En primaria, nos decían que estaba en tres estados. Se profundizaba poco más y, el desconocimiento de la materia era grande: Sólido, Líquido y Gaseoso, esa era toda la explicación que sobre la materia nos daban.

En la física clásica y la química general, la materia se define como todo aquello que posee una masa, ocupa un volumen y es capaz de interactuar gravitatoriamente

Y, desde la materia “inerte” se evolucionó hasta alcanzar la consciencia de Ser ¿Cómo pudo ser?

Tiene y encierra tantos misterios la materia que estamos aún y años-luz de saber y conocer sobre su verdadera naturaleza. Nos podríamos preguntar miles de cosas que no sabríamos contestar.  Nos maravillan y asombran fenómenos naturales que ocurren ante nuestros ojos pero que tampoco sabemos, en realidad, a que son debidos.  Si, sabemos ponerles etiquetas como, por ejemplo, la fuerza nuclear débil, la fisión espontánea que tiene lugar en algunos elementos como el protactinio o el torio y, con mayor frecuencia, en los elementos que conocemos como transuránicos.

A medida que los núcleos se hacen más grandes, la probabilidad de una fisión espontánea aumenta.  En los elementos más pesados de todos (einstenio, fermio y mendelevio), esto se convierte en el método más importante de ruptura, sobrepasando a la emisión de partículas alfa.

Maravillas como el proceso triple Alfa nos hace pensar que la materia está viva. La radiación ha sido muy bien estudiada y hoy se conocen sus secretos. Sin embargo,  son muchas las cosas que desconocemos y, nuestra curiosidad nos empuja continuamente a buscar esas respuestas.

 El electrón y el positrón son notables por sus pequeñas masas (sólo 1/1.836 de la del protón, el neutrón, el antiprotón o antineutrón), y, por lo tanto, han sido denominados leptones (de la voz griega lepto que significa “delgado”).

             El electrón es onda y partícula

Aunque el electrón fue descubierto en 1.897 por el físico británico Josepth John Thomson (1856-1940), el problema de su estructura, si la hay, no está resuelto.  Conocemos su masa y su carga negativa que responden a 9,1093897 (54)x10^-31kg la primera y, 1,602 177 33 (49)x10^-19 culombios, la segunda, y también su radio clásico. No se ha descubierto aún ninguna partícula que sea menos masiva que el electrón (o positrón) y que lleve  una carga eléctrica, sea lo que fuese (sabemos como actúa y cómo medir sus propiedades, pero aun no sabemos qué es), tenga asociada un mínimo de masa, y que esta es la que se muestra en el electrón.

Lo cierto es que, el electrón, es una maravilla en sí mismo.  El Universo no sería como lo conocemos si el electrón (esa cosita “insignificante”), fuese distinto a como es, bastaría un cambio infinitesimal para que, por ejemplo, nosotros no pudiéramos estar aquí ahora.

Son muchas las cosas que desconocemos y, nuestra curiosidad nos empuja continuamente a buscar esas respuestas. Me gustaría comprender lo que realmente es ese cuanto de energía que llamamos fotón y es el responsable de transmitir todas las formas de radiación que existen en nuestro Universo, la luz entre ellas, para que podamos ver lo que nos rodea y llegar a comprender.

El electrón y el positrón son notables por sus pequeñas masas (sólo 1/1.836 de la del protón, el neutrón, el antiprotón o antineutrón), y, por lo tanto, han sido denominados leptones (de la voz griega lepto que significa “delgado”).

Función de onda de electrones

Previamente dos físicos de la Universidad Brown habían mostrado películas de electrones que se movían a través de helio líquido en el International Symposium on Quantum Fluids and Solids del 2006. Dichas imágenes, que mostraban puntos de luz que bajaban por la pantalla fueron publicadas en línea el 31 de mayo de 2007, en el Journal of Low Temperature Physics.

En el experimento que ahora nos ocupa y dada la altísima velocidad de los electrones el equipo de investigadores ha tenido que usar una nueva tecnología que genera pulsos cortos de láser de luz intensa (“Attoseconds Pulses”), habida cuenta que un attos-egundo equivalente a la trillonésima parte de un segundo”.)

Sin electrones no habría átomos, ni materia, ni vida

¡No por pequeño, se es insignificante! Recordémoslo, todo lo grande está hecho de cosas pequeñas. Las inmensas galaxias son el conjunto de muchos pequeños átomos unidos para formar moléculas que a su vez se juntan y forman cuerpos. Los océanos de la Tierra, las montañas de Marte, los lagos de metano de Titán, los hielos de Europa… ¡Todo está hecho de materia bariónica! Es decir, son pequeños Quarks y Leptones que conforman los átomos de lo que todo está hecho en nuestro Universo. Bueno, al menos todo lo que podemos ver.

Un “simple” átomo está conformado de una manera muy compleja. Por ejemplo, un protón está hecho de tres quarks: 2 up y 1 down. Mientras tanto, un neutrón está constituido de 2 quarks down y 1 quark up. Los protones y neutrones son hadrones de la rama barión, es decir, que emiten radiación. También son fermiones y, debido a su función en el átomo, se les suele llamar nucleones. Dichos quarks existen confinados dentro de los protones y neutrones inmersos en una especie de pegamento gelatinoso formado por unas partículas de la familia de los Bosones que se llaman Gluones y son los transmisores de la Fuerza nuclear fuerte. Es decir, si los quarks se quieren separar son atrapados por esa fuerza que los retiene allí confinados.

Louis de Broglie

Estudiar el “universo” de las partículas subatómicas es fascinante y se pueden llegar a entender las maravillas que nos muestra la mecánica cuántica, ese extraño mundo que nada tiene que ver con el nuestro cotidiano situado en el macromundo. En realidad, existen partículas que no tienen en absoluto asociada en ellas ninguna masa (es decir, ninguna masa en reposo).  Por ejemplo, las ondas de luz y otras formas de radiación electromagnéticas se comportan como partículas (Einstein en su efecto fotoeléctrico y De Broglie en la difracción de electrones.)

Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, en el cual se puede ver cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones distintas. Esta manifestación en forma de partículas de lo que, de ordinario, concebimos como una onda se denomina fotón, de la palabra griega que significa “luz”. Recientemente he podido leer que unos científicos han logrado (de alguna manera) “congelelar” la luz y hacerla sólida. Cuando recabe más información os lo contaré con todo detalle. El fotón, el cuanto de luz, es en sí mismo una maravilla.

El fotón tiene una masa de 1, una carga eléctrica de 0, pero posee un espín de 1, por lo que es un bosón. ¿Cómo se puede definir lo que es el espín? Los fotones toman parte en las reacciones nucleares, pero el espín total de las partículas implicadas antes y después de la reacción deben permanecer inmutadas (conservación del espín).  La única forma que esto suceda en las reacciones nucleares que implican a los fotones radica en suponer que el fotón tiene un espín de 1. El fotón no se considera un leptón, puesto que este termino se reserva para la familia formada por el electrón, el muón y la partícula Tau con sus correspondientes neutrinos: V_e, V_u y V_T.

Existen razones teóricas para suponer que, cuando las masas se aceleran (como cuando se mueven en órbitas elípticas en torno a otra masa o llevan a cabo un colapso gravitacional), emiten energía en forma de ondas gravitacionales.  Esas ondas pueden así mismo poseer aspecto de partícula, por lo que toda partícula gravitacional recibe el nombre de gravitón.

La fuerza gravitatoria es mucho, mucho más débil que la fuerza electromagnética.  Un protón y un electrón se atraen gravitacionalmente con sólo 1/10³⁹ de la fuerza en que se atraen electromagnéticamente. El gravitón (aún sin descubrir) debe poseer, correspondientemente, menos energía que el fotón y, por tanto, ha de ser inimaginablemente difícil de detectar.

El gravitón parece estar riéndose de todos y no se deja ver. El gravitón es la partícula elemental responsable de la fuerza de la gravedad. Todavía no ha sido descubierto experimentalmente. Teóricamente debería tener masa en reposo nula. ¿Qué límites para la masa del gravitón ofrece el fondo cósmico de microondas? El gravitón es la partícula elemental responsable de la “versión” cuántica de gravedad. No ha sido descubierto aún, aunque pocos dudan de su existencia. ¿Qué propiedades tiene? Debe ser un bosón de espín 2 y como la gravedad parece ser una fuerza de largo alcance, debe tener masa en reposo muy pequeña (billones de veces más pequeña que la del electrón), posiblemente es exactamente cero (igual que parecer ser la del fotón).

Podría ser el descubrimiento más importante de la física de partículas desde los años 70”, ha proclamado la revista Nature en un editorial. Más importante, por lo tanto, que el bosón de Higgs. O que la docena de partículas descubiertas desde que se demostró la existencia de los quarks hace más de 40 años. El Gravitón es la próxima hazaña que será difícil de f8inalizar con éxito.

De todos modos, el físico norteamericano Joseph Weber emprendió en 1.957 la formidable tarea de detectar el gravitón.  Llegó a emplear un par de cilindros de aluminio de 153 cm., de longitud y 66 de anchura, suspendidos de un cable en una cámara de vacío.  Los gravitones (que serían detectados en forma de ondas), desplazarían levemente esos cilindros, y se empleó un sistema para detectar el desplazamiento que llegare a captar la cien millonésima parte de un centímetro.

El programa LIGO ya ha conseguido detectar las ondas gravitatorias

Para detectar ondas gravitacionales necesitamos instrumentos extremadamente precisos que puedan medir distancias en escalas diminutas. Una onda gravitacional afecta longitudes en escalas de una millonésima de billonésima de metro, así que ¡necesitamos un instrumento que sea lo suficientemente sensible para “ver” a esas escalas! Parece que LIGO y otros lo han conseguido (al menos eso nos dijeron).

El interferómetro funciona enviando un haz de luz que se separa en dos haces; éstos se envían en direcciones diferentes a unos espejos donde se reflejan de regreso, entonces los haces al combinarse presentarán interferencia.

Las débiles ondas de los gravitones, que producen del espacio profundo, deberían chocar contra todo el planeta, y los cilindros separados por grandes distancias se verán afectados de forma simultánea.  En 1.969, Weber anunció haber detectado los efectos de las ondas gravitatorias.  Aquello produjo una enorme excitación, puesto que apoyaba una teoría particularmente importante (la teoría de Einstein de la relatividad general).  Desgraciadamente, nunca se pudo comprobar mediante las pruebas realizadas por otros equipos de científicos que duplicaran el hallazgo de Weber.

De todas formas, no creo que, a estas alturas, nadie pueda dudar de la existencia de los gravitones, el bosón mediador de la fuerza gravitatoria.  La masa del gravitón es 0, su carga es 0, y su espín de 2.  Como el fotón, no tiene antipartícula, ellos mismos hacen las dos versiones.

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 contrario), seguramente serán ellos los que, finalmente, nos faciliten las respuestas sobre las ondas gravitacionales y el esquivo gravitón.

Imagen de un agujero negro en el núcleo de una galaxia arrasando otra próxima- NASA

La onda gravitacional emitida por el agujero negro produce una ondulación en la curvatura del espacio-temporal que viaja a la velocidad de la luz transportada por los gravitones. Algunos proyectos como LIGO, están a la caza de esas ondas gravitacionales y, los expertos dicen que, cuando podamos leer sus mensajes, se presentará ante nosotros todo un nuevo universo que aíún no conocemos. Ahora, todo lo que captamos, las galaxias y estrellas lejanas, son gracias a la luz que viaja desde miles de millones de años luz hasta nosotros, los telescopios la captan y nos muestran esas imágenes de objetos lejanos pero, ¿Qué veremos cuando sepamos captar esas ondas gravitatorias que viajan por el Espacio a la velocidad de la luz como los fotones y, son el resultado del choque de galaxias, de agujeros negros y de estrellas de neutrones?

Hay aspectos de la física que me dejan totalmente sin habla, me obligan a pensar y me transporta 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,  es la escala de longitud por debajo de la cual el 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^-66cm²) juega un papel clave en la entropía de un agujero negro.

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. Hace un par de días que hablamos de ello.

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 finita.  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 ultra-alto.

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 lo hemos captado, no lo sabemos descifrar.

No puedo dejar de referirme al vacío-theta (vació 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 fundón de Bloch en un cristal.

Se puede derivar tanto como un resultado general o bien usando técnicas de instantón.  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.

Emilio Silvera Vázquez

[?]

La evolución de una Atmósfera planetaria que sustente la Vida requiere de una serie de requisitos en la fase inicial en la cual, el Oxígeno es liberado por foto-disociación de vapor de agua. en la Tierra esto sucedido en unos 2.400 millones de años y llevó el oxígeno atmosférico aproximadamente a una milésima del actual…

Llegará un día en el que, podremos entrar en un inmenso espacio, una enorme habitación, en la que, previa elección de la  programación adecuada, todo se transformará en un “mundo ficticio”, un holograma que, lo mismo podrá ser una playa luminosa con arena dorada por el Sol que, una Selva tropical o un desierto, dependiendo de los gustos del usuario.

Si repasamos la historia de la ciencia, seguramente encontraremos muchos motivos para el optimismo. Witten (el Físico de la Teoría M),  está convencido de que la ciencia será algún día capaz de sondear hasta las energías de Planck. Como ya he referido en otras ocasiones, él dijo:

“No siempre es tan fácil decir cuáles son las preguntas fáciles y cuáles las difíciles. En el siglo XIX, la pregunta de por qué el agua hierve a 100 grados era desesperadamente inaccesible. Si usted hubiera dicho a un físico del siglo XIX que hacia el siglo XX sería capaz de calcularlo, le habría parecido un cuento de hadas… La teoría cuántica de campos es tan difícil que nadie la creyó completamente durante 25 años.”

 

 

 

En su opinión, las buenas ideas siempre se verifican. Los ejemplos son innumerables: la gravedad de Newton, el campo eléctrico de Faraday y el electromagnetismo de Maxwell, la teoría de la relatividad de Einstein en sus dos versiones y su demostración del efecto fotoeléctrico, la teoría del electrón de Paul Dirac, el principio de incertidumbre de Heisenberg, la función de ondas de Schrödinger, y tantos otros. Algunos de los físicos teóricos más famosos, sin embargo, protestaban de tanto empeño en la experimentación. El astrónomo arthur Eddington se cuestionaba incluso si los científicos no estaban forzando las cosas cuando insistían en que todo debería ser verificado. ¡Cómo cambia todo con el Tiempo! Hasta la manera de pensar.

Esta belleza es la eçuación de Dirac. La belleza viene de que, con unos pocos signos se dicen muchas cosas

“Gracias a esto, se describe el fenómeno de entrelazamiento cuántico, que en la práctica dice que: ‘Si dos sistemas interactúan uno con el otro durante un cierto período de tiempo y luego se separan, lo podemos describir como dos sistemas separados, pero de alguna manera sutil están convertidos en un solo sistema. Uno de ellos sigue influyendo en el otro, a pesar de kilómetros de distancia o años luz’. Esto es el entrelazamiento cuántico o conexión cuántica. Dos partículas que, en algún momento estuvieron unidas, siguen estando de algún modo relacionadas. No importa la distancia entre ambas, aunque se hallen en extremos opuestos del universo. La conexión entre ellas es instantánea.”

Sin embargo, muchos son los ejemplos de un ingenio superior que nos llevaron a desvelar secretos de la Naturaleza que estaban profundamente escondidos, y, el trabajo de Dirac en relación al electrón, es una buena muestra de ese ingenio humano que, de vez en cuando vemos florecer.

El mar de Dirac: un mar infinito de partículas con energía negativa

Ya que la ecuación de Dirac fue originalmente formulada para describir el electrón, las referencias se harán respecto a “electrones”, aunque actualmente la ecuación se aplica a otros tipos de partículas elementales de espín ½, como los quarks. Una ecuación modificada de Dirac puede emplearse para describir de forma aproximada los protones y los neutrones, formados ambos por partículas más pequeñas llamadas quarks (por este hecho, a protones y neutrones no se les da la consideración de partículas elementales).

La ecuación de Dirac la podemos ver de  la siguiente forma:

Siendo m la masa en reposo del electrón, c la velocidad de la luz,  p el operador de momento, la constante reducida de Planck,  x y t las coordenadas del espacio y el tiempo,  respectivamente; y ψ (x, t) una función de onda de cuatro componentes. La función de onda ha de ser formulada como un espinor (objeto matemático similar a un vectorque cambia de signo con una rotación de 2π descubierto por Pauli y Dirac) de cuatro componentes, y no como un simple escalar,  debido a los requerimientos de la relatividad especial. Los α son operadores lineales que gobiernan la función de onda, escritos como una matriz y son matrices de 4×4 conocidas como matrices de Dirac.

El premio Nobel Paul Dirac incluso llegó a decir de forma más categórica: “Es más importante tener belleza en las ecuaciones que tener experimentos que se ajusten a ellas“, o en palabras del físico John Ellis del CERN, “Como decía en una envoltura de caramelos que abrí hace algunos años, «Es sólo el optimista el que consigue algo en este mundo».“

Yo, como todos ustedes, un hombre normal y corriente de la calle, escucho a unos y a otros, después pienso en lo que dicen y en los argumentos y motivaciones que les han llevado a sus respectivos convencimientos, y finalmente, también decido según mis propios criterios mi opinión, que no obligatoriamente coincidirá con alguna de esas opiniones, y que en algún caso, hasta me permito emitirla.

Y, k en el momento más inesperado, allí aparece…

Esto parece indicar que la Teoría M (o de cuerdas), aunque por el momento no se puede verificar, está en el buen camino y ahí subyace una Teoría cuántica de la Gravedad, es decir, en la amplitud de las 11 dimensiones, sí se pueden juntar (sin provocar infinitos), la Cuántica y la Relatividad, lo cual no se produce en el Modelo Estaándar.

 

¿No es curioso que, cuando se formula la moderna Teoría M, surjan, como por encanto, las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General? Nadie las llama y, sin embargo, allí aparecen para decirnos que, la Teoría de cuerdas es un buen camino a seguir, ya que, si en ella subyacen las ecuaciones de Einstein de la relatividad General… ¡No debe ser por casualidad!

Suponiendo que algún físico brillante nos resuelva la teoría de campos de cuerdas y derive las propiedades conocidas de nuestro universo, con un poco de suerte, podría ocurrir en este mismo siglo, lo que no estaría nada mal considerando las dificultades de la empresa. El problema fundamental es que estamos obligando a la teoría de supercuerdas a responder preguntas sobre energías cotidianas, cuando “ámbito natural” está en la energía de Planck. Esta fabulosa energía fue liberada sólo en el propio instante de la creación, lo que quiere decir que la teoría de supercuerdas es naturalmente una teoría de la creación.

                      Las primeras observaciones realizadas por Planck | ESA y Axel Mellinger.

Fuimos capaces de predecir que el Big Bang produjo un “eco” cósmico reverberando en el universo y que podría ser mesurable por los instrumentos adecuados. De hecho, Arno Penzias y Robert Wilson de los Bell Telephone Laboratories ganaron el premio Nobel en 1.978 por detectar este eco del Big Bang, una radiación de microondas que impregna el universo conocido. El que el eco del Big Bang debería estar circulando por el universo miles de millones de años después del suceso fue predicho por primera vez por George Gamow y sus discípulos Ralpher y Robert Herman, pero nadie les tomó en serio. La propia idea de medir el eco de la creación parecía extravagante cuando la propusieron por primera vez poco después de la segunda guerra mundial. Su lógica, sin embargo, era aplastante.

la estufa básicas la resistencia por hilo enrollado. Ésta se llega a poner al rojo vivo, por lo que emite también algo de calor por radiación.

Cualquier objeto, cuando se calienta, emite radiación de forma gradual. Ésta es la razón de que el hierro se ponga al rojo vivo cuando se calienta en un horno, y cuanto más se calienta, mayor es la frecuencia de radiación que emite. Una fórmula matemática exacta, la ley de Stefan-Boltzmann, relaciona la frecuencia de la luz (o el color en este caso) con la temperatura. De hecho, así es como los científicos determinan la temperatura de la superficie de una estrella lejana; examinando su color. Esta radiación se denomina radiación de cuerpo negro.

Esta radiación, cómo no, ha sido aprovechada por los ejércitos, que mediante visores nocturnos pueden operar en la oscuridad. De noche, los objetos relativamente calientes, tales como soldados enemigos o los carros de combate, pueden estar ocultos en la oscuridad, pero continúan emitiendo radiación de cuerpo negro invisible en forma de radiación infrarroja, que puede ser captada por gafas especiales de infrarrojo. Ésta es también la razón de que nuestros automóviles cerrados se calientes en verano, ya que la luz del Sol atraviesa los cristales del coche y calienta el interior. A medida que se calienta, empieza a emitir radiación de cuerpo negro en forma de radiación infrarroja. Sin embargo, esta clase de radiación no atraviesa muy bien el vidrio, y por lo tanto queda atrapada en el interior del automóvil, incrementando espectacularmente la temperatura.

Análogamente, la radiación de cuerpo negro produce el efecto invernadero. Al igual que el vidrio, los altos niveles de dióxido de carbono en la atmósfera, causados por la combustión sin control de combustibles fósiles, pueden atrapar la radiación de cuerpo negro infrarroja en la Tierra, y de este modo calentar gradualmente el planeta.

Gamow razonó que el Big Bang era inicialmente muy caliente, y que por lo tanto sería un cuerpo negro ideal emisor de radiación. Aunque la tecnología de los años cuarenta era demasiado primitiva para captar esta débil señal de la creación, Gamow pudo calcular la temperatura de dicha radiación y predecir con fiabilidad que un día nuestros instrumentos serían lo suficientemente sensibles como para detectar esta radiación “fósil”.

Ya la lista de ingenios es larga. Todos quieren medir la radiación del fondo de microondas generadas por el Big Bang. Incluso hemos preparado telescopios especiales para que nos puedan captar las ondas gravitatorias surgidas en aquellos primeros momento de la inflación.

La lógica que había detrás de su razonamiento era la siguiente: alrededor de 300.000 años después del Big Bang, el universo se enfrió hasta el punto en el que los átomos pudieron empezar a componerse; los electrones pudieron empezar a rodear a los protones y neutrones formando átomos estables, que ya no serían destruidos por la intensa radiación que estaba impregnando todo el universo. Antes de este momento, el universo estaba tan caliente que los átomos eran inmediatamente descompuestos por esa radiación tan potente en el mismo acto de su formación. Esto significa que el universo era opaco, como una niebla espesa absorbente e impenetrable.

Pasados 300.000 años, la radiación no era tan potente; se había enfriado y por lo tanto la luz podía atravesar grades distancias sin ser dispersada. En otras palabras, el universo se hizo repentinamente negro y transparente.

Terminaré esta parte comentando que un auténtico cuerpo negro es un concepto imaginario; un pequeño agujero en la pared de un recinto a temperatura uniforme es la mejor aproximación que se puede tener de él en la práctica.

La radiación de cuerpo negro es la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro. Se extiende sobre todo el rango de longitudes de onda y la disminución de energías sobre este rango tiene una forma característica con un máximo en una cierta longitud de onda, desplazándose a longitudes de onda más cortas al aumentar las temperaturas*.

Hablar, sin más especificaciones, de radiación, es estar refiriéndonos a una energía que viaja en forma de ondas electromagnéticas o fotones por el universo. También nos podríamos estar refiriendo a un chorro de partículas, especialmente partículas alfa o beta de una fuente radiactiva o neutrones de un reactor nuclear.

La radiación actínida es la electromagnética que es capaz de iniciar una reacción química. El término es usado especialmente para la radiación ultravioleta y también para denotar radiación que podría afectar a las emulsiones fotográficas.

La radiación gamma es un tipo de radiación electromagnética producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida en fenómenos astrofísicos de gran violencia.

Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.

La Radiación expone un amplio abanico dependiendo de la fuente:  blanda, radiación cósmica, radiación de calor, radiación de fondo, de fondo de microondas, radiación dura, electromagnética, radiación gamma, infrarroja, ionizante, monocromática, policromática, de sincrotrón, ultravioleta, de la teoría cuántica, de radiactividad… y, como se puede ver, la radiación en sus diversas formas es un universo en sí misma.

Siempre me llamó la atención y se ganó mi admiración el físico alemán Max Planck (1.858 – 1.947), responsable entre otros muchos logros de la ley de radiación de Planck, que da la distribución de energía radiada por un cuerpo negro. Introdujo en física el concepto novedoso de que la energía es una cantidad que es radiada por un cuerpo en pequeños paquetes discretos, en vez de una emisión continua. Estos pequeños paquetes se conocieron como cuantos y la ley formulada es la base de la teoría cuántica.

Einstein se inspiró en este trabajo para a su vez presentar el suyo propio sobre el efecto fotoeléctrico, donde la energía máxima cinética del fotoelectrón, E_m, está dada por la ecuación que lleva su nombre: E_m = hf – Φ.

Cada metal requiere, para que se produzca la extracción, una radiación con una frecuencia mínima (n_o). Cualquier otra radiación de menor frecuencia, no será capaz de arrancar electrones. Por debajo de la frecuencia mínima la intensidad de corriente -”i” (amperios)- será cero. No hay efecto fotoeléctrico.

Planck publicó en 1.900 un artículo sobre la radiación de cuerpo negro que sentó las bases para la teoría de la mecánica cuántica que más tarde desarrollaron otros, como el mismo Einstein, Heisenberg, Schrödinger, Dirac, Feymann, etc. Todos los físicos son conocedores de la enorme contribución que Max Planck hizo en física: la constante de Planck, radiación de Planck, longitud de Planck, unidades de Planck, etc. Es posible que sea el físico de la historia que más veces ha dado su nombre a conceptos de física. Pongamos un par te ejemplos de su ingenio:

Es interesante seguir las secuencias y ver hasta donde nos llevan

1.      Vale 10^-35 metros. Esta escala de longitud (veinte órdenes de magnitud menor que el tamaño del protón, de 10^-35 m) es a la que la descripción clásica de gravedad cesa de ser válida y debe ser tenida en cuenta la mecánica cuántica. En la fórmula que la describe, G es la constante gravitacional, ħ es la constante de Planck racionalizada y c en la velocidad de la luz.

2.      Es la masa de una partícula cuya longitud de onda Compton es igual a la longitud de Planck. En la ecuación, ħ es la constante de Planck racionalizada, c es la velocidad de la luz y G es la constante gravitacional. Así, Se denomina masa de Planck a la cantidad de masa (21,7644 microgramos) que, incluida en una esfera cuyo radio fuera igual a la longitud de Planck,  generaría una densidad del orden de 10⁹³ g/cm³. Según la física actual, esta habría sido la densidad del Universo cuando tenía unos segundos, el llamado Tiempo de Planck. Su ecuación, es decir la masa de Planck se denota:

El valor de la masa de Planck se expresa por una fórmula que combina tres constantes fundamentales, la constante de Planck,  (h), la velocidad de la luz (c),  y la constante de gravitación universal (G). La masa de Planck es una estimación de la masa del agujero negro primordial menos masivo, y resulta de calcular el límite donde entran en conflicto la descripción clásica y la descripción cuántica de la gravedad.

“Aunque todas estas descripciones reflejan más una abundante imaginación que un hecho existencial apoyado teóricamente con alguna hipótesis que pueda ser comprobada en el laboratorio sobre hechos que están más allá de poder ser medidos jamás en algún laboratorio construído por humanos. La única forma de confrontar la factibilidad o la posibilidad del modelo de la espuma cuántica nos lleva necesariamente a confrontar la carencia de un modelo que logre unificar exitosamente al macrocosmos con el microcosmos, a la Relatividad General con la Mecánica Cuántica, la Gravedad Cuántica. Si la energía y la materia (o mejor dicho la masa-energía) están discretizadas, se supone que también deben de estarlo el espacio y el tiempo (o mejor dicho, el espacio-tiempo), y la “partícula fundamental” del espacio-tiempo debe de serlo el gravitón, aunque de momento todo esto son especulaciones que seguirán siéndolo mientras no tengamos a la mano algo que pueda confirmar la existencia de tan exótica partícula, quizá la más exótica de cuantas hayan sido concebidas por la imaginación del hombre.”

 

La descripción de una partícula elemental de esta masa, o partículas que interaccionan con energías por partículas equivalentes a ellas (a través de E = mc²), requiere de una teoría cuántica de la gravedad. Como la masa de Planck es del orden de 10^-8 Kg (equivalente a una energía de 10¹⁹ GeV) y, por ejemplo, la masa del protón es del orden de 10^-27 Kg y las mayores energías alcanzables en los aceleradores de partículas actuales son del orden de 10³ GeV, los efectos de gravitación cuántica no aparecen en los laboratorios de física de partículas. Únicamente en un laboratorio aparecieron partículas que tenían energías del orden de la masa de Planck: en el universo primitivo, de acuerdo con la teoría del Big Bang, motivo éste por el que es necesaria una teoría cuántica de la gravedad para estudiar aquellas condiciones. Esta energía de la que estamos hablando, del orden de 10¹⁹ GeV (inalcanzable para nosotros), es la que necesitamos para verificar la teoría de supercuerdas.

Siempre, desde que puedo recordar, me llamó la atención los misterios y secretos encerrados en la naturaleza, y la innegable batalla mantenida a lo largo de la historia por los científicos para descubrirlos. Muchos han sido los velos que hemos podido descorrer para que, la luz cegadora del saber pudiera entrar en nuestras mentes para hacerlas comprender cómo actuaba la Naturaleza en ciertas ocasiones y el por qué de tales comportamientos, y, sin embargo, a pesar del largo camino recorrido, es mucho más el que nos queda por andar.

No dejamos  de querer  viajar al corazón de la materia

Seguiremos recordando que todo lo grande… ¡Está hecho de cositas muy pequeñas!

Em9ilio Silvera Vázquez

[?]

Noticia en ABC Ciencia:

La súbita desaparición de la brillante corona de un Agujero Negro, asombra a los Astrónomos

En apenas un año, disminuyó su brillo en un factor de 10.000, para después volver poco a poco a su estado inicial

 

A 100 millones de años luz de la Tierra, astrónomos de varios observatorios se quedaron de piedra al comprobar cómo la brillante corona de un agujero negro supermasivo, el anillo ultrabrillante de partículas de alta energía a más de mil millones de grados de temperatura que rodea el agujero negro, desaparecía súbita y misteriosamente.

Aunque la causa de esta abrupta desaparición se desconoce, los investigadores creen que algo muy extraño debió de suceder. Algo como una estrella atrapada por la gravedad del agujero negro, “rebotando” a través la espiral de materiales en órbita y haciendo que todo a su alrededor, incluídas las partículas de alta energía de la corona, cayeran repentinamente al interior del agujero, desapareciendo para siempre.

 

El resultado de este proceso fue la sorprendente y precipitada disminución del brillo del agujero negro, que se redujo en un factor de 10.000 en menos de un año. El hallazgo se acaba de publicar en Astrophysical Journal Letters.

“Lo esperado es que cambios de luminosidad tan grandes sucedan en escalas de tiempo de muchos miles o de millones de años -asegura Erin Kara, del Instituto de Tecnología de Massachussetts (MIT) y coautora de la investigación-. Pero en este objeto el brillo cayó hasta 10.000 veces en un solo año, e incluso llegó a caer en un factor de 100 en apenas ocho horas, lo cual es totalmente desconocido y realmente alucinante”.

Tras la súbita desaparición de la corona, los investigadores continuaron observando el agujero negro, y vieron cómo empezaba de nuevo a juntar lentamente material alrededor de sus bordes exteriores para volver a formar su disco de acreción rotatorio, que a su vez empezó a emitir rayos X de alta energía cerca del horizonte de sucesos del agujero negro. De esta forma, y en apenas unos meses, el agujero negro generó una nueva corona, casi tan brillante como la original.

“Es la primera vez que vemos desaparecer una corona y volver a reconstruirse -prosigue Kara- y estamos viendo eso en tiempo real. Esto será realmente importante para comprender cómo la corona de un agujero negro se alimenta y se forma de la nada”.

Todo empezó con un destello

En marzo de 2018, los investigadores observaron un fuerte e inesperado destello en 1ES 1927 + 654, un núcleo galáctico activo, o AGN, que es un tipo de agujero negro supermasivo con un brillo superior al normal en el centro de una galaxia. El brillo del objeto aumentó súbitamente hasta 40 veces su luminosidad normal.

“Era un AGN que ya conocíamos -explica Kara-, pero no era demasiado especial. De repente, nos dimos cuenta de que este AGN corriente se volvía muy brillante, lo que llamó nuestra atención, y empezamos a apuntar hacia él muchos otros telescopios en muchas otras longitudes de onda para mirarlo”.

El equipo, en efecto, utilizó múltiples telescopios para observar el agujero negro en las bandas de rayos X, ópticas y de ondas ultravioleta. La mayoría de esos telescopios apuntaban periódicamente al agujero negro, por ejemplo registrando observaciones durante un día entero cada seis meses. El equipo del MIT, sin embargo, observó diariamente el agujero negro con el pequeño telescopio de rayos X NICER, de la NASA, instalado a bordo de la Estación Espacial Internacional y equipado con sensores y detectores diseñados y construidos por investigadores del propio MIT.

                   NICER el telescopio de rayos X

“NICER es genial -asegura Kara- porque es muy ágil”. Con él, el equipo podía “echar un vistazo” durante un rato cada día al agujero negro y dejar después libre el telescopìo para otras observaciones. Mirándolo tan a menudo, Kara y su equipo se dieron cuenta enseguida de que el agujero negro perdía rápidamente su corona, hasta que desapareció por completo. “Justo después de pasar por ese enorme estallido -recuerda la investigadora- vimos cómo la corona desaparecía. Se volvió indetectable, algo que nunca habíamos visto antes”.

La corona misteriosa

Los físicos no están del todo seguros de qué es lo que causa exactamente que se forme una corona alrededor de un agujero negro, pero creen que tiene algo que ver con la configuración de las líneas de campo magnñetico que atraviesan su disco de acreción. En las regiones externas del disco giratorio de material, esas líneas de campo tienen una configuración más o menos sencilla. Más cerca, sin embargo, y especialmente junto al horizonte de sucesos, la línea que una vez cruzada no permite que ningún objeto pueda volver a salir, la mayor energía de los materiales del disco puede hacer que las líneas del campo magnético se retuerzan y se rompan, para volver después a conectarse. Y esa maraña de energía magnética podría hacer girar partículas a toda velocidad alrededor del agujero, formando una corona que brilla extraordinariamente en el rango de los rayos X.

ç

Según los expertos, si nos encontráramos cerca de uno sentiríamos una fuerte atracción y fuerza que nos empujaría a caer en él, es decir, nos acabaría abduciendo. Una vez dentro, ya no habría vuelta atrás, la versión corta y resumida sería que nos moriríamos de manera inmediata.

Kara y sus colegas creen que si la corona realmente desapareció por culpa de una estrella descarriada, esa estrella fue primero destrozada por el tirón gravitacional del agujero, y sus restos esparcidos por todo el disco de acreción. Ese pudo ser el origen del brillante destello captado en 2018. Llamado por los astrónomos “interrupción de marea”, este evento habría provocado que gran parte del material del disco cayera repentinamente en el agujero negro. Y también habría podido hacer que las líneas de campo magnético “se volvieran locas“, hasta el punto de no poder ya generar y soportar una corona de alta energía.

Los astrónomos calcularon que para causar la desaparición de la corona, la estrella debió de estar dentro de un radio de aproximadamente 4 minutos luz del centro del agujero negro. Es decir, a unos 75 millones de km, justo al lado de “la bestia”.

Después de desaparecer, la corona se ha ido formando de nuevo. No es tan brillante como antes, pero los investigadores siguen observando por si se producen más sorpresas. “Queremos vigilarlo -asegura Kara-. Todavía está en ese estado inusual de alto flujo, y tal vez vuelva a hacer alguna locura, así que no queremos perdernos eso”.

[?]

En otras ocasiones hemos presentado aquí trabajos y, entre los temas que fueron tratados, entraba el Universo Estacionario y también la posibilidad de un final con la presencia del Big Crunch, lo cual, según todos los datos de la cosmología moderna, no será posible dado que, el Universo euclideo y la Densidad Crítica que se observa no sería suficiente para producir tal final. Por el contrario, la dinámica observada de expansión es cada vez más acelerada y, aunque algunos hablan de la “materia oscura”, en realidad no sabemos a qué se puede deber tal expansión pero, lo cierto es que no habrá colapso final y sí, en cambio, una expansión ilimitada que nos llevará hacia un “enfriamiento térmico” que llegará a alcanzar un máximo de entropía dS = dQ/T, así habrá una gran parte de la energía del Universo que no podrá producir trabajo. Sin embargo, es curioso que siendo eso lo que se deduce de los datos que tenemos, cuando miramos lo que predicen las nuevas teorías basadas en las cuerdas y la mecánica cuántica nos indica que tal escenario es poco creíble.

  Sí, todo cambia. ¿Cual es la verdadera medida? ¡Llegar a comprender!

 

Todos los días podemos sorprendernos de los hallazgos y logros de nuestros ingenios que, tanto aquí como en el espacio, están continuamente trabajando para que nosotros conozcamos el Universo y los objetos que lo pueblan. De momento (somos aún muy jóvenes), estamos algo limitados en Ciencia y Tecnología para que, seámos nosotros mismos los que vayamos a buscar esas emocionantes sensaciones in situ. Así que, enviamos a nuestras sondas robóticas para que lo hagan por nosotros que, en la distancia, nos sorprendemos y maravillamos de lo que vamos descubriendo por ahí fuera.

 

 

El Universo es inmenso, para nosotros… ¡casi infinito! Está lleno de galaxias, estrellas y mundos de los que, unos tendrán presente la vida y otros no pero, el que la tenga, creo que, como en la Tierra, estará basada en el Carbono que es, el elemento más idóneo para hacerla posible y, aunque no podamos negar cualquier otra posibilidad, esa es, amigos míos, la que lleva la mayor ventaja.

 

En el Presente, solo podemos imaginar

Uno de los supuestos implícitos en pro de la inevitabilidad de un Universo grande y frío es que cualquier vida es muy parecida a la nuestra. Los biólogos parecen admitir sin problemas la posibilidad de otras formas de vida, pero no están seguros de que sea probable que se desarrollen espontáneamente, sin un empujón de formas de vida basadas en el Carbono. La mayoría de las estimaciones de la probabilidad de que haya inteligencia extraterrestre en el Universo se centran en formas de vida similares a nosotros que habiten en planetas y necesiten agua, atmósferas gaseosas y todo lo demás. Merece la pena abrir un poco nuestra imaginación para pensar a qué podría parecerse la vida si radicara en el espacio en lugar de radicar en un planeta. Las formas de vida diferentes a la nuestra y con otros metabolismos están también aquí con nosotros y pertenecen a minúsculos seres que, son necesarios en el ecosistema terrestre para que el conjunto funcione en una simbiosis general y efectiva.

 Sí, es posible que la vida sea igual en todas partes

 

                             Charles Lyell (1797-1875)

 

“El libro de Lyell convirtió el viaje de Darwin en un viaje a través del tiempo. Darwin empezó a leerlo casi inmediatamente, en su litera, mientras sufría el primero de los muchos mareos que le atormentarían durante los cinco años siguientes. El Beagle, un bergantín sólido y macizo, de 28 metros de largo por 7,5 de ancho, era en general confortable, pero su casco era redondeado y se balanceaba mucho. Darwin empezó a aplicar lo que él llamaba “la maravillosa superioridad de la manera de Lyell de abordar la geología” tan pronto como la expedición tocó tierra en las islas de Cabo Verde.”

 

Pocas veces las teorías de un científico pueden cambiar las ideas como lo hizo la Teoría del Origen de las Especies escrita por Charles Darwin después de su viaje a bordo del Beagle.

Lyell y Darwin ¡El caprichoso destino!

        ¿Sabremos algún día, como son las cosas?

Los cosmólogos hablan y hablan y no pocas veces utilizan conceptos y parámetros que, sin haber sido comprobados, están ahí inamovibles como si de verdades como montañas se tratara. La Energía y la Materia Oscura son una buena muestra. Las colocan por todas partes y, aunque nadie sabe lo que es (ellos los primeros), es uno de los platos que más suelen degustar cuando hablan de la expansión acelerada del universo.

Lo que sucede primero, no es necesariamente el principio. Antes del “principio”, de ese principio que nosotros llamamos Big Bang, tuvieron que suceder muchas cosas que, de momento, no hemos podido llegar a conocer, nos topamos con la oscuridad del Tiempo de Planck, esa infinitesimal fracción en la que, según parece, debieron suceder muchas cosas que desconocemos y que pudieran ser, el verdadero principio de todo. Además, hasta es posible que ni hubiera principio y, nuestro Universo, surgiera a parti4r de una fluctuación de vacío  en otro universo que rasgando el espacio-tiempo, lo hizo “nacer” como otro más de los muchos que conforman un Metaverso infinito.

  No siempre hablamos con propiedad

 

También hay simetría en las ondas gravitatorias

 

Siguiendo con el tema que nos ocupa, lo cierto es que, es verdad que el mundo es casi simétrico respecto a CP actuando solos y a T actuando solo; es decir, que el mundo es casi el mismo si lo miran en un espejo y sustituyen las partículas por antipartículas que si lo miran directamente. Este “casi” es lo que preocupa a los físicos. ¿Por qué son las cosas casi perfectas, pero les falta algo?

 

¡Qué extraña es, la mecánica cuántica!

El Sol se convertirá en gigante roja primero (las temperaturas arrasarán el planeta Tierra y la vida tal como la conocemos desaparecerá, y, los océanos se evaporarán. Más tar4de expulsará sus capas exteriores al Espacio Interestelar, y, el resto de la masa, se contraerá obligada por la Gravedad hasta que la degeneración de los electrones (debido al principio de exclusión de Pauli para los Fermiones), la deje convertida en una enana blanca que radiará en el ultravioleta ionizando el material expulsado de la Nebulosa.

 

Nebulosa planetaria con la enana blanca en el centro

[?]