domingo, 23 de julio del 2017 Fecha
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KIRCHHOFF Y LA QUÍMICA DE LAS ESTRELLAS

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Carnaval de Matematicas    ~    Comentarios Comments (2)

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Ayer mismo aquí una serie de comentarios que contaban (simplificándolo), el breve recorrido que había hecho la Humanidad para ir, poco a poco, descubrimiendo el Universo. Hoy lo quiero rematar con otros dos comentarios que redondean la historia, y, sin llegar a Einstein (padre de la Cosmología moderna), lo dejo en los que antes que él, pusieron su granito de arena.

Los cambios se estaban produciendo a una velocidad cada vez mayor. Al siglo de Newton también pertenecieron, entre otros, el matemático Fermat; Römer, quien midió la velocidad de la luz; Grimaldi, que estudió la difracción; Torricelli, que demostró la existencia del vacío; Pascal y Boyle, que definieron la física de los fluidos…La precisión de los telescopios y los relojes aumentó notablemente, y con ella el número de astrónomos deseosos de establecer con exactitud  la posición de las estrellas y compilar catálogos estelares cada vez más completos para comprender la Vía Láctea.

La naturaleza de los cuerpos celestes quedaba fuera de su interés: aunque se pudiera determinar la forma, la distancia, las dimensiones y los movimientos de los objetos celestes, comprender su composición no estaba a su alcance. A principios del siglo XIX, William Herschel (1738-1822), dedujo la forma de la Galaxia, construyó el mayor telescopio del mundo y descubrió Urano. Creía firmemente que el Sol estaba habitado.

Al cabo de pocos años, nacía la Astrofísica, que a diferencia de la Astronomía (ya llamada  -“clásica o de posición”-), se basaba en pruebas de laboratorio. Comparando la luz emitida por sustancias incandescentes con la recogida de las estrellas se sentaban las bases de lo imposible: descubrir la composición química y la estructura y el funcionamiento de los cuerpos celestes. Estaba mal vista por los astrónomos “serios” y se desarrolló gracias a físicos y químicos que inventaron nuevos instrumentos de análisis a partir de las demostraciones de Newton sobre la estructura de la luz.

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EL DIAGRAMA HR: EL CAMINO HACIA EL FUTURO

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Carnaval de Matematicas    ~    Comentarios Comments (0)

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El padre Ángelo Secchi (1818-1878) fue el primero en afirmar que muchos espectros estelares poseen características comunes, una afirmación refrendada hoy día con abundantes datos. Secchi clasificó las estrellas en cinco tipos, en función del aspecto general de los espectros. La teoría elegida era correcta: el paso del color blanco azulado al rojo oscuro indica una progresiva disminución de la temperatura, y la temperatura es el parámetro principal que determina la apariencia de un espectro estelar.

Más tarde, otros descubrimientos permitieron avanzar en Astrofísica: Johan Balmer (1825-1898) demostró que la regularidad en las longitudes de onda de las líneas del espectro del hidrógeno podía resumirse en una sencilla expresión matemática; Pieter Zeeman (1865-1943) descubrió que un campo magnético de intensidad relativa influye en las líneas espectrales de una fuente subdividiéndolas en un número de líneas proporcional a su intensidad, parámetro que nos permite medir los campos magnéticos de las estrellas.

En otros descubrimientos empíricos la teoría surgió tras comprender la estructura del átomo, del núcleo atómico y de las partículas elementales. Los datos recogidos se acumularon hasta que la física y la química dispusieron de instrumentos suficientes para elaborar hipótesis y teorías exhaustivas. Gracias a dichos progresos pudimos asistir a asociaciones como Faraday y su concepto de “campo” como “estado” del espacio en torno a una “fuente”; Mendeleiev y su tabla de elementos químicos; Maxwell y su teoría electromagnética;  Becquerel y su descubrimiento de la radiactividad; las investigaciones de Pierre y Marie Curie; Rutherford y Soddy y sus experimentos con los rayos Alfa, Beta y Gamma; y los estudios sobre el cuerpo negro que condujeron a Planck a determinar su constante universal; Einstein y su trabajo sobre la cuantización de la energía para explicar el efecto fotoeléctrico, Bohr y su modelo cuántico del átomo; la teoría de la relatividad especial de Einstein que relaciona la masa con la energía en una ecuación simple…Todos fueron descubrimientos que permitieron explicar la energía estelar y la vida de las estrellas, elaborar una escala de tiempos mucho más amplia de lo que jamás se había imaginado y elaborar hipótesis sobre la evolución del Universo.

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Una simple Anécdota

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Carnaval de Matematicas    ~    Comentarios Comments (3)

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El mayor Acelerador de Partículas de EE.UU. describe un círculo de unos seis kilómetros y medio en las praderas de Illinois, cerca de la ciudad de Batavia. En el Fermilab (Fermi National Acelerator Laboratory), haces de protones y antiprotones circulan por el largo tubo de acero inoxidable con velocidades cercanas a c, es decir, la velocidad de la luz. Se apiñan en dos puntos, dentro de unos detectores, de tal manera que las partículas y las antipartículas choquen entre sí, produciendo unas cantidades tremendas de energía. Los físicos examinan las consecuencias de estos choques, cuando por fusión se producen nuevas partículas -algunas nunca vistas en este Universo nuestro desde una fracción de segundos después del supuesto big bang- a partir de las explosiones de energía.

Pero vamos a nuestra historia. Cuando el Acelerador está en parada forzosa por cuestiones de mantenimiento, los guías del Fermilab llevan a grupos de visitantes a través del túnel brillantemente pintado del acelerador. Las visitas guiadas comienzan en el Atrio del Wilson Hall, el Edificio de la Administración, y luego cruzan la carretera para ir al acelerador. En el Atrio del Wilson Hall está también la Cafetería del Laboratorio y, si eres un visitante que vas a desayunar, te encuentras allí con físicos experimentales del Fermilab.

En mi visita (hace ya algunos años), una guía me contó que en una ocasión vio en su grupo de visitantes a un anciano cuya cara no le era desconocida y le resultaba bastante familiar. El hombre estaba fascinado en el Acelerador y, del grupo, era el que más interés mostraba por las explicaciones que se les facilitaba. Aquel hombre, miraba intensamente cada uno de los ingenios que la guía les enseñaba y atendía a sus complejas funciones con interés.

Tras regresar al Wilson, el anciano dio las gracias muy efusivamente a la guía y le comentó que estaba gratamente sorprendido de todo lo que allí había podido ver. La guía, entonces le comentó: “Su cara me es familiar ¿Nos hemos visto antes?. El hombre respondió afirmativamente y le dijo su nombre. Llevaba más de veinte años empleado en el Fermilab. Era un teórico que trabajaba en el Departamento de estudios teóricos en Wilson Hall, a diferencia de los físicos experimentales que trabajan en las salas de control del detector en relación directa con el acelerador, ellos, los teóricos, estaban en despachos entre ordenadores y complejas ecuaciones tratándo de despejar las incognitas surgidas de los experimentos.

Aquel hombre, en 20 maños, nunca había visto el Acelerador. Simplemente se había dedicado a estudiar los resultados de las colisiones. Y, lo gracioso del caso es que, su visita al acelerador había sido un equívoco, ya que, por error cuando salió de la oficina a desayunar, estaba pensativo y elucubrando en su mente sobre los últimos resultados que había analizado, y, sin darse cuenta, en lugar de colocarse en la cola de la Cafetería se colocó en la cola de visitantes del Acelerador y, de esa manera, tras veinte años de trabajar allí, pudo contemplar al fín el ingenio que, bajo Tierra, trataba de descubrir los secretos del Universo.

¿Se encontrará el Bosón de Higgs, en eso que llamamos...

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Carnaval de Matematicas    ~    Comentarios Comments (0)

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No son pocos los que postulan que el vacío es superconductor. Fueron el belga Franςois Englert, el americano Robert Brout y el inglés Peter Higgs los que descubrieron que la superconductividad podría ser importante para las partículas elementales. Propusieron un modelo de partículas elementales en el cual partículas eléctricamente cargadas, sin espín, sufrían una condensación de Bose. Esta vez, sin embargo, la condensación no tenía lugar en el interior de la materia sino en el vacío. Las fuerzas entre las partículas tenían que ser elegidas de tal manera que se ahorrara más energía llenando el vacío de estas partículas que dejándolo vacío. Estas partículas no son directamente observables, pero podríamos sentir este estado, en cuyo espacio y tiempo están moviéndose las partículas de Higgs (como se las conoce ahora) con la mínima energía posible, como si el espacio tiempo estuviera completamente vacío.

Las partículas de Higgs son los cuantos del “campo de Higgs”. Una caracterísitca de ese campo es que su energía es mínima cuando el campo tiene una cierta intensidad, y no cuando es nulo. Lo que observamos como espacio vacío no es más que la configuración de campo con la menor energía posible. Si pasamos de la jerga de campo a la de partículas, esto significa que el espacio vacío está realmente lleno de partículas de Higgs que han sufrido una “condensación de Bose”.

Este espacio vacío tiene muchas propiedades en común con el interior de un superconductor. El campo electromagnético aquí también es corto de alcance. Esto está directamente relacionado con el hecho de que, en tal mundo, el fotón tiene cierta masa en reposo.

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La Física y la Ciencia en general = Futuro

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Carnaval de Matematicas    ~    Comentarios Comments (1)

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¿Qué sería de la cosmología actual sin aquella maravilla surgida de una mente humana? Me refiero a la ecuación de Einstein de la relatividad general donde  se denota el tensor energía-momento que mide el contenido de materia-energía, mientras que, por otra parte,  se reseña el Tensor de curvatura de Riemann que nos dice la cantidad de curvatura presente en el hiperespacio.

La cosmología estaría 100 años atrás sin esta ecuación.

Los físicos teóricos realizan un trabajo impagable. Con imaginación desbordante efectúan continuamente especulaciones matemáticas referidas a las ideas que bullen en sus mentes. Claro que, de tener éxito, no sería la primera vez que descubrimientos teóricos en la ciencia física terminan dando en el claro y dejando al descubierto de manera espectacular lo que realmente ocurre en la naturaleza. Los ejemplos son muchos:

  • Planck, con su cuanto de acción, h, que trajo la mecánica cuántica.
  • Einstein, con sus dos versiones de la relatividad que nos descubrió un universo donde la velocidad estaba limitada a la de la luz, donde la energía estaba escondida, quieta y callada, en forma de masa, y donde el espacio y el tiempo se curva y distorsiona cuando están presentes grandes objetos estelares. Además, nos dijo la manera de conseguir que el tiempo transcurriera más lentamente  y nos avisó de la existencia de agujeros negros.
  • Heisemberg nos abrió los ojos hacia el hecho de que nunca podríamos saberlo todo al mismo tiempo, su Principio de Incertidumbre dejó al descubierto nuestras limitaciones.
  • Schrödinger, con su función de onda probabilística, que por medio de una ecuación matemática nos ayuda a encontrar la situación de una partícula.
  • P. Dirac, el físico teórico y matemático que predijo la existencia de la antimateria. Poco después de publicar su idea, descubrieron el positrón.

Así podríamos continuar elaborando una lista interminable de logros científicos que comenzaron con simples especulaciones deducidos de la observación sumada a la imaginación.

Uno de los problemas ligados a las supercuerdas y que más resalta es el que tiene que ver con la propia pequeñez de las cuerdas, esos infinitesimales objetos vibrantes. Mientras más pequeño es algo, más difícil es de ver. Estas cuerdas son tan pequeñas que nuestra actual tecnología no es suficiente para bajar a esa escala microscópica para permitirnos experimentar en esas dimensiones; la energía necesaria para ello (como ya dije antes) no está a nuestro alcance en el mundo actual. Esa es la frustración de sus creadores y adeptos; no pueden demostrarla o ver si están equivocados. En la ciencia, no basta con sólo una bonita teoría bien elaborada y de fascinante presencia; hay que ir más allá, experimentar y comprobar con certeza lo que nos está diciendo.

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