viernes, 06 de diciembre del 2019 Fecha
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El saber ocupa lugar y… ¡Tiempo!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo y los pensamientos    ~    Comentarios Comments (3)

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Muchas son las cosas que ignoramos del Universo y, mientras así sea, tendremos capacidad para el asombro. Mirad la imagen de arriba: Una bonita pero extraña nebulosa planetaria bipolar. Una estrella como nuestro Sol que al final de su vida, habiendo agotado todo su combustible nuclear de fusión, se contrae sobre sí misma para formar una enana blanca y, en el proceso, eyecta sus capas exteriores al espacio interestelar de distintas maneras, de tal forma es así que, la variedad de nebulosas planetarias es muy diversa pero, todas hermosas.

 

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Generalmente, la gente sencilla no sabe, en realidad, como se forman y nacen las estrellas, como viven y al final de sus “vidas” qué  ocurre, en qué se transforman y que transiciones de fase y cambios se producen en el material que la conforma, en qué se convierten. Igualmente ocurre con el origen de las Nebulosas, o, cómo son los mecanismos que rigen en las galaxias y las fuerzas que están presentes a lo largo y a lo ancho de todo el Cosmos. Es lógico que sea de esta manera y, la gente sencilla y no versada en éstos temas, incluso hablar del propio planeta es, para ellos, hablar de algo muy grande, casi infinito y eterno. La capacidad de entender lo que el Universo es, se les escapa. Viven en un “mundo” local, de cosas pequeñas y cotidianas, lo inmediato es lo que llama su atención y les preocupa.

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Si preguntamos por el significado del Big Bang, la expansión del universo, cómo nacen y mueren las estrellas, o, cómo se pudieron formar las galaxias, qué es una singularidad, a qué se refiere la libertad asintótica de los quarks, qué son los nucleones, qué significan las constantes universales, qué es la mecánica quántica, el modelo estándar, la relatividad general, el significado de E = mc2, el principio de incertidumbre, la función de onda de Schrödinger, el Principio de exclusión de Pauli, el cuánto de acción de Planck, h, o el límite, la energía o tiempo de Planck…, cualquiera de estas cuestiones, todas tan importantes, serán desconocidas para el 99’99% de los encuestados. ¡Una auténtica lástima!

Esa es la penosa realidad en la que estamos inmersos. Esas personas desconocedoras de las preguntas que antes enumeramos, sí podrían contestar, en cambio, cualquier tema que se les plantee sobre cuestiones mundanas e intrascendentes. Ninguna explicación, aunque somera y sencilla, podrían dar sobre, por ejemplo, lo que es una estrella de neutrones.

 

Resultado de imagen de Remanente que oculta una estrella de neutronesResultado de imagen de Remanente que oculta el púlsar del cangrejo

 

Este es un remanente que oculta a una estrella de Neutrones y el otro un púlsar

 

Lo cierto es que para las estrellas supermasivas, cuando llegan al final de su ciclo y dejan de brillar por agotamiento de su combustible nuclear, en ese preciso instante, el tiempo se agota para ella. Cuando una estrella pierde el equilibrio existente entre la energía termonuclear (que tiende a expandir la estrella) y la fuerza de gravedad (que tiende a comprimirla), al quedar sin oposición esta última, la estrella supermasiva se contrae aplastada bajo su propia masa. Queda comprimida hasta tal nivel que llega un momento que desaparece, para convertirse en un agujero negro, una singularidad, donde dejan de existir el “tiempo” y el espacio. A su alrededor nace un horizonte de sucesos, que si se traspasa se es engullido por la enorme gravedad del agujero negro.

De acuerdo a la teoría general de la relatividad, una singularidad es un punto teórico con volumen cero y densidad infinita. Es el resultado al que cualquier masa que se convierte en agujero negro tiene que colapsar. El tiempo deja de existir en estas regiones del universo que conocemos como singularidad y, el espacio, queda distorsionado, prisionero en esa densidad aterradora.  El mismo Big Bang (dicen) surgió de una singularidad de energía y densidad infinitas que explosionó como consecuencia de una fluctuación del vacío y se expandió creando el tiempo, el espacio y la materia.

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En esta Nebulosa gigante molecular, nacen las estrellas súper-masivas que serán, en el futuro, agujeros negros

Como contraposición a estas enormes densidades de las enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros, existen regiones del espacio que contienen menos galaxias que el promedio o incluso ninguna galaxia; a estas regiones las conocemos como 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 del universo profundo. Estas regiones son a menudo 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 aproximadamente a 500 millones de años luz de la Vía Láctea. La existencia de grandes vacíos no es sorprendente, dada la existencia de cúmulos de galaxias y supercúmulos a escalas muy grandes.

Mientras que en estas regiones la materia es muy escasa, en una sola estrella de neutrones, si pudiéramos retirar 1 cm3 de su masa, obtendríamos una cantidad de materia increíble. Su densidad es de 1017 Kg/m3; los electrones y los protones están tan juntos que se combinan y forman neutrones que se degeneran haciendo estable la estrella de ese nombre que, después del agujero negro, es el objeto estelar más denso del universo (al menos hasta que se descubran -si es que existen- las estrellas de Quarks).

Es interesante ver cómo a través de las matemáticas y la geometría, han sabido los seres humanos encontrar la forma de medir el mundo y encontrar las formas del universo. Pasando por Arquímedes, Pitágoras, Tales de Mileto, Empédocles, Demócrito de Abdera, Anaximandro, Arquitas…  Galileo, Newton, Gauss y Riemann o Einstein…, y muchos otros,  siempre hemos tratado de buscar las respuestas de las cosas por medio de las matemáticas y la intuición. Ahora contamos con sofisticadas máquinas de tecnología futurista que nos ayudan a comprobar las teorías.

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                         Dicen haber confirmado que la energía oscura existe

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                Se continua buscando la materia oscura, su origen, de qué está formada….

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Mientras tanto repartimos los porcentajes por estimaciones intuitivas no comprobadas

Ahora, entre otras muchas cuestiones sin resolver, la que más destaca y apremia, es encontrar la respuesta tan esperada en astronomía y que alguien responda a la pregunta siguiente: ¿Qué es y donde está la energía y la materia oscura?

Sí, sabemos que su presencia puede ser inferida por sus efectos sobre los movimientos de las estrellas y galaxias, aunque no puede ser observada directamente debido a que emite poca o ninguna radiación. Se piensa que algo más del 90% de la masa del universo se encuentra en alguna forma de energía y materia oscura. Nos dicen que existen evidencias de materia oscura en las galaxias espirales en sus curvas de rotación. La existencia de materia oscura en los cúmulos ricos de galaxias puede ser deducida por el movimiento de las galaxias constituyentes.

         Claro que, una cosa es deducir y otra…verificar

Las cosas comienzan a tambalearse cuando escuchamos algunos argumentos: “Una parte de esta materia oscura puede encontrarse en forma de estrellas poco masivas u objetos con masa del orden de la de Júpiter; dicha materia normal se describe como bariónica (los bariones son los protones, neutrones y otras partículas formadoras de materia que podemos ver).  Por otra parte, también puede existir materia oscura en el espacio entre galaxias, ese espacio que llamamos vacío y que en realidad está abarrotado de partículas virtuales que aparecen sin saber de dónde y en manos de una millonésima de segundo desaparece sin que sepamos a dónde, y que podría hacer aumentar la densidad media del universo hasta la densidad crítica requerida para invertir la expansión actual.”

Cuando no se sabe de qué se habla… se dicen tantas cosas sin sentido que… se puede llegar con facilidad, a caer en el más espantoso de los ridículos y, la materia oscura ha llevado a más de uno a situaciones… poco cómodas. Las anomalías observadas y que no sabemos explicar, podrían tener su origen en otra parte. Incluso podría ser posible que la materia oscura… ¡no existiera!

En una reunión de astronomía, uno de los ponentes decía: “Si la teoría del Big Bang es correcta -como parece que lo es-,  debe de existir una gran proporción de materia oscura en forma no bariónica (que no podemos ver), quizás axiones, fotinos o neutrinos masivos, supervivientes de las etapas tempranas del Big Bang y, ¿por qué no?, también podríamos suponer que la materia oscura que tanto nos preocupa pudiera estar encerrada dentro de las singularidades de tantos y tantos agujeros negros que se han debido formar a lo largo de los 13.500 millones de años que es la edad del universo.” Y, ¿por qué no -podríamos decir- esa fuerza extraña que se observa y que no sabemos de dónde procede, no estará generada por un universo paralelo? ¡Los cosmólogos! son la monda.

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El telescopio espacial WISE ha identificado a millones de candidatos a quásares y hasta 1.000 objetos que se sospecha que son las galaxias más brillantes en el infrarrojo localizadas hasta la fecha. “Hemos descubierto desde un asteroide bailando delante de la Tierra en su órbita, hasta agujeros negros supermasivos y galaxias que se esconden detrás de capas de polvo.” Declaró uno de los responsables de la investigación. Por ejemplo, el agujero negro gigante en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, llamado Sagitario A, tiene 4 millones de veces la masa de nuestro Sol y ha pasado por el frenesí de alimentaciones periódicas donde el material cae hacia el agujero negro, haciendo que se caliente e irradie en su entorno. Pero se sabe de la existencia de agujeros negros de miles de millones de veces la masa de nuestro Sol.

Los agujeros negros, cuya existencia se dedujo por Schwarzschild en 1.916 a partir de las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, son objetos supermasivos, invisibles a nuestra vista (de ahí su nombre) de los que no escapa ni la luz; tal es la fuerza gravitatoria que generan que incluso engullen la materia de sus estrellas vecinas, del polvo interestelar circundante y de todo material que “se atreva” a traspasar la línea fatídica del horizonte de sucesos que marca la puerta de del “irás y no volverás”.

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Pues bien, como en el universo existen innumerables agujeros negros,  muchos se preguntaron: ¿”Por qué no creer que sean ellos, los A.N., los mejores candidatos para ser la “materia oscura”?.

Para mí particularmente, sin descartar absolutamente nada de lo anterior (cualquier teoría podría ser la cierta, y, con lo que no estoy de acuerdo es con que, con frecuencia, reputados científicos, hablen de la materia oscura con la seguridad de quién sabe, a ciencia cierta, dónde está y que es, cuando en realidad, no tienen ni idea y todo son…, simples especulaciones que, más o menos pueden estar apoyadas por indicios vagos que nunca certeza.

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También, digo yo que, ya puestos a suponer, la denominada materia oscura podría estar situada en la quinta dimensión y sus efectos nos llegan a través de fisuras que rasgan el espacio-tiempo y producen fluctuaciones del “vacío”, que de alguna manera deja pasar a los gravitones que transportan la fuerza gravitacional que emite dicha materia y sus efectos se dejan sentir en nuestro universo, haciendo que las galaxias se alejen las unas de las otras a mayor velocidad de la que tendrían si el universo estuviera poblado sólo de la materia bariónica que nos rodea.

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               La Imaginación es libre. ¿Cuántas veces habré imaginado este otro mundo?

Claro que mis pensamientos son sólo eso, imaginaciones. Una conjetura más de las muchas que circulan. No se puede  dogmatizar hablando de estas cuestiones sobre las que no se tienen la menor certeza. La cuestión es que, si atendemos a la expansión de Hubble, tampoco podemos explicar las formación de las galaxias, ya que, dicha expansión lo habría impedido, a no ser que, allí, existiera una fuerza invisible que sujetó a la materia el tiempo necesario para que se formaran las estrellas y las galaxias: ¿la materia oscura? Es posible y, si así fue como pudieron formarse las galaxias eso quiere decir que “esa materia oscura”, o “ese Ylem” p sustancia cósmica -como llamaban los antiguos griegos a la sustancia primera del universo- habría sido la materia primera, la base de todo, la semilla que hizo posible el universo que ahora contemplamos.

Nos dicen que nuestra Galaxia -y también las otras- está rodeada de materia oscura. Tal afirmación además de osada, es poco científica. De todas las maneras, incluso la denominación dada: “materia oscura”, delata nuestra ignorancia.  Pero, mientras todo esto está pasando, dejamos que el “tiempo” transcurra y como siempre ha pasado, finalmente, alguien vendrá a dar la respuesta que, hasta podría coincidir con algunas de las conjeturas que de éste complejo asunto se han emitido.

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Muchos son los sueños que tendremos que hacer realidad antes de poder contestar algunas preguntas

Para que tengamos las respuestas a preguntas planteadas que nadie sabe contestar, aunque no lo sepamos, lo que necesitamos es poder viajar a las estrellas, disponer de energías que ahora nos parecen infinitas y que, podríamos obtener por medios ahora desconocidos de los discos de acreción de los agujeros negros, o, del mismo vacío. Podríamos lograr el traslado de materia viva a lugares distantes, dominar toda una galaxia, y, ¿por qué no? hacer realidad los sueños de aquellos antiguos Alquimistas. De hecho, ya hacemos diamantes artificiales que, de no ser un experto, difícilmente podríamos distinguir de otros naturales. Claro que, para que todo eso sea una realidad, tendrán que transcurrir algunos eones de tiempo.

Arriba podéis contemplar una calle de mi ciudad  a finales del siglo XIX y la primera mitad del siglo XX. El balcón que sobresale arriba a la derecha, pertenecía al local de mi primer trabajo en una Oficina. Con 18 años, comencé mi andadura en el ámbito administrativo.

Sí amigos, con el paso del tiempo vamos sabiendo, nuestra imaginación lo transforma todo y, lo que parecía imposible…lo hacemos real… ¡Algunas veces!

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En 1884 Paul Nipkow diseña y patenta el llamado disco de Nipkow, un proyecto de televisión que no podría llevarse a la práctica. En 1910, el disco de Nipkow fue utilizado en el desarrollo de los sistemas de televisión de los inicios del siglo XX y en 1925, el 25 de marzo, el inventor escocés John Logie Baird efectúa la primera experiencia real utilizando dos discos, uno en el emisor y otro en el receptor, que estaban unidos al mismo eje para que su giro fuera síncrono y separados 2m. Se transmitió una cabeza de un maniquí con una definición de 28 líneas y una frecuencia de cuadro de 14 cuadros por segundo. Baird ofreció la primera demostración pública del funcionamiento de un sistema de televisión a los miembros de la Royal Institution y a un periodista el 26 de enero de 1926 en su laboratorio de Londres.

¿Qué hemos logrado en los últimos cien años? Como se suele decir, ¡si nuestros abuelos levantaran la cabeza! ¿Qué maravillas tendremos dentro de cien años? ¿Qué adelantos científicos se habrán alcanzado?  Dejando a un lado, a los primeros descubridores, como Arquitas, Ptolomeo, Copérnico, Galileo, Kepler y otros muchos de tiempos pasados, tenemos que atender a lo siguiente:

Estos dos personajes: Einstein y Planck, fueron los artífices de una revolución

La primera revolución de la física se produjo en 1.905, cuando Albert Einstein con su relatividad especial nos ayudo en nuestra comprensión de las leyes que gobiernan el universo. Esa primera revolución nos fue dada en dos pasos: 1905 la teoría de la relatividad especial y en 1.915, diez años después, la teoría de la relatividad general. Al final de su trabajo relativista, Einstein concluyó que el espacio y el tiempo están distorsionados por la materia y la energía, y que esta distorsión es la responsable de la gravedad que nos mantiene en la superficie de la Tierra, la misma que mantiene unidos los planetas del Sistema Solar girando alrededor del Sol y también la que hace posible la existencia de las galaxias.

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Nos dio un conjunto de ecuaciones a partir de los cuales se puede deducir la distorsión del tiempo y del espacio alrededor de objetos cósmicos que pueblan el universo y que crean esta distorsión en función de su masa.  Se han cumplido 100 años desde entonces y miles de físicos han tratado de extraer las predicciones encerradas en las ecuaciones de Einstein (sin olvidar a Riemann) sobre la distorsión del espaciotiempo.

Planck, con su cuanto de acción, h, sembró la semilla que más tarde germinaría en la forma que conocemos como mecánica cuántica y que tantas satisfacciones nos ha dado al poder descubrir por medio de ella, cómo es la Naturaleza de lo muy pequeño.

¿Qué futuro nos espera? ¿Sabremos seguir los pasos de estos genios del pensamiento?

emilio silvera

¡La Física! Una llave para saber

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

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“Un nuevo experimento desarrollado en el LHCb del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de Ginebra ha puesto uno de los límites más restrictivos del Modelo Estándar de la Física de Partículas, una teoría ampliamente contrastada que da cuenta solamente del 4% del Universo visible.


Se necesita una nueva física para explicar el 90% restante y los últimos resultados de LHCb, que restringen la tasa de desintegración de los mesones Bs, señala la nueva física que podemos esperar.”

Como muchos otros modelos que los científicos han creado para expresar éste o aquél apartado de la Naturaleza, también en la física del partículas y de las interacciones fundamentales se ha creado el Modelo estándar que, no podemos negarlo, ha sido y sigue siendo una extraordinaria herramienta para los físicos pero, está incompleto al no incluir la fuerza de Gravedad y, además, es feo y tiene en su construcción, algunos parámetros, que no podemos explicar. Sobre todo, choca que, cuando tratamos de univer el modelo con la teoría de la relatividad general, el resultado es incomprensible.

Sí, es feo y complicado:

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  1. 36 quarks, que se presentan en 6 “sabores” y 3 “colores” y sus réplicas en antimateria para describir las interacciones fuertes.
  2. 8 campos de Yang-Mills para describir los gluones, que ligan los quarks.
  3. 4 campos de Yang-Mills para describir las fuerzas débiles y electromagnéticas.
  4. 6 tipos de leptones para describir las interacciones débiles.
  5. Un gran número de misteriosas partículas de “Higgs” necesarias para ajustar las masas y las constantes que describen a las partículas.
  6. Al menos 19 constantes arbitrarias que describen las masas de las partículas y las intensidades de las diversas interacciones.  Estas diecinueve constantes deben ser introducidas a la fuerza; no están determinadas en modo alguno por la teoría.

 

Partículas y campos, clásicos y cuánticos. Las nociones clásicas de partícula y campo comparadas con su contrapartida cuántica. Una partícula cuántica está deslocalizada: su posición se reparte en una distribución de probabilidad. Un campo cuántico es equivalente a un colectivo de partículas cuánticas.

 

Así las cosas, está claro que hay que buscar otro modelo.

La fealdad del Modelo Estándar puede contrastarse con la simplicidad de las ecuaciones de Einstein, en las que todo se deducía de primeros principios. Para comprender el contraste estético entre el Modelo Estándar y la teoría de la relatividad general de Einstein debemos comprender que, cuando los físicos hablan de “belleza” en sus teorías, realmente quieren decir que estas “bellas” teorías deben poseer al menos dos características esenciales:

  1. Una simetría unificadora.
  2. La capacidad de explicar grandes cantidades de datos experimentales con las expresiones matemáticas más económicas y, si atendemos la fórmula de Einstein E = mc2 , decir más, con menos, parece imposible.

 

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El Modelo Estándar falla en ambos aspectos, mientras que la relatividad general los exhibe, ambos, de manera bien patente. Nunca una teoría dijo tanto con tan poco; su sencillez es asombrosa y su profundidad increíble.  De hecho, desde que se publicó en 1.915, no ha dejado de dar frutos, y aún no se han obtenido de ella todos los mensajes que contiene.

Resultado de imagen de La teoría de la relatividad especialResultado de imagen de La teoría de la relatividad especial

Al contrario de la relatividad general, la simetría del Modelo Estándar, está realmente formada empalmando tres simetrías más pequeñas, una por cada una de las fuerzas; el modelo es espeso e incómodo en su forma. Ciertamente no es económica en modo alguno. Por ejemplo, las ecuaciones de Einstein, escritas en su totalidad, sólo ocupan unos centímetros y ni siquiera llenaría una línea de esta página. A partir de esta escasa línea de ecuaciones, podemos ir más allá de las leyes de Newton y derivar la distorsión del espacio, el Big Bang y otros fenómenos astronómicos importantes como los agujeros negros. Por el contrario, sólo escribir el Modelo Estándar en su totalidad requeriría, siendo escueto, un par de páginas de esta libreta y parecería un galimatías de símbolos complejos sólo entendibles por expertos.

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Las fuerzas nucleares fuerte y débil y el electromagnetismo están presentes en el Modelo Estándar de la Física de partículas, la fuerza de Gravedad se ha negado a juntarse con estas tres fuerzas y campa solitaria por todo el Universo allí donde exista materia

Los científicos quieren creer que la naturaleza prefiere la economía en sus creaciones y que siempre parece evitar redundancias innecesarias al crear estructuras físicas, biológicas y químicas.

El matemático francés Henri Poincaré lo expresó de forma aún más franca cuando escribió: “El científico no estudia la Naturaleza porque es útil; la estudia porque disfruta con ello, y disfruta con ello porque es bella”.

                         Rutherford

E. Rutherford, quien descubrió el núcleo del átomo (entre otras muchas cosas), dijo una vez: “Toda ciencia es o física o coleccionar sello”.  Se refería a la enorme importancia que tiene la física para la ciencia, aunque se le olvidó mencionar que la física está sostenida por las matemáticas que la explica.

Pero, a pesar de todos sus inconvenientes, el Modelo Estándar, desde su implantación, ha cosechado un éxito tras otro, con sus inconvenientes y sus diecinueve parámetros aleatorios, lo cierto es que es lo mejor que tenemos por el momento para explicar las familias de partículas que conforman la materia y cómo actúan las fuerzas de la naturaleza, todas las fuerzas menos la gravedad; esa nos la explica a la perfección y sin fisuras las ecuaciones de Einstein de la relatividad general.

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                         Llegan nuevas creencias que tienen origen en el pasado cercano

Hace tiempo que los físicos tratan de mejorar el Modelo Estándar con otras teorías más avanzadas y modernas que puedan explicar la materia y el espacio-tiempo con mayor amplitud y, sobre todo, incluyendo la gravedad.  Así que retomando la teoría de Kaluza de la quinta dimensión, se propuso la teoría de supergravedad en 1.976 por los físicos Daniel Freedman, Sergio Ferrara y Peter van Nieuwenhuizen, de la Universidad del Estado de Nueva York en Stoney Brook que desarrollaron esta nueva teoría en un espacio de once dimensiones.

Después de mucho trabajo, mucho tiempo y mucho presupuesto, por fín, llegó el LHC que, cuando comience sus experimentos nos dirá como mejorar el ME actual y, seguramente, alguna cosa más.

emilio silvera