lunes, 20 de mayo del 2019 Fecha
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¿Qué haríamos sin la Física?

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

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 Resultado de imagen de El Modelo Estándar

Bueno, lo que hasta el momento hemos logrado no está mal del todo pero, no llega, ni con mucho, a la perfección que la Naturaleza refleja y que, nosotros perseguimos sin llegar a poder agarrar sus múltiples entresijos y parámetros que conforman ese todo en el que, sin ninguna clase de excusas, todo debe encajar y, de momento, no es así. Muchos son los flecos sueltos, muchas las incógnitas, múltiples los matices que no sabemos perfilar.

Es cierto que, el Modelo estándar, en algunos momento, nos produce y nos da la sensación de que puede ser perfecto. Sin embargo, esa ilusoria perfección, no es permanente y en algunas casos efímera. En primer lugar, podríamos empezar a quejarnos de las casi veinte constantes que no se pueden calcular. Pero si esta fuese la única queja, habría poco que hacer. Desde luego, se han sugerido numerosas ideas para explicar el origen de estos números y se han propuesto varias teorías para “predecir” sus valores. El problema con todas estas teorías es que los argumentos que dan nunca llegan a ser convincentes.

 

 

Existen límites a los que aún no han podido llegar nuestras teorías, y, el Límite de Planck es el que marca las fronteras de las teorías actuales que, nunca han podido llegar tan lejos, como lo que nos dice la simple ecuación:

longitud-planck

Un día de 1.900, se publicó un artículo de ocho páginas que sentaron las bases de la Mecánica Cuántica. Su autor, Max Planck, cambió conceptos clásicos traernos una nueva visión del universo infinitesimal (10 con exponente -35 m.) a una distancia conocida como límite de Planck , mucho más allá de donde los Quarks están confinados en tripletes formando protones y neutrones y la fuerza nuclear fuerte tiene su dominio y se deja sentir a través de los bosones portadores, los Gluones.

Hasta el mismo Planck, al ver todo aquello fue consciente de que, sus 40 años anteriores de creencias como físico, se habían ido al garete y ahora, tendrían que convivir con los nuevos conceptos en los que encontraban situaciones esxtrañas y muy alejadas de las cosas que ocurrían en el macro mundo.

 

Los agujeros de gusano del inter-universo que asocian un universo con otro diferente y son denominados agujeros de gusano de Schwarzschild. Esto nos permite especular si tales “pasajes” podrían usarse para viajar de un universo a otro paralelo. Otra aplicación de estos túneles cósmicos podría ser el viaje en el tiempo. En ese caso sería un atajo para desplazarse de un punto espaciotemporal a otro diferente. En la teoría de cuerdas un agujero de gusano es visualizado como la conexión dos D-branas, donde las bocas están asociadas a las branas y conectadas por un tubo de flujo. Se cree que los agujeros de gusano son una consecuencia de la espuma cuántica o espaciotemporal.

Fractal

El vacío estable y absoluto de Newton, con trayectorias continuas y determinadas, ha dejado paso al vacío cuántico asociado a unas extrañas trayectorias (*) discontinuas y fracturadas, llamadas por ello trayectorias fractales (no son propiamente trayectorias). La existencia del cuanto de acción o constante de Planck (se llama acción al producto de una energía por un tiempo), base de la física cuántica, es la causa de ese cambio fundamental, y de otros muchos, con profundas consecuencias. Mediante la geometría fractal, este marco nos ofrece nuevas e interesantes perspectivas.

Planck, nos habló del “cuanto” de acción h, y nos dijo que la energía se transmite en paquetes de manera discontinua. Aquello, asombró al mundo y el mismo Planck fue consciente de que, sus creencias sobre la Física, a partir de ese momento, serían otras.

Inspirado en el de Planck, Albert Einstein desarrollo un sobre el “Efecto Fotoeléctrico ” – que le valió el Nobel de Física de 1.921 – y, contribuyó de manera activa al desarrollo de la Mecánica Cuántica que, más tarde, combatió.

La noción del entrelazamiento cuántico es una idea nada nueva que se remonta a principio del siglo XX, a 1900, cuando el físico alemán Max Planck, considerado el padre de la teoría cuántica, propuso que no podemos hablar de una cantidad infinita de energía, sino que se transmite en pequeñas cantidades o paquetes llamados cuantos. En 1905, Albert Einstein, basándose en los experimentos de otro gran físico, Philipp Lenard, sobre el efecto fotoeléctrico, propuso que las ondas de luz se pueden propagar como ondas y como partículas al mismo tiempo. De hecho, propuso al fotón como la partícula portadora de la luz.

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            El Principio de Incertidumbre de Heisenberg

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                 La función de Onda de Schrödinger

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                                                        La ecuación de Dirac

Resultado de imagen de Los gráficos de Feynman

            Los gráficos de Feynmann

Llegaron nuevos Físicos como Werner Heisenberg, Schrödinger, Dirac, Feynman y otros que, desarrollaron lo que hoy conocemos como Mecánica Cuántica. Heisenberg con su Principio de Incertidumbre nos demostró que no podíamos saberlo todo al mismo tiempo. Si queremos conocer la situación de un electrón y para ello utilizamos un microscopio electrónico, el mismo hecho de su utilización transformará el medio observado, ya que, los fotones enviados por el microscopio cambiarán la dirección de dicho electrón. De esta manera, podemos saber dónde está, pero no sabremos a donde se dirige.

Schrödinger, con su función de onda, nos dio una buena herramienta buscar la partícula mediante un sistema de alta probabilidad de su situación.

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La Mecánica cuántica describe el instantáneo de un sistema (estado cuántico) con una función de onda que codifica la distribución de probabilidad de todas las propiedades medibles, u observables. Algunos observables posibles sobre un sistema dado son la energía, posición, momento y momento angular. La mecánica cuántica no asigna valores definidos a los observables, sino que hace predicciones sobre sus distribuciones de probabilidad. Las propiedades ondulatorias de la materia son explicadas por la interferencia de las funciones de onda. Estas funciones de onda pueden variar con el transcurso del tiempo. Esta evolución es determinista si sobre el sistema no se realiza ninguna medida aunque esta evolución es estocástica y se produce mediante colapso de la función de onda cuando se realiza una medida sobre el sistema. Por ejemplo, una partícula moviéndose sin interferencia en el espacio vacío puede ser descrita mediante una función de onda que es un paquete de ondas centrado alrededor de alguna posición media. Según pasa el tiempo, el centro del paquete puede trasladarse, cambiar, de modo que la partícula parece estar localizada más precisamente en otro lugar. La evolución temporal determinista de las funciones de onda es descrita por la Ecuación de Schrödinger.

Resultado de imagen de El LHC

La Mecánica Cuántica ha alcanzado unas cotas increíbles de consistencia y experimentalmente, es una de las teorías más acreditadas. Sin embargo, mi parecer es que siendo una herramienta muy útil para los Físicos, no es la definitiva, en un futuro próximo tendremos muchas sorpresas de la mano del LHC que en este mismo año nos dará alguna alegría importante para el mundo de la Física.

El otro gran pilar en el que se apoya la Física, se llama Relatividad Especial. Todos sabéis lo que fue para la Física el año 1.905. Esa primera de la teoría relativista de Einstein, nos legó conocimientos muy importantes, tales como que un objeto viajando a velocidades cercanas a la de la luz aumenta su masa o que el hipotético viajero de una nave espacial que viaje a ésas velocidades relativistas, habrá conseguido ralentizar su tiempo. El tiempo pasa más lento cuando la velocidad es grande. Y, el otro logro importante que fue resumido en la ecuación más famosa de la historia de la Física, fue el hecho de que la masa y la

energía son dos aspectos de la misma cosa. Resultado de imagen de La ecuación de campo de la relatividad general ¡cuánta belleza y profundidad expresado en tan poco espacio!

Resultado de imagen de La ecuación de campo de la relatividad general

En un espacio de cuatro dimensiones, cada uno de los tensores representa una cantidad física que consta de 16 componentes y la cual puede ser representada …

Albert Einstein realizó una verdadera hazaña intelectual y nos legó su teoría General de la Relatividad, una teoría construida la pura geometría, excediéndose en elegancia y efectiva en su espacio de aplicación. La relación entre el cuerpo y la curvatura del espacio-tiempo, es equivalente (Gµv). Significa, la manifestación visible o invisible de la energía [m=e/c2], y en este caso, manifestada en la forma masiva del cuerpo, curva el espació-tiempo.

Resultado de imagen de Curvatura del espacio-tiempo

La Humanidad ha conseguido logros increíbles en el campo de la Física, siempre acompañada de las matemáticas, han llegado a dejar al descubierto cuestiones misteriosas y muy bien escondidas en lo más profundo de la materia y de las fuerzas fundamentales que interaccionan con ella.

nos podemos plantear preguntas que nadie sabe contestar e incluso algunas que no sabemos ni plantear, nos faltan conocimientos para hacer tales preguntas. Sin embargo, en el futuro, las respuestas llegaran.

¿Cómo podría haber preguntado Pitágoras por el significado de m=E/c2 (E=mc2), si Einstein nació más de 2.000 años más tarde?

Dibujo20090819_M_theory_dualities

                     Dualidades teoría de cuerdas y teoría M

“Los análisis bibliométricos del ISI Web of Science parecen indicar que, con 4 artículos de los 10 más candentes en la física de 2009, la teoría de cuerdas está viviendo su tercera revolución gracias a la teoría de M2-branas de Bagger-Lambert. La segunda revolución, la de la dualidad, resaltó la importancia de la teoría M, pero sólo logró que entendiéramos muy bien las D-branas. La tercera revolución parece que tiene por objeto entender bien las M-branas, de las que prácticamente no se sabía nada antes de la teoría de Bagger-Lambert. Curiosa manera tienen los físicos de cuerdas de celebrar las bodas de plata de su primera revolución. Fuente: Simon Mitton, “Is This the Third Revolution for String Theory?,” en “HAT´S HOT IN…PHYSICS, March/Aprin 2.000,” del Thomson/Reuters ISI Science Watch. Los Hot Papers son los artículos que más rápidamente están siendo citados en el ISI Web of Science. Entre los 10 hot papers de Física en 2009, los 4 sobre teoría de cuerdas están en los puestos #4, #6, #9, y #10, y todos describen propiedades de las M2-branas. Hacía 10 años ( la segunda revolución de la teoría de cuerdas) que no ocurría algo así. ¿Estamos viviendo la tercera revolución de la teoría de cuerdas?”

 

Resultado de imagen de La Energía de Planck

 

 

De la misma manera estamos hoy haciendo preguntas o formulando teorías que no pueden ser contestadas o comprobadas. La energía de Planck (1019 GeV) nos vendría muy bien para poder comprobar la teoría M que ha unificado todas las teorías existentes sobre la teoría de cuerdas. Sin embargo, nuestra civilización actual no tiene la posibilidad de alcanzar dicha energía y habrá que esperar mucho tiempo para que eso sea posible.

No podemos dejar por ello de de trabajar en ese campo de las cuerdas, es prometedor e ilusionante, allí, en las más altas dimensiones, parece que es posible hermanar a la Mecánica Cuántica y a la Relatividad General. Esta teoría nos promete por fin una teoría cuántica de la gravedad.

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Esquema de la gravedad cuántica de bucles, una de las líneas de trabajo actualmente en la gravedad cuántica. Existen muchas otras y ello, viene a denotar nuestra ignorancia del tema que, en realidad, no dominamos y no dejamos de teorizar lanzando conjeturas e hipótesis que aún no se han visto cumplidas y, lo más cerca que estamos de esa teoría que consigue el casamiento de la Relatividad General con la Mecánica cuántica, está en la Teoría de cuerdas que, como sabéis, tampoco es verificable.

Los experimentos han ratificado tanto la “teoría cuántica” como la “teoría de la relatividad general” de Einstein de la manera más contundente. ¡A cada una por su lado!

El problema estriba en que los efectos cuánticos parece que se manifiestan de manera más apreciable en distancias pequeñas, mientras que los de la “relatividad general” requieren grandes masas. Se necesitan circunstancias para  combinar ambas condiciones (sería el escenario del origen del Universo, por ejemplo).

A esta ausencia de datos experimentales se añade un enorme problema conceptual: “la teoría de la relatividad general” de Einstein es completamente “clásica”, le es ajena la “mecánica cuántica”.
A fin de que la física, en conjunto, sea lógicamente coherente, debiera haber una teoría que una la “mecánica cuántica” y la “relatividad general”. A esta muy buscada teoría se la conoce como “teoría de la gravedad cuántica”.

La “relatividad general” opera en la geometría del “espaciotiempo”; una “teoría cuántica de la gravedad” debería ser, además, una “teoría cuántica” del “espaciotiempo”.

La verdad es que, hay muy pocos lugares en el universo donde la relatividad general no sea importante. Para la vida cotidiana, para enviar sondas por el sistema solar, y para cualquier otra situación en la que es probable que nos hallemos, no necesitamos preocuparnos por la relatividad general. teoría es importante en el ámbito del Universo cuando se habla de grandes masas como estrellas y galaxias, o, planetas…cuerpos con mas de cierta importancia. Para las partículas individuales subatómicas, la fuerzas es despreciable. Sin embargo, en presencia de planetas como Júpiter, el espaciotiempo se curva.

Puede parecer ciencia ficción hablar y exponer hechos y conceptos que no pueden ser demostrados, sin embargo, Einstein esperó largos años con su teoría de la Relatividad General bien asentada en su cabeza, sin poder exponerla al mundo por no tener las matemáticas necesarias para ello, y, cuando su amigo Marcel Grossman, al que había pedido ayuda, le envió algunos documentos los que se encontraba la famosa Conferencia de Riemann, Einstein quedó paralizado ante el Tensor Métrico de Riemann, allí tenía la herramienta que estaba buscando y que le permitía formular de manera precisa los espacios curvados de la relatividad general.

Las grandes masas determinan la geometría del Universo forman espacios curvos que se comportan como calles y laberintos por los que discurren los objetos de materia que deambulan por el espaciotiempo tetradimensional de nuestro universo que, si tiene dimensiones extra, las tiene bien escondidas.

Algún día, alguien surgirá y nos traerá las matemáticas necesarias para que, la teoría M se pueda exponer de manera clara y completa. ¿Serán las funciones modulares de Ramanujan las que nos sacará del atolladero? Todos sabéis que las matemáticas topológicas de la Teoría M, son extremadamente difíciles, pocos tienen acceso a ellas, y, de momento, parece que nadie está en posesión de los conocimientos matemáticos que se precisan.

Tendremos que esperar un poco. Sin embargo, la Ciencia futura está a la vuelta de la esquina:

La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado a la manipulación de material a la escala menor de un micrómetro es decir al nivel de atomos y moléculas (nanometría) lo mas habitual es que tal manipulación se produzca uno o 1000 nanometros para hacer una idea de como son los nanobotts un nanobot mide 50 nm sus capas son de 5 molecula.

Pronto veremos que la nanotecnología nos llevará a un mundo futuro que ahora, ni podemos imaginar

¿Qué no podremos construir con las nuevas técnicas de nanotecnología? Inundaremos los planetas lejanos de minúsculos robots que no serán detectados y nos podrán inviar información fidedigna de todo lo que queramos? Por ahí podría ir el futuro, menos coste en los lanzamientos bases lunares o marcianas y, en pequeñas naves podrían ir cientos de robots que se esparcirían por todo el pequeño o gran mundo a explorar.

nuestra curiosidad es inagotable, nos empuja a preguntar, trabajar, estudiar, investigar y profundizar en todas estas cuestiones que atrae a todos aquellos que, como yo, enamorados de la Física, saben que, algún día lejano en el futuro, nuestra Civilización alcanzará el nivel requerido para poder abrir esas puertas que tenemos cerradas y de las que no tenemos las llaves para poder abrirlas. Encima de estas puertas, los letreros dicen: Teoría M, Materia Oscura, Densidad Crítica, Universos paralelos, Viajes en el Tiempo, Singularidades, etc.

Me gustaría estar presente cuando pasados algunos siglos, nuestra especie tenga como fuente de energía inagotable la que generan los Agujeros Negros. Esa energía nos dará la posibilidad de viajar a las estrellas y de llegar al fondo de la teoría M.

         Cuerdas vibrantes de cuyas resonancias surgen nuevas partículas.

No debemos olvidar que, todo lo grande está hecho de cosas pequeñas. Así es. Al menos hasta donde sabemos, los planetas, las estrellas y Galaxias y demás objetos estelares (nosotros también), están hechos de infinitesimales objetos: Quarks y Leptones. Todo lo que podemos ver en el Universo está hecho de materia bariónica, existe otra clase de materia que aún no sabemos lo que es, dónde está o se genera y de qué está hecha (esa que nuestra ignorancia denomina Materia Oscura)..

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La materia primordial del Universo fue denominada por los griegos clásicos como Ylem sustancia cósmica

¡Nuestra imaginación! algo que solo ser comparada con la grandiosidad del Universo que… es casi tan grande como ella.

Resultado de imagen de El poder de la Mente

¿Cuánto más podrá salir de la maravilla llamada Mente?

La Mecánica Cuántica.

La Relatividad Especial y la Relatividad General.

El Modelo Estándar.

Las fuerzas Fundamentales.

Las Constantes Universales.

Las familias de partículas: Quarks (u, d, s, c, t, b), Hadrónes (bariones y mesones), los Leptones (electrónmuóntau y sus respectivos neutrinos).

La Teoría M y la de Supersimetría, Supergravedead, la de cuerdas, la cuerda heterótica.

En su día la teoría de Kaluza-Klein (la primera de más altas dimensiones)

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                         Hablamos de Universos holográficos

Y, de esta manera podríamos exponiendo ejemplos enormes de la imaginación que poseemos y que es el don que la humanidad tiene para descubrir los misterios del Universo. Einstein llamaba a esto ejercicios mentales. Está bien que nuestras mentes no tengan límites a la hora de imaginar. Creo que, a excepción de las imposibilidades y barreras impuestas por nuestro físico, todo lo demás, con el tiempo podrá ser posible. Hasta tal punto es así que, hasta podremos (ya lo hemos hecho) hacer que nuestras vidas sean más duraderas.

Alguien dijo que Genio es aquel que es capaz de plasmar en realidad sus pensamientos. Pues, amigos, en la Física han sido muchos los genios que han aportado su imaginación.

La pregunta que hay que responder aquí es lo que se entiende por Física. Por mi parte, Física es todo lo que aquí he dejado escrito y muchísimo más. Creo firmemente que la Física es el arma más poderosa con la que la Humanidad para resolver todos los problemas que tiene planteados a plazo fijo en el futuro lejano.

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                          Hasta la vida es Física y Química

¿Habéis pensado alguna vez que el Sol tiene una cantidad de combustible nuclear – hidrógeno – limitado? El día que se acabe, dentro de 4.000 millones de años ¿dónde iremos? La pregunta parece tonta, sin embargo, no lo es. No debemos descansar en el avance del saber científico de la Física y las matemáticas (además de en los otros campos), ya que, en ese no parar estará la solución a todos nuestros problemas presentes y futuros, y, la llave que abrirá la puerta principal, se llama Física (siempre acompañada por la llave maestra de las matemáticas).

Y, mientras tanto, continuará el proceso de humanización que aún está por terminar…¡Nos queda tanto!

emilio silvera

 


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