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¡Una Singularidad! Extraño Objeto

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Relativista    ~    Comentarios Comments (5)

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Euclides nos presentó un Universo de espacios planos, y, dos mil años más tarde, llegó Riemann para enseñarnos un nuevo universo de espacios curvos. La visión del “mundo” ha sido cambiante con el paso del Tiempo y los nuevos conocimientos, nuevas matemáticas y nueva tecnología.

Tenemos que saber como la violación de la simetría CP (el proceso que originó la materia) aparece, y, lo que es más importante, hemos de introducir en el nuevo fenómeno llamado Campo de Higss que cuenta en todos los problemas que se vislumbran en el Modelo Estándar de la Física de Partículas y de las fuerzas fundamentales (excepto una). Esos parámetros aleatorios se han metido con calzador para que las cuentas cuadren, lo que nos lleva a sentir que el Modelo Estándar se mueve bajo nuestros pies como si arenas movedizas se tratara.

El “casamiento” de la Relatividad General con la Teoría Cuántica es el mayor problema que tiene la Física, toda vez que, una de las cuatro fuerzas, la Gravedad, se niega a estar incluida en el Modelo Estándar.

Pero hablemos del trabajo de hoy; ¡La Singularidad!

La singularidad de los agujeros negros - ¡No sabes nada!Blog de Fran: Agujeros negrosMecánica Universal - La Singularidad - Wattpad

Lo cierto es que, a pesar de los muchos datos que tenemos sobre estos objetos cósmicos exóticos, son muchas las cosas que aún se nos resisten, y, el conocimiento es parcial, no sabemos que clase de materia puede albergarse en una Singularidad de un Agujero Negro. La que forma enanas blancas y estrellas de neutrones nos pueden dar una idea aproximada.

Nobel de Física: qué es la singularidad, el corazón de los agujeros negros  donde se rompen todas las leyes conocidas de la naturaleza - BBC News MundoCientíficos demuestran la existencia de singularidades de agujeros negros  en el espacio 3D curvo - Diario de Noticias de Navarra

Se dice que la Singularidad es el “corazón” del Agujero Negro, en ese lugar se rompen todas las leyes de la Física. El Espacio se distorsiona y el Tiempo deja de existir. ¿Qué lugar puede ser de esa manera?

El concepto mismo de “singularidad” desagradaba a la mayoría de los físicos, pues la idea de una densidad infinita se alejaba de toda comprensión.  La naturaleza humana está mejor condicionada a percibir situaciones que se caracterizan por su finitud, cosas que podemos medir y pesar, y que están alojadas dentro de unos límites concretos; serán más grande o más pequeñas pero, todo tiene un comienzo y un final pero… infinito, es difícil de digerir.  Además, en la singularidad,  según resulta de las ecuaciones, ni existe el tiempo ni existe el espacio. Parece que se tratara de otro universo dentro de nuestro universo toda la región afectada por la singularidad que, eso sí, afecta de manera real al entorno donde está situada y además, no es pacífica, ya que se nutre de cuerpos estelares circundantes que atrae y engulle.

La noción de singularidad empezó a adquirir un mayor crédito cuando Robert Oppenheimer, junto a Hartlan S. Snyder, en el año 1.939 escribieron un artículo anexo de otro anterior de Oppenheimer sobre las estrellas de neutrones. En este último artículo, describió de manera magistral la conclusión de que una estrella con masa suficiente podía colapsarse bajo la acción de su propia gravedad hasta alcanzar un punto adimensional; con la demostración de las ecuaciones descritas en dicho artículo, la demostración quedó servida de forma irrefutable que una estrella lo suficientemente grande, llegado su final al consumir todo su combustible de fusión nuclear, continuaría comprimiéndose bajo su propia gravedad, más allá de los estados de enana blanca o de estrella de neutrones, para convertirse en una singularidad.

Los cálculos realizados por Oppenheimer y Snyder para la cantidad de masa que debía tener una estrella para terminar sus días como una singularidad estaban en los límites másicos de M =~ masa solar, estimación que fue corregida posteriormente por otros físicos teóricos que llegaron a la conclusión de que sólo sería posible que una estrella se transformara en singularidad, la que al abandonar su fase de gigante roja retiene una masa residual como menos de 2 – 3 masas solares.

Modelo OS
La figura de la izquierda representa a la nube de polvo en colapso de Oppenhieimer y Snyder, que ilustra una superficie atrapada.
El modelo de Oppenhieimer y Snyder posee una superficie atrapada, que corresponde a una superficie cuya área se iOppenheimer y Snyder desarrollaron el primer ejemplo explícito de una solución a las ecuaciones de Einstein que describía de manera cierta a un agujero negro, al desarrollar el planteamiento de una nube de polvo colapsante. En su interior, existe una singularidad, pero no es visible desde el exterior, puesto que está rodeada de un horizonte de suceso que no deja que nadie se asome, la vea, y vuelva para contarlo. Lo que traspasa los límites del horizonte de sucesos, ha tomado el camino sin retorno. Su destino irreversible, la singularidad de la que pasará a formar parte.

Desde entonces, muchos han sido los físicos que se han especializado profundizando en las matemáticas relativas a los agujeros negros. John Wheeler (que los bautizó como agujeros negros), Roger Penrose, Stephen Hawking, Kip S. Thorne, Kerr y muchos otros nombres que ahora no recuerdo, han contribuido de manera muy notable al conocimiento de los agujeros negros, las cuestiones que de ellas se derivan y otras consecuencias de densidad, energía, gravedad, ondas gravitacionales, que son deducidas a partir de estos fenómenos del cosmos.

           Primera foto agujero negro: ¿Qué es el horizonte de sucesos?

Se afirma que las singularidades se encuentran rodeadas por un horizonte de sucesos, pero para un observador, en esencia, no puede ver nunca la singularidad desde el exterior. Específicamente implica que hay alguna región incapaz de enviar señales al infinito exterior. La limitación de esta región es el horizonte de sucesos, tras ella se encuentra atrapado el pasado y el infinito nulo futuro. Lo anterior nos hace distinguir que en esta frontera se deberían reunir las características siguientes:

  • Debe ser una superficie nula donde es pareja, generada por geodésicas nulas;
  • contiene una geodésica nula de futuro sin fin, que se origina a partir de cada punto en el que no es pareja, y que
  • el área de secciones transversales espaciales jamás pueden disminuir a lo largo del tiempo.

Pueden existir agujeros negros  super-masivos (de 105 masas solares) en los centros de las galaxias activas. En el otro extremo, mini agujeros negros con un radio de 10-10 m y masas similares a las de un asteroide pudieron haberse formado en las condiciones extremas que se dieron poco después delBig Bang. Diminutos agujeros negros podrían ser capaces de capturar partículas a su alrededor, formando el equivalente gravitatorio de los átomos.

Todo esto ha sido demostrado matemáticamente por Israel, 1.967; Carter, 1.971; Robinson, 1.975; y Hawking, 1.978 con límite futuro asintótico de tal espacio-tiempo como el espacio-tiempo de Kerr, lo que resulta notable, pues la métrica de Kerr es una hermosa y exacta formulación para las ecuaciones de vacío de Einstein y, como un tema que se relaciona con la entropía en los agujeros negros.

No resulta arriesgado afirmar que existen variables en las formas de las singularidades que, según las formuladas por Oppenheimer y su colaborador Snyder, después las de Kerr y más tarde otros, todas podrían existir como un mismo objeto que se presenta en distintas formas o maneras.

                                                      

Ahora bien, para que un ente, un objeto o un observador pueda introducirse dentro de una singularidad como un agujero negro, en cualquiera que fuese su forma, tendría que traspasar el radio de Schwarzschild (las fronteras matemáticas del horizonte de sucesos), cuya velocidad de escape es igual a la de la luz, aunque esta tampoco puede salir de allí una vez atrapada dentro de los límites fronterizos determinados por el radio. Este radio de Schwarzschild puede ser calculado usándose la ecuación para la velocidad de escape:

Para el caso de fotones u objeto sin masa, tales como neutrinos, se sustituye la velocidad de escape por la de la luz c2. “En el modelo de Schrödinger se abandona la concepción de los electrones como esferas diminutas con carga que giran en torno al núcleo, … Es cierto que en mecánica cuántica quedan muchos enigmas por resolver. Pero hablando de objetos de grandes masas, veamos lo que tenemos que hacer para escapar de ellos.

Podemos escapar de la fuerza de gravedad de un planeta pero, de un A.N., será imposible.

La velocidad de escape está referida a la velocidad mínima requerida para escapar de un campo gravitacional. El objeto que escapa puede ser cualquier cosa, desde una molécula de gas a una nave espacial. Como antes he reflejado está dada por , donde G es la constante gravitacional, M es la masa del cuerpo y R es la distancia del objeto que escapa del centro del cuerpo del que pretende escapar (del núcleo). Un objeto que se mueva a velocidad menor a la de escape entra en una órbita elíptica; si se mueve a una velocidad exactamente igual a la de escape, sigue una órbita parabólica, y si el objeto supera la velocidad de escape, se mueve en una trayectoria hiperbólica.

Así hemos comprendido que, a mayor masa del cuerpo del que se pretende escapar, mayor será la velocidad que necesitamos para escapar de él. Veamos algunas:

Objeto

Velocidad de escape

La Tierra

………….11,18 Km/s

El Sol

………….617,3 Km/s

Júpiter

………….59,6 Km/s

Saturno

………….35,6 Km/s

Venus

………….10,36 Km/s

Agujero negro

…….+ de 299.000 Km/s

Como se ve en el cuadro anterior, cada objeto celeste, en función de su masa, tiene su propia velocidad de escape para que cualquier cosa pueda salir de su órbita y escapar de él. El caso de la singularidad, es decir, la inmensa masa que está presente en las entrañas de un Agujero negro, genera una fuerza de gravedad tal que, nada está a salvo en sus inmediaciones, cualquier objeto, sea estrella, polvo estelar, planeta o lo que pudiera ser, será engullido por el “monstruo”, sin que nada pueda evitarlo.

La excepción está en el último ejemplo, la velocidad de escape necesaria para vencer la fuerza de atracción de un agujero negro que, siendo preciso superar la velocidad de la luz 299.792’458 Km/s, es algo que no está permitido, ya que todos sabemos que conforme determina la teoría de la relatividad especial de Einstein, la velocidad de la luz es la velocidad límite en nuestro universo; nada puede ir más rápido que la velocidad de la luz, entre otras razones porque el objeto sufriría la transformación de Lorentz y su masa sería infinita.

Podría continuar explicando otros aspectos que rodean a los agujeros negros, pero estimo que el objetivo que perseguía de hacer conocer lo que es un agujero negro y el origen del mismo, está sobradamente cumplido.

Existen aspectos del A.N. que influyen en el mundo cuántico, y, por ejemplo, el máximo radio que puede tener un agujero negro virtual está dado aproximadamente por

que equivale a unos 10-³³ centímetros. Esta distancia se conoce como longitud de Planck y es la única unidad de distancia que se puede construir con las tres constantes fundamentales de la naturaleza: G, h y c. La longitud de Planck es tan extremadamente pequeña (10²° veces menor que el radio de un electrón) que debe ser la distancia característica de otro nivel de la naturaleza, subyacente al mundo subatómico, donde rigen las leyes aún desconocidas de la gravedad cuántica.

Así como el océano presenta un aspecto liso e inmóvil cuando se observa desde una gran distancia, pero posee fuertes turbulencias y tormentas a escala humana, el espacio-tiempo parece “liso” y estático a gran escala, pero es extremadamente turbulento en el nivel de la longitud de Planck, donde los hoyos negros se forman y evaporan continuamente. En el mundo de Planck, las leyes de la física deben ser muy distintas de las que conocemos hasta ahora.

La estructura macroscópica del espacio-tiempo parece plana, pero éste debe ser extremadamente turbulento en el nivel de la escala de Planck. Escala en la que parece que entramos en otro mundo… ¡El de la mecánica cuántica! que se aleja de ese mundo cotidinao que conocemos en el que lo macroscópico predomina por todas partes y lo infinitesimal no se deja ver con el ojo desnudo.

¡Existen infinitos secretos! ¡Es tan grande nuestra ignorancia!

emilio silvera

 

  1. 1
    emilio silvera
    el 8 de mayo del 2015 a las 6:30

    Cuando los Físicos estudiaron las ecuaciones de campo de la Teoría de la Relatividad General de Einstein, con asombro se dieron cuenta que allí, se predecía la existencia de un objeto cosmológico atípico, inusual, extraño, y, sobre todo asombroso: ¡Un Agujero Negro!
    El agujero negro es algo que se ha formado a partir de la “muerte” de una estrella masiva que, agotado su combustible nuclear de fisión, implosiona bajo el peso de su propia masa, es decir, ha quedado a merced de la Gravedad, y, toda su ingente masa comienza a contraerse sobre sí misma, más y más, hasta que llega al punto de desaparecer de la vista, se convierte en una singularidad, un objeto de inusitada densidad y energía, allí, entonces, deja de existir el Tiempo y, el Espacio, se curva hasta el infinito.
    Nada puede escapar de su descomunal fuerza, lo mismo se traga una estrella vecina que arrasa y engulle extensas cantidades de polvo estelar que se encuentre por sus inmediaciones y, cada vez, crece más y más, se hace tan grande que, existen agujeros negros que tienen miles de millones de masas solares.
    Tenemos la suerte de no tneer, cerca de nuestra región, un vecino tan peligroso.

    Responder
  2. 2
    amadeo arce mata
    el 12 de mayo del 2015 a las 5:19

    ¿ es el ser humano una singularidad física cuántica metafísica ?

    Responder
  3. 3
    emilio silvera
    el 12 de mayo del 2015 a las 6:20

    ¡Hola, Amadeo!
    En el Contexto del Universo, el Ser Humano, al igual que los Delfines, las Ballenas, los Chimpan´ces y las demás criaturas vivas que pueblan nuestro planeta, son en sí mismas, una singularidad. De la misma manera, lo serán otras criaturas que moran en otros planetas en galaxias lejanas. Tienes que pensar que la Vida, surgió en nuestro Universo después de que las estrellas elaboraran, en sus “hornos nucleares”, los elementos complejos de los que estamos hechos, y, eso, amigo mío, es una singularidad en sí mismo.
    Por otra parte, hemos llegado a saber que nuestros componentes físicos se han conformado de átomos, esos minúsculos objetos que nos llevan hasta la mecánica cuántica, y, desde luego que sí, al mestudiar nuestra morfología en su extremo más pequeño de las escalas, allí está la Física Cuántica que en nosotros, y en todas las cosas está prtesente.
    Por último, hablas de Metafísica, y, en nuestra Singularidad viva, de una parte Física (el cerebro), emerge algo inmaterial que, nosotros, llamamos Mente, y, esa amigo mío, es la parte Metafísica que emerge, como por arte de magia, de nuestro Ser. Los Filósofos, acuden a la Metafísica cuando quieren explicar el Ser.
    Un saludo.

    Responder
  4. 4
    kike
    el 12 de mayo del 2015 a las 23:06

    Personalmente me considero un  rácano materialista; en el buen sentido de la palabra.

     Y eso es por que pienso que todo procede del binomio energía/materia, que a su vez produce el tiempo y el espacio.

     Todo en el universo es evolución y transformación; pero todo tiene su procedencia lógica y material.

     El pensamiento produce la consciencia del yo, y través del yo surge la creencia de que somos algo más que simple materia (Comprendo difícil de aceptar que todo provenga básicamente del hidrógeno).

     Pero no creo que seamos nada más que evolución de la materia; eso si, una evolución extraordinaria, pero… ¿No es extraordinario que del simple hidrógeno se pueda llegar al hierro, al oro, a esos elementos  tan complicados que ni siquiera conseguimos retenerlos un ratito en nuestro mundo?

     Posiblemente eso de que tengamos alma o algo que nos diferencia de la materia no sea nada más que otra acepción del homocentrismo, del que parece que no nos podemos librar. 

     No recuerdo que cientifico aseveró: “Si existe el alma, esta deberá encontrarse  dentro de la red neuronal del cerebro del individuo”.

     Ciertamente hemos etiquetado al “alma”(como manifestación espiritual y prueba de que no somos solo materia), en diferentes partes del cuerpo humano dependiendo de las culturas y civilizaciones que nos han precedido, dejándola en la actualidad (una vez superados ciertos órganos que eran bastante misteriosos antiguamente), en el cerebro, seguramente por ser este donde radique nuestra capacidad de raciocinio, nuestra mente y nuestra consciencia; pero deslindandolo  todo ello del “alma”.

     Va a ser que no; va a ser que como siempre, y por la ley de que lo más lógico suele ser lo verdadero, el alma únicamente sea un atributo que simplemente nos conviene tener, pero que no existe para nada.

     Una de las razones que me obligan a pensar de esa forma es que los creyentes del “alma” opinan que es un atributo exclusivamente humano; así que el resto de los seres vivos no la poseen.  Mira por donde, infinidad de seres vivos, con órganos muy parecidos a los nuestros, con inteligencias inferiores, pero inteligencias al fin y al cabo, no pueden tener “alma”

     Y en eso estoy completamente de acuerdo; los seres vivos no tienen alma: ninguno.

     Lo que tenemos en un grado superior al resto de la vida que conocemos es nuestro cierto grado de inteligencia superior y nuestro autoconocimiento; pero eso pudiera ser que simplemente sea evolutivo en muchas especies, por lo que dentro de un lapso ciertamente largo de tiempo, algunas otras especies bien podrían alcanzar el grado del que nosotros disfrutamos.

      O tal vez no…. 

     Saludos 

    Responder
  5. 5
    Emilio Silvera
    el 13 de mayo del 2015 a las 6:46

    Estimado amigo mío:

    Como de costumbre, tu comentario está hecho con el pensamiento “materialista”, es decir, un material exento de fantasías, y, desdeluego, no le falta a ese material aquel otro que llamamos lógica y que se aleja de mitos y otras cuestiones que nunca se pudieron demostrar.

    Sobre el Alma, aquí mismo se ha escrito bastante, recuerdo aquel trabajo: “La noción del Alma… ¡Qué gran invento! Allí decía cosaas como estas:

    “Si pudiera iría en busca del Alma etérea, y, hablaría con ella, le haría esas grandes preguntas que nadie ha sabido nunca contestar. Claro que, la primera pregunta que habría que contestar sería: ¿Existe en realidad el Alma, o, por el contrario, es un invento interesado del hombre?

    Es verdad que, nosotros, los Humanos, nos aferramos a las vivencias de nuestra niñez, las enseñanzas que recibimos en la infancia en el Colegio y, a lo que nos decían nuestros educadores, y, siendo así, no pocas veces he podido “sentir” el Alma en los ojos brillantes de mis hijos, en cuyos profundos e infinitos senderos, he podido vislumbrar el Universo entero.

    También, en una mirada de mi amada esposa, he podido sentir el Alma. En un bello paisaje, en una hermosa y brillante Galaxia, en las nubes que forman figuras arabescas y siempre cambiantes, en la hermosa fronda de un verde bosque, en el trinar de las aves y en su hermosos plumajes, en

    las Nebulosas cargadas de estrellas brillantes, en el pulso de una estrella de Neutrones, en…en…en…¿puede estar el Alma en tantos lugares?

    ¿Será el Alma, si acaso, una ráfaga de luz que habita dentro de nosotros y nos deja cuando nos llega el final? Bueno, esa fue la idea original, y, desde luego, dejó pingües beneficios a muchos que la explotaron. ¡El Alma! Posiblemente sea la idea más luminosa desde que el hombre existe.

    Un pensamiento difuso y confuso que nos inculcaron y subyace dentro de nuestras mentes…vagando por algún rincón del cerebro alguna vocesilla nos dice…”Alma” Alma” para que no olvidemos las palabras de aquellos “santones” que, a nuestros ancestros le inculcaban la idea para obtener sus rentas a cambio de la salvación en el más allá.

    Es verdaderamente meritoria la idea del Alma, una idea poderosa que hace posible la esperanza en el “más allá” (posibilitando que otros vivieran mejor en el más acá), la vida después de la muerte.  Todos podemos ver como el cuerpo se destruye cuando se muere, sin embargo, el Alma invisible, puede dejar el cuerpo y etérea flotar hasta los cielos (si hemos sido buenos) o a los infiernos (si hemos sido malos).

    Mirando la Historia y lo que ahora mismo nos rodea, si eso es así ¿Cómo tendría que ser de grande el Infierno? ¡Si todos vivieran acorde a lo que predican! Sin embargo no es así, y, tal verdad, nos lleva a desconfiar cuando se dice una cosa y se hace la contraria.

    La rentabilidad obtenida por la Idea ha sido grande. En el tema de las religiones, aparte de lo que particularmente pueda creer o no creer, siempre he sido respetuoso con la elección que los demás hayan podido hacer. Todos, sin excepción, debemos tener la libertad de escoger el camino que estimemos más adecuado para todos los ámbitos de nuestras vidas, y, la religión, para muchos, es importante en sus vidas y eso, hay que respetarlo. Pero, también quiero que se respete lo que yo pienso de ciertas cuestiones.

    Verdaderamente, la noción de “Alma” podría ser considerada como una de las ideas más grandes de la Humanidad, ha sido muy bien manejada por las religiones para poder dirigir y atemorizar a los pueblos que, ignorantes, estaban a merced de la amenaza divina que en boca de los sacerdotes del momento, fustigaban sin piedad sus conciencias llevadas, a un callejón sin salida de una culpabilidad inexistente que las hacía vulnerables.”

    Lo cierto amigo Kike, es, que el Alma es una abstracción Humana, que no pocas veces, nos miramos el obligo creyéndonos algo especial, cuando en realidad, no somos más que el resultado extremo de la evolución de la materia, y, nos hacemos de un Alma “inmortal” que algunos, mirando sus intereses, nos dicen que debemos salvar.

    Claro que, el “Alma”, si es que en realidad existiera, estaría presente en todos los seres vivos y, su presencia sólo se dejaría notar en función de su estado evolutivo, es decir, en función de su grado de utilizar la imaginación, ya que, el Alma, no es otra cosa que una abstracción imaginativa de nuestra especie.

    Un saludo.

    Responder

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