eso es la Teoría

Ahora bien, para que pueda cumplirse el principio especial de la relatividad, es necesario que todas las ecuaciones de la física conserven invariable su forma al pasar de un sistema inercial a otro, cuando utilizamos para este cambio la Transformación de Lorentz. En lenguaje matemático, diremos que todos los sistemas de ecuaciones que expresan leyes físicas deben ser covariantes con respecto a la Transformación de Lorentz. Por consiguiente, bajo un punto de vista metodológico, el principio especial de la relatividad es comparable al principio de Carnot, que afirma la imposibilidad del perpetuum mobile (movimiento perpetuo o continuo) de segunda especie, ya que, al igual que este último, establece una condición general que deben cumplir todas las leyes naturales.

De manera que la transformación de Einstein, que es la transformación de Lorentz queda como

Podría dejarlo aquí, pero vamos a complicarlo un poco. Introducimos una nueva coordenada espacial a partir de ct, el producto de una velocidad por el tiempo es el espacio y utilizamos la siguiente notación:

Con lo que la transformación de Lorentz queda de la forma más simétrica.

“El origen en el diagrama espacio-tiempo (ct, r) = (0, 0) representa el “ahora”. En la región de color amarillo que representa el “futuro” que le espera al observador predomina el componente temporal sobre el componente espacial, con lo cual s² siempre es mayor que cero (positivo) y por lo tanto es una región de intervalos tipo temporal. En la región de color ciano que representa el “pasado” que recorrió el observador también predomina el componente temporal sobre el componente espacial, con lo cual s² siempre es mayor que cero (positivo) y por lo tanto también es una región de intervalos tipo temporal (timelike). En las líneas que delimitan al cono de luz la componente temporal es igual a la componente espacial con lo cual s² = 0, y es aquí en donde tenemos a los intervalos tipo luminoso que involucran rayos de luz. Y fuera de todo esto tenemos a los intervalos en donde el componente espacial es mayor que el componente temporal con lo cual s² es menor que cero (negativo) siendo por lo tanto la región de intervalos tipo espacial.”

Para esta condición de covariancia encontró H. Minkowski una espresión especialmente bella y sugerente que revela un parentesco formal entre la geometría euclidea tridimensional y el continuo espacio-tiempo de la física.

Seguidamente tendría que exponer aquí un esquema con ecuaciones de la geometría euclidea tridimensional y otro (para comparar) de la teoría especial de la relatividad. Sin embargo, no queriendo complejidades que desvíen al lector de la historia esencial, diré que de ellas se deduce que el tiempo es equivalente a las coordenadas espaciales (dejando a un lado sus relaciones con la realidad), no por lo que respecta a su significado físico, sino por el papel que desempeña en las ecuaciones de la física. desde este punto de vista, la física es en cierto modo una geometría euclidea de cuatro dimensiones o, mejor dicho, un determinado tipo de estática en un continuo euclideo cuatridimensional.

Cono de luz en un espacio-tiempo de Minkowski

El desarrollo de la teoría especial de la relatividad se desarrolló en dos pasos principales: la adaptación de la métrica espacio-temporal a la electrodinámica de Maxwell y una adaptación del resto de la físca a esa métrica espacio-temporal modificada. El primero de estos procesos de adaptación profujo la relativización de la simultaneidad, la influencia del mocimiento en varas de medir y relojes, una modificación de la cinemática y, en particular, un nuevo teorema de adiciín de las velocidades.

El segundo proceso de adaptación dio lugar a una modificación de las leyes newtonianas del movimiento para grandes velocidades, así como una aclaración sobre la naturaleza de la masa inercial cuya importancia es fundamental. Se descubrió que la inercia no es una propiedad fundamental de la materia, ni una magnitud irreducible, sino una propiedad de la energía. Si a un cuerpo se le suministra una energía E, su masa inercial aumenta en una cantidad E/c², donde c es la velocidad de la luz en el vacío; a la inversa, un cuerpo de masa m debe ser considerado como una reserva de energía de magnitud mc².

Cuando se intentó establecer el vínculo entre las teorías de la gravitación y la teoría especial de la relatividad, no tardó en verse que esto no era posible de una manera natural. A propósito de ello a Einstein de le ocurrió que la fuerza de la gravedad posee una propiedad fundamental que la distingue de la fuerza electromagnética: todos los cuerpos caen en un campo gravitatorio con la misma aceleración, o -formulando lo mismo de otra manera- la masa inercial y gravitatoria de un cuerpo son numéricamente iguales.

                                  La vinculación gravitatoria de los cuerpos es bien patente y, en la Tierra y la Luna, tenemos la mejor prueba de ello.

Esta igualdad numérica de la masa inercial y gravitatoria nos hace sospechar que ambas sean esencialmente idénticas; pero ¿pueden las masas inerciales y gravitatorias ser realmente iguales? Esta pregunta nos lleva directamente a la teoría general de la relatividad. ¿No sería posible considerar que la Tierra no realiza un movimiento de rotación, si concibo la fuerza centrífuga, que actúa sobre los cuerpos que están en reposo con respecto a la Tierra, como un campo gravitatorio “real” (o como una parte del campo gravitatorio)? Si esta idea es viable, entonces está realmente demostrado que las masas inercial y gravitatoria son idénticas, ya que el mismo efecto que se considera como inercia desde el punto de vista de un sistema que “no toma parte en la rotación”, puede interpretarse como gravedad si se observa desde un sistema que comparte la rotación. Según Newton, esta interpretación es imposible, porque no se puede considerar según la ley de Newton que el campo centrífugo esté generado por masas, y porque un campo “real” del tipo de “campo de Coriolis” no está contemplado en la teoría newtoniana.

Pero, ¿sería posible sustituir la ley de campos de Newton por alguna otra compatible con el campo que puede existir con respecto a un sistema de coordenadas “en rotación”? El convencimiento de que las masas inercial y gravitatoria son idénticas inspiró a Einstein una confianza incondicional en la validez de esta interpretación y, una idea le llenó de esperanza: conocemos los campos “aparentes” que son válidos con respecto a cualquier sistema de coordenadas que se mueve arbitrariamente con relación a un sistema inercial; utilizando los campos (especiales) se podrá estudiar la ley que cunplen en general los campos gravitatorios. para ello habrá que tener en cuanta que, como generadoras de estos campos, serán determinantes las masas ponderables, o bien lo será la densidad de energía (una magnitud que posee el carácter transformador de un tensor), según el resultado fundamental de la teoría especial de la relatividad.

Tensor métrico de Riemann

A partir de aquí, tendríamos que entrar en el Tensor métrico de Riemann pero, ¡el tiempo! como pasa siempre, me lo impide así que, dejaremos para mejor ocasión el continuar con el tema que, como todo lo que concierne a Einstein, termina siendo fascinante porque, dentro de su complejidad, subyace una sencillez de ideas que, finalmente, terminan por conquistarnos.

emilio silvera

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