La teoría cuántica de campos en espacio-tiempo curvo es una extensión de la teoría cuántica de campos estándar en la que se contempla la posibilidad de que el espacio-tiempo por el cual se propaga el campo no sea necesariamente plano (descrito por la métrica de Minkouski).  Una predicción genérica de esta teoría es que pueden generarse partículas debido a campos gravitacionales dependientes del tiempo, o a la presencia de horizontes.

La teoría cuántica de campos en espacio-tiempo curvo puede considerarse como una primera aproximación de gravedad cuántica. El paso siguiente consiste en una gravedad semiclásica, en la que se tendrían en cuenta las correcciones cuánticas, debidas a la presencia de materia, sobre el espacio-tiempo.

En un espacio euclideo convencional un objeto físico finito está contenido dentro de un ortoedro mínimo, cuyas dimensiones se llaman ancho, largo y profundida o altura. El espacio físico a nuestro alrededor es tridimensional a simple vista. Sin embargo, cuando se consideran fenómenos físicos la gravedad, la teoría de la relatividad  nos lleva a que el universo es un ente tetra-dimensional que incluye tanto dimensiones espaciales como el tiempo como otra dimensión. Diferentes observadores percibirán diferentes “secciones espaciales” de este espacio-tiempo por lo que el espacio físico es algo más complejo que un espacio euclídeo tridimiensional.

En las teorías actuales no existe una razón clara para que el de dimensiones espaciales sean tres. Aunque existen ciertas instuiciónes sobre ello: Ehrenfest (aquel gran físico nunca reconocido) señaló que en cuatro o más dimensiones las órbitas planetarias cerradas, por ejemplo, no serían estables (y por ende, parece difícil que en un universo así existiera vida inteligente preguntándose por la tridimensionalidad espacial del universo).

Es cierto que en nuestro mundo tridimensional y mental existen cosas misteriosas. A veces me pregunto que importancia puede tener un nombre. (“¿Qué hay en un nombre? Lo que llamamos rosa, ¿”con cualquier otro nombre tendría el mismo dulce aroma”? (-Shakespeare, Romeo y Julieta-)  La rosa da sustento a muchos otros tópicos literarios: se marchita como símbolo de la fugacidad del tiempo y lo efímero de la vida humana; y provoca la prisa de la doncella recogerla mientras pueda. Por otro lado, le advierte de que hay que tener cuidado: no hay rosa sin espinas.

También el mundo de la poesía es un tanto misterioso y dicen, que… “Los poetas hablan consigo mismo y el mundo les oye por casualidad.” Tópicos ascéticos, metafísicos o existenciales: Quiénes somos, de dónde venimos, a dónde vamos, las llamadas preguntas trascendentales, propias de la cosmología, la antropología y la metafísica. Los poetas siempre han buscado un mundo irreal y han idealizado el enaltecido mucho más allá de este mundo.

Como siempre me pasa, me desvío del tema que en este trabajo nos ocupa: El espacio-tiempo.

Estamos inmersos en el espacio-tiempo curvo y tetradimensional de nuestro Universo. Hay que entender que el espacio–tiempo es la descripción en cuatro dimensiones del universo en la que la posición de un objeto se especifica por tres coordenadas en el espacio y una en el tiempo. De acuerdo con la relatividad especial, no existe un tiempo absoluto que pueda ser medido con independencia del observador, de manera que eventos simultáneos para un observador ocurren en instantes diferentes vistos desde otro lugar. El tiempo puede ser medido, por tanto, de manera relativa, como lo son las posiciones en el espacio (Euclides) tridimensional, y esto puede conseguirse mediante el concepto de espacio–tiempo. La trayectoria de un objeto en el espacio–tiempo se denomina por el de línea de universo. La relatividad general nos explica lo que es un espacio–tiempo curvo con las posiciones y movimientos de las partículas de materia.

La introducción por parte de Minkouski de la idea espaciotemporal resultó tan importante es porque permitió a Einstein utilizar la idea de geometría espaciotemporal para formular su teoría de la relatividad general que describe la Gravedad que se genera en presencia de grandes masas y cómo ésta curva el espacio y distorsiona el tiempo. En presencia de grandes masas de materia, tales como planetas, estrellas y galaxias, está presente el fenómeno descrito por Einstein en su teoría de la relatividad general, la curvatura del espacio–tiempo, eso que conocemos como gravedad, una fuerza de atracción que actúa todos los cuerpos y cuya intensidad depende de las masas y de las distancias que los separan; la fuerza gravitacional disminuye con el cuadrado. Hemos llegado a comprender que es la materia, la que determina la geometría del espacio-tiempo.

En la imagen, dos partículas en reposo relativo, en un espacio-tiempo llano y Se representan en este esquema dos partículas que se acercan entre sí siguiendo un movimiento acelerado. La interpretación newtoniana supone que el espacio-tiempo es llano y que lo que provoca la curvatura de las líneas de universo es la fuerza de interacción gravitatoria entre ambas partículas. Por el contrario, la interpretación einsteiniana supone que las líneas de universo de estas partículas son geodésicas (“rectas”), y que es la propia curvatura del espacio tiempo lo que provoca su aproximación progresiva.

El máximo exponente conocido del espacio-tiempo curvo, se podría decir que se da en la formación de los agujeros negros, donde la masa queda comprimida a tal densidad que se conforma en una singularidad, ese objeto de energía y densidad “infinitsas” en el que, el espacio y el tiempo desaparecen de nuestra vista y parece que entran en “otro mund” para nosotros desconocidos.

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) del que no escapa ni la luz; tal es la fuerza gravitatoria que generan que incluso engullen la materia de sus vecinas, objetos estelares como estrellas que osan traspasar el cinturón de seguridad que llamamos horizonte de sucesos.

Desde siempre hemos tenido la tendencia de querer representar las cosas y a medida que pudimos descubrir conocimientos nuevos, también le dimos a esos nuevos saberes sus símbolos y ecuaciones matemáticas que representaban lo que creíamos saber. Mecánica cuántica, relatividad, átomos, el genóma, agujeros negros, la constante cosmológica, la constante de Planck racionalizada…

Wheeler decía allá por el año 1957, que el punto final de la compresión de la materia -la propia singularidad– debía estar gobernada por la unión, o matrimonio, de las leyes de la mecánica cuántica y las de la distorsión espaciotemporal. Esto debe ser así, puesto que la distorsión espaguetiza el espacio a escalas tan extraordinariamente microscópicas que están profundamente influenciadas por el principio de incertidumbre.

Las leyes unificadas de la distorsión espaciotemporal y la mecánica cuántica se denominan “leyes de la gravedad cuántica”, y han sido un “santo grial” para todos los físicos desde los años cincuenta. A principios de los sesenta los que estudiaban física con Wheeler, pensaban que esas leyes de la gravedad cuántica eran tan difíciles de comprender  que nunca las podrían descubrir durante sus vidas. Sin embargo, el tiempo inexorable no deja de transcurrir, mientras que, el Universo y nuestras mentes también, se expanden. De tal manera evolucionan nuestros conocimientos que, poco a poco, vamos pudiendo conquistar saberes que eran profundos secretos escondidos de la Naturaleza y, con la Teoría de cuerdas (aún en desarrollo), parece que por fín, podremos tener una teoría cuántica de la gravedad.

Una cosa sí sabemos: Las singularidades dentro de los agujeros negros no son de mucha utilidad puesto que no podemos contemplarla desde fuera, alejados del horizonte de sucesos que marca la línea infranqueable del irás y no volverás. Si alguna vez alguien pudiera llegar a ver la singularidad, no podría regresar para contarlo. Parece que la única singularidad que podríamos “contemplar” sin llegar a morir sería aquella del Big Bang, es decir, el lugar a partir del cual pudo surgir el universo y, cuando nuestros ingenios tecnológicos lo permitan, serán las ondas gravitacionales las que nos “enseñarán” esa singularidad.

 

 Esta pretende ser la imagen de un extraño objeto masivo, un quásar  que sería una evidencia vital del Universo primordial. Es un objeto muy raro que nos ayudará a entender cómo crecieron los agujeros negros súpermasivos unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang (ESO).

Representación artística del aspecto que debió tener 770 millones después del Big bang el quásar más distante descubierto hasta la fecha (Imagen ESO). Estas observaciones del quásar brindan una imagen de nuestro universo tal como era durante su infancia, solo 750 millones de años después de producirse la explosión inicial que creó al universo. El análisis del espectro de la luz del quásar no ha aportado evidencias de elementos pesados en la nube gaseosa circundante, un hallazgo que sugiere que el quásar data de una era cercana al nacimiento de las primeras estrellas del universo.

Basándose en numerosos modelos teóricos, la mayoría de los científicos está de acuerdo sobre la secuencia de sucesos que debió acontecer durante el desarrollo inicial del universo: Hace cerca de 14.000 millones de años, una explosión colosal, ahora conocida como el Big Bang, produjo cantidades inmensas de materia y energía, creando un universo que se expandía con suma rapidez. En los primeros minutos después de la explosión, protones y neutrones colisionaron en reacciones de fusión nuclear, formando así hidrógeno y helio.

 

 Eran enormes, pesadas, y muy calientes. Brillaron con furia, vivieron rápido y murieron jóvenes.

Las primeras estrellas del universo eran enormes, pesadas, y muy calientes. Brillaron con furia, vivieron rápido y murieron jóvenes. Pero aquellas primeras estrellas nos …

Finalmente, el universo se enfrió hasta un punto en que la fusión dejó de generar estos elementos básicos, dejando al hidrógeno como el elemento predominante en el universo. En líneas generales, los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, como por ejemplo el carbono y el oxígeno, no se formaron hasta que aparecieron las primeras estrellas. Los astrónomos han intentado identificar el momento en el que nacieron las primeras estrellas, analizando a tal fin la luz de cuerpos muy distantes. (Cuanto más lejos está un objeto en el espacio, más antigua es la imagen que de él recibimos, en luz visible y otras longitudes de onda del espectro electromagnético.) Hasta ahora, los científicos sólo habían podido observar objetos que tienen menos de unos 11.000 millones de años. Todos estos objetos presentan elementos pesados, lo cual sugiere que las estrellas ya eran abundantes, o por lo menos estaban bien establecidas, en ese momento de la historia del universo.

                                         Supernova 1987 A

El Big Bang produjo tres tipos de radiación: electromagnética (fotones), radiación de neutrinos y ondas gravitatorias. Se estima que durante sus primeros 100.000 años de vida, el universo estaba tan caliente y denso que los fotones no podían propagarse; eran creados, dispersados y absorbidos antes de que apenas pudieran recorrer ínfimas distancias. Finalmente, a los cien mil años de edad, el universo se había expandido y enfriado lo suficiente para que los fotones sobrevivieran, y ellos comenzaron su viaje hacia la Tierra que aún no existía. Hoy los podemos ver como un “fondo cósmico de microondas”, que llega de todas las direcciones y llevan gravada en ellos una imagen del universo cuando sólo tenía esa edad de cien mil años.

Se dice que al principio sólo había una sola fuerza, la Gravedad que contenía a las otras tres que más tarde se desgajaron de ella y “caminaron” por sí mismas para hacer de nuestro universo el que ahora conocemos. En Cosmología, la fuerza de gravedad es muy importante, es ella la que mantiene unidos los sistemas planetarios, las estrellas en las galaxias y a las galaxias en los cúmulos. La Gravedad existe a partir de la materia que la genera para curvar el espaciotiempo y dibujar la geometría del universo.

Un agujero negro es lo definitivo en distorsión espaciotemporal, según las ecuaciones de Einstein: está hecho única y exclusivamente a partir de dicha distorsión. Su enorme distorsión está causada por una inmensa cantidad de energía compactada: energía que reside no en la materia, sino en la propia distorsión. La distorsión genera más distorsión sin la ayuda de la materia. es la esencia del agujero negro.

Lo cierto es que los físicos relativistas se han sentido muy frustrados desde que Einstein publicó su Teoría de la relatividad general y se desprendieron de ellas mensajes asombroso como el de la existencia de agujeros negros que predecían sus ecuaciones de campo. Así que, se dirigieron a los astrónomos para que ellos confirmaran o refutaran su existencia mediante la observación del universo profundo. Sin embargo y, a pesar de su enorme esfuerzo, los astrónomos npo han podido obtener medidas cuantitativas de ninguna distorsión espaciotemporal de agujeros negros. Sus grandes triunfos han consistido en varios descubrimientos casi incontrovertibles de la existencia de agujeros negros en el universo, pero han sido incapaces de cartografiar, ni siquiera de forma ruda, esa distorsión espaciotemporal alrededor de los agujeros negros descubiertos. No tenemos la técnica para ello y somos conscientes de lo mucho que nos queda por aprender y descubrir.

Las matemáticas siempre van por delante de esa realidad que incansables buscamos. Ellas nos dicen que en un agujero negro, además de la curvatura y el frenado y ralentización del tiempo, hay un tercewr aspecto en la distorsi´pon espaciotemporal de un agujero negro: un torbellino similar a un enorme tornado de espacio y tiempo que da vueltas y vueltas alrtededor del horizonte del agujero. Así como el torbellino es muy lento lejos del corazón del tornado, también el torbellino. Más cerca del núcleo o del horizonte el torbellino es más rápido y, cuando nos acercamos hacia el centro ese torbellino espaciotemporal es tan rápido e intenso que arrastra a todos los objetos (materia) que ahí se aventuren a estar presentes y, por muy potentes que pudieran ser los motores de una nave espacial… ¡nunca podrían hacerla salir de esa inmensa fuerza que la atraería hacia sí! Su destino sería la singularidad del agujero negro donde la materia comprimida hasta límites inimaginables, no sabemos en qué se habrá podido convertir.

Todos conocemos la teoría de Einstein y lo que nos dice que ocurre cuando grandes masas, como planetas, están presentes: Curvan el espacio que lo circundan en función de la masa. El exponente máximo de dicha curvatura y distorsión temporal es el agujero negro que, comprime la masa hasta hacerla “desaparecer” y el tiempo, en la singularidad formada, deja de existir. En ese punto, la relatividad general deja de ser válida y tenemos que acudir a la mecánica cuántica para seguir comprendiendo lo que allí está pasando.

Einstein no se preocupaba por la existencia de este extraño universo dentro del agujero negro porque la comunicación con él era imposible. Cualquier aparato o sonda enviada al centro de un agujero negro encontraría una curvatura infinita; es decir, el campo gravitatorio sería infinito y, como ya se explica anteriormente, nada puede salir de un agujero negro, con lo cual, el mensaje nunca llegará al exterior. Allí dentro, cualquier objeto material sería literalmente pulverizado, los electrones serían separados de los átomos, e incluso los protones y los neutrones dentro de los propios núcleos serían desgajados. De todas las maneras tenemos que reconocer que este universo especular es matemáticamente necesario para poder ir comprendiendo cómo es, en realidad, nuestro universo.

Con todo esto, nunca hemos dejado de fantasear. Ahí tenemos el famoso puente de Einstein-Rosen que conecta dos universos y que fue considerado un artificio matemático. De todo esto se ha escrito hasta  la extenuación:

“Pero la factibilidad de poder trasladarse de un punto a otro del Universo recurriendo a la ayuda de un agujero de gusano es tan sólo el principio de las posibilidades. Otra posibilidad sería la de poder viajar al pasado o de poder viajar al futuro. Con un túnel conectando dos regiones diferentes del espacio-tiempo, conectando el “pasado” con el “futuro”, un habitante del “futuro” podría trasladarse sin problema alguno hacia el “pasado”  Einstein—Rosen—Podolsky), para poder estar físicamente presente en dicho pasado con la capacidad de alterar lo que está ocurriendo en el “ahora”. Y un habitante del “pasado” podría trasladarse hacia el “futuro” para conocer a su descendencia mil generaciones después, si la hubo.“

 

El puente de Einstein-Rosen conecta universos diferentes. Einstein creía que cualquier cohete que entrara en el puente sería aplastado, haciendo así imposible la comunicación Posteriormente, los puentes de Einstein-Rosen se encontraron pronto en otras soluciones de las ecuaciones gravitatorias, tales como la solución de Reisner-Nordstrom que describe un agujero eléctricamente cargado. Sin embargo, el puente de Einstein-Rosen siguió siendo una nota a pie de página curiosa pero olvidada en el saber de la relatividad.

Lo cierto es que algunas veces, tengo la sensación de que aún no hemos llegado a comprender esa fuerza misteriosa que es la Gravedad, la que no se quiere juntar con las otras tres fuerzas de la Naturaleza. Ella campa solitaria y aunque es la más débil de las cuatro, esa debidad resulta engañosa poreque llega a todas partes y, además, como algunos de los antiguos filósofos naturales, algunos piensan que es la única fuerza del universo y, de ella, se desgajaron las otras tres cuando el Universo comenzó a enfriarse.

¡El Universo! Es todo lo que existe y es mucho para que nosotros, unos recien llegados, podamos llegar a comprenderlo en toda su inmensidad. Muchos son los secretos que esconde y, como siempre digo, son muchas más las preguntas que las respuestas. Sin embargo, estamos en el camino y… Como dijo el sabio: ¡Todos los grandes viajes comenzaron con un primer paso!

emilio silvera

Siempre aprendiendo »

Hasta podría ser que la Vida, fuese igual en todas partes »

La estrella hipergigante HR 8752 atravesando el Vacío Evolutivo Amarillo (YEV, por sus siglas en inglés) en una recreación artística. La gráfica muestra el aumento de temperatura que ha sufrido la superficie de la estrella en las últimas décadas. /© A.Lobel-ROB. SRON.

Informaron sobre el hallazgo y dieron los detalles: “Las hipergigantes –de las que solo se conocen 12 en la Vía Láctea–son las estrellas más luminosas que se conocen en la actualidad en el universo. Pueden llegar a ser hasta millones de veces más brillantes que el Sol y tener un tamaño de varios cientos de radios solares, con temperaturas superficiales de entre los 3.500 K y los 35.000 K. En concreto, HR 8752 es unas 250.000 veces más luminosa que el Sol y puede ser observada con prismáticos en la constelación del hemisferio norte de Casiopea.”

     Comparación entre los tamaños del Sol y VY Canis Majoris, una hipergigante. Se trata de la estrella roja más grande conocida. Cuando miramos la reseña de este tipo de estrellas, en casi cualquier sitio que podamos mirar nos dicen algo parecido a esto:

Lo que más arriba se explica, es decir, que cuando una estrella tiene más de 120 masas solares, su propia radiación la podría destruir y, para evitarlo, eyecta material estelar al espacio evitando su propia destrucción.

Eta Carinae podría estar a punto de explotar. Pero nadie sabe cuándo -lo mismo podría ser mañana que tardar cientos de miles o millones de años- Eta Carinae es una de edsas estrellas masiva  – aproximadamente 100 veces mayor que nuestro Sol – hace que sea un excelente candidato para una supernova que sembrará el espacio interestelar de gas y polvo y materiales complejos del que, de nuevo, volverán a surgir estrellas y mundos. Los registros históricos muestran que hace unos 150 años Eta Carinae sufrió una explosión inusual que la convirtió en una de las estrellas más brillantes del cielo austral.

Eta Carinae, en la Nebulosa Keyhole, es la única estrella en la que actualmente se han detectado emisiones de luz LASER de manera natural. La imagen de arriba fue tomada en 1996, fue resultado de sofisticadas combinaciones de procesamiento de imágenes y los procedimientos diseñados para llevar a cabo nuevos detalles de la nebulosa que rodea a esta inusual estrella perdida entre las brumas del material que eyecta para evitar su muerte. Ahora son claramente visibles dos lóbulos, una región central caliente, y extrañas rayas radiales. Los lóbulos están llenos de carriles de gas y polvo que absorben la luz azul y ultravioleta emitida cerca del centro. Las rayas siguen sin explicación. ¿Estos indicios nos dicen cómo se formó la nebulosa? ¿ Sabremos algún día cuando Eta Carinae explotará?

Debajo de estas imágenes, en la prensa se pudio leer: “Descubierta una estrella monstruosa con 300 veces la masa del Sol, el astro rompe todos los récords y previsiones teóricas. Una estrella de 300 veces la masa de nuestro Sol es algo no sólo nunca visto hasta ahora sino también completamente inesperado para los astrónomos, que estimaban el límite máximo de masa en unas 150 veces la solar. Pero la han encontrado. Todavía se la conoce sólo por su anodino nombre oficial, R136a, y la han localizado unos científicos en la nebulosa Tarántula, de la galaxia vecina Gran Nube de Magallanes, a unos 165.000 años luz de distancia de la Tierra. “La existencia de un monstruo así, millones de veces más luminoso que el Sol, y perdiendo peso por los intensos vientos estelares, puede ayudarnos a responder una pregunta clave. ¿Cómo de masivas pueden ser las estrellas?”.

Una estrella enana roja que son las más abundantes del Universo y las que tienen mayor edad. Otra estrella como nuestro Sol, una estrella celeste claro supermasiva y otra última de dimensiones inconmensurables. Las estrellas que han sido profundamente estudiadas en todas sus variantes, formas y colores, tienen aún algunos secretos que tenenos que desvelar.

Alguna vez me he referido aquí a R. Leporis, que es un capricho estelar. En el espacio existen muchas estrellas que, de poder saber de ellas nos dejarían sumidos en el mayor de los asombros. Las hay de Carbobo como R. Lepori, de Circonio, de Litio, de Manganeso, de estroncio, de Helio, de bario, de manganeso-mercurio, de metales pesados, de silicio, de tecnecio, de neutrones, y… ¿por qué no podría incluso existir algunas de Quarks?

 

Aquí tenemos a R Leporis, una estrella de Carbono a la que se puso el nombre de la “Estrella Carmesí”, o, la “Gota de Sangre”.

R Leporis (R Lep / HD 31996 / HR 1607) es una estrella variable de la constelación de Lepus, cerca del límite con Eridanus. Visualmente es una estrella de un color rojo vívido, cuyo brillo varía entre magnitud aparente +5,5 y +11,7. Descubierta por John Russell Hind en 1845, es también conocida como Estrella carmesí de Hind.

A una distancia aproximada de 1100 años luz, R Leporis pertenece a la rara clase de estrellas de carbono, siendo su tipo espectral C6. En estas estrellas, los compuestos de carbono no permiten pasar la luz azul, por lo que tienen un color rojo intenso. En R Leporis la relación carbono–oxígeno estimada es 1,2, más del doble que la existente en el Sol. Tiene un radio entre 480 y 535 veces más grande que el radio solar, equivalente a 2,2 – 2,5 UA. Si estuviese en el centro del Sistema Solar, su superficie se extendería más allá de la órbita de Marte. Su temperatura superficial, extremadamente baja para una estrella, está comprendida entre 2050 y 2290 K. Brilla con una luminosidad entre 5200 y 7000 veces superior a la del Sol, siendo la mayor parte de la energía radiada como radiación infrarroja.

En la imagen podemos contemplar como algo que nos parece tan enorme como el Sol, puede quedar empequeñecido al lado de otros astros de cuya inmensidad ni podíamos imaginar que pudieran existir. Arriba Betelgeuse se exhibe presumida al lado de las otras estrellas que, siendo grandes y muy grandes, no piueden compararse a grandiosidad. Sin embargo, aún las hay mucho mása grandes que ella.

          Ahora es Antares la que se puede pavonear ante las demás

Del grupo destaca Antares, una supergigante M 1,5, 10 000 veces más luminosa que el Sol y con un diámetro que es probablemente más de 500 veces el del Sol. Nos contempla desde 520 a.l. de distancia y tiene una compañera enana. Su color es el rojo intenso.

Aldebaran, la estrella Alfa Tauri, es una Gigante K5. Aparentemente forma parte del grupo de estrella de las Hyades, aunque en realidad sólo está a 60 a.l., aprpoximadamente la mitad de la distancia del cúmulo.

Betelgeuse, la estrella Alfa Orionis, la décima más brillante del cielo, es una gigante tipo M2 que es una variable semirregular. Se dice que está a unos 400 a.l. de la Tierra y su luminosidad es 5000 veces superior a la del Sol pero, si se encuentra a la misma distancia de la Asociación de Orión (como algunos postulan), la luminosidad verdadera sería de 50 000 veces la del Sol. Su diámetro es cientos de veces el del Sol. Su brillo varía a medida que se expande y contrae en tamaño.

Arthurus es la estrella Alfa Boötis, magnitu -o,o4, la estrella más brillante al norte del ecuador celeste y la cuarta más brillante de todo el cielo. Es una gigante K 1 situada a 35 a.l.

Rigel, la estrella Beta Orionis de magnitud o,12 es una gigante B 8 siatuada a 1 400 a.l., su luminosidad es de unas 150 000 veces la del Sol, tiene una compañera de magnitud 6,8, que es a su vez una binaria espectroscópica.

Al lado de estas gigantes, el Sol y otras estrellas resultan minúsculos como podemos ver en la imagen y, sin embargo, ya sabemos todos la importancia que nuestro Sol tiene para hacer posible la vida en la Tierra.

¡No por pequeño se es insignificante! Ya sabéis: ¡Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas!

      El grupo de tres estrellas gigantes Pismis 24-1 (CSIC).

Mucho antes de que Russell descubriera la estrella carmesí y Johannes Hevelius quedara fascinado por Mira, la estrella maravillosa, los astrónomos árabes se fijaron en una estrella de la constelación de Perseo que cambiaba de brillo cada tres días, con una pauta muy regular y acentuada. Los árabes escribieron una de las escasas páginas destacadas de la astronomía medieval, paliando de alguna manera la importante decadencia que sufrió esta ciencia en ese período en Europa y el Mediterráneo en el periodo comprendido entre Ptolomeo y Copérnico, que duró un milenio y medio.

Bueno, hablar aquí de las estrellas que conocemos bien y de sus historias resulta entretenido y nos enseña un poco de la historia estelar en objetos individuales y determinados que, por una u otra razón tienen destacadas razones para que los astrónomos se fijaran en ellos. Por ejemplo, de Eta Carinae (antes mencionada y cuya imagen tenéis arriba), es una variable irregular hipergigante, que llegó a ser la segunda estrella más brillante del cielo. Es una variable azul luminosa con magnitud absoluta de -10, y es clasificada oficialmente como una estrella S Doradus. Se encuentra dentro de un cúmulo de estrellas masivas y una masa estimada en 100 masas solares, en tiempos se llegó a creer que era la estrella más masiva de la Galaxia. El único espectro visible es el de la Nebulosa del Homúnculo que la rodea. Eta Carinae es una intensa fuente infrarroja y su importante pérdida de masa (alrededor de 0,1 masas solares por año) tiene asociadas energías próximas a las de algunas supernovas y, teniéndola a unos 8000 años-luz, lo mejor será estar vigilante, ya que, aunque son distancias inmensas…Nunca se sabe lo que un monstruo de ese calibre nos podría enviar.

Estrellas masivas como Eta Carionae, Betegeuse, Arthurus, Antares y tantas otras que ahora sabemos que existen nos llevan a saber que, cuando mueren, se pueden convertir en otros objetos distintos como, por ejemplo:

Estrellas de Neutrones

Estrellas que se forman a partir de estrellas amasivas (2-3 masas solares) cuando al final de sus vidas, agotado el combustible nuclear de fusión, quedan a merced de la Gravedad que no se ve frenada por la fusión nuclear, y, en ese momento, la estrella comienza a contraerse bajo su propio peso, de forma tal que, los protones y electrones  se funden y se convierten en neutrones que, al verse comprimidos tan violentamente, y, no pudiendo permitirlo por el principio de esclusión de Pauli, se degeneran y y hacen frente a la fuerza gravitatoria, consiguiendo así el equilibrio de lo que conocemos como estrella de nweutrones de intensom campo electromagnético y rápida rotación. Estos objetos, después de los Agujeros Negros, son los más densos que se conocen en el Universo, y, su masa podría pesar 10¹⁷ Kg/m^3.

¿Estrella de Quarks?

Es hipotética, aún no se ha observado ninguna pero se cree que pueden estar por ahí, y, si es así, serían mucho más densas que las de neutrones, ya que, ni la degeneración de los neutrones podría parar la Fuerza de la Gravedad que sería frenada por los Quarks que también, son fermiones.

Si la estrella no es masiva, y tiene una masa como la del Sol, su final será la de convertirse en una ¡Estrella Enana Blanca!

Nuestro Sol es de esta clase de estrellas y, tampoco su densidad se queda corta, ya que, alcanzan 5 x 10⁸ Kg/m³. Aquí, cuando la estrella implosiona y comienza a comprimirse bajo su propio peso por la fuerza de Gravedad, como ocurrió con la estrella de Neutrones, aparece el Principio de Exclusión de Pauli, el cual postula que los fermiones (los electrones son fermiones) no pueden ocupar el mismo lugar estando en posesión del mismo número cuántico, y, siendo así, se degeneran y hace que, la compresión de la estrella por la Gravedad se frene y vuelve el equilibrio que la convierte en estrellas enana blanca.

El fenómeno de convertirse en enana blanca ocurre cuando la estrella original tiene una mása máxima posible de 1,44 masas solares, el límite de Shandrashekar, si fuera mayor se convertiría en estrella de neutrones. Y, siendo mayor la masa de 3-4 masas solares, su destino sería un agujero negro.

Nos despediremos con estas bellas imágenes de sendas Nebulosas Planetarias como, un día lejano aun en el futuro, nos mostrará nuestro Sol al llegar al término de su vida. Ese será su final: Una bonita Nebulosa Planetaria con una estrella enana blanca en en el centro.

Claro que, tampoco ese será el final para el Universo en el que, nuevas estrellas seguirán naciendo para hacer posible que, mundos como la Tierra puedan, con su luz y su calor, hacer surgir formas de vida que, como la nuestra, pueda alcanzar la consciencia de Ser y, a partir de ahí… comenzará otra nueva aventura que será digna de contar.

emilio silvera

Algunas fórmulas de la Física merecen estar en un lugar destacado para que, cualquiera quen pase por allí las puedan ver y, al ver aquellos jeroglificos matemáticos, poder preguntar por sus significados. Uno de esos casos es el que aquí contamos. Muy justamente, la fórmula a la que nos estamos refiriendo, está inscrita en la cabecera de la lápida que indica el lugar en donde descansan los restos de Ludwig Boltzmann en el cementerio Zentralfriedhof de Viena:

 

S = k log W

 

Cuando algo nos gusta y nos atrae, cuando es la curiosidad la que fluía nuestros deseos por saber sobre las cosas del mundo, del Universo y las fuerzas que lo rigen, cuando la Física se lleva dentro y nos dará el poder reconocer que es el único camino que nos dará esas respuestas deseadas, entonces, amigos míos, los pasos te llevan a esos lugares que, por una u otra razón tienen y guardan los vestigios de aquellas cosas que quieres y admiras. Así me pasó cuando visité el Fermilab, la tumba de Hilbert  en Viena, donde no pude resistir la tentación de ver, con mis propios ojos esa imagen de arriba y, desde luego, pensar en lo mucho que significaba la escueta S = k log W que figura en la cabecera de la lápida de Boltzmann como reconocimiento a su ingenio.

La sencilla ecuación (como todas las que en Física han tenido una enorme importancia (E=mc², por ejemplo), es la mayor aportaciópn de Boltzmann y una de las ecuaciones más importantes de la Física. El significado de las tres letras que aparecen (aparte la notación para el logaritmo es el siguiente: S es la entropía de un Sistema; W el número de microestados posibles de sus partículas elementales y k una constante de proporcionalidad que hoy día recibe el nombre de constante de Boltzmann y cuyo valor es k = 1,3805 x 10^-23 J(K (si el logaritmo se toma en base natural). En esta breve ecuación se encierra la conexión entre el micromundo y el macromundo, y por ella se reconoce a Boltzmann como el padre de la rama de la Física comocida como Mecánica Estadistica.

 

 

 

Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas

 

La entropía de un sistema es el desgaste que el sistema presenta por el transcurso del tiempo o por el funcionamiento del mismo. Los sistemas altamente entrópicos tienden a desaparecer por el desgaste generado por su proceso sistémico. Es una medida de desorden o incertidumbre de un sistema. El paso del Tiempo todo lo cambia. Lo que hoy es una estrella fulgurante, dentro de algunos miles de millones de años podrá ser una inmensa Nebulosa de la que surgirán por mecanismos de la Gravedad, nuevas estrellas y nuevos mundos. La Energía positiva de la Entropía destruye y la Energía Negatiuva de la Gravedad crea.

Como todas las ecuaciones sencillas de gran trascendencia en la física, hay un antes y un después de su formulación: sus consecuencias son de un calado tan profundo que han cambiado la forma de entender el mundo y, en particular, de hacer Física, a partir de ellas. De hecho, en este caso al menos, la sutileza de la ecuación es tal que hoy, más de cien años después de la muerte de su creador, se siguen investigando sus nada triviales consecuencias:

S = k log W ¡Que maravilla del Intelecto Humano!

La energía libre no es libre.

1. La energía de un sistema cerrado se mantendrá constante.
2. La entropía de un sistema cerrado se mantendrá constante o aumentará.

Estos son los dosprincipios de la Termodinámica. Son, quizás, las leyes más sólidas y mejor demostradas de la naturaleza sostenidas por miles de observaciones experimentales y deducciones teóricas. Son estas misma leyes las que se pretenden violar una y otra vez cuando y charlatanes y embusteros tratan de separar a la gente de su dinero. Este es el caso de las Máquinas de Movimiento Perpetuo (MMP). La historia de estas máquinas es impresionante, la más antigua siendo una rueda diseñada por un astrónomo/astrólogo indio llamado Bhäskara II. Al principio los intentos para crear energía de la nada eran honestos; todavía no teníamos conocimientos como para entender cuán imposible era esto, cuan fundamental era el principio de que la energía no se crea ni se destruye. Intelectuales respetables como Pascal, Boyle y hasta Leonardo da Vinci diseñaron al menos una MMP.

Una de las consecuencias más importantes de la Entropía es, el principio de irreversibilidad del mundo macroscópico. Si las leyes de la Mecánica son reversibles, ¿cómo es posible que haya una dirección temporal definida en el mundo que nos rodea, en la cual observamos que un vaso cae y se rompe pero nunca hemos podido observar que los añicos se recompongan para reconstruir el vaso original?

En una Revista de Física de las emitidas por la Real Sociedad Española de Física, pude leer un magnifico artículo que firmaba Joel Lebowitz (una autoridad mundial en la materia) en el cual, nos explicaba como la ecuación S = k log W podía dar una explicación satisfactoria del fenómeno.

 

 

Los signos de la Entropía se dejan ver por todas partes. Nada permanece y todo cambia con el transcurrir del Tiempo

 

 

Los signos de la Entropía son comunes en nuestras vidas cotidianas y, como tantas otras cosas, forman parte de nuestro mundo en nuestro quehacer del día a día en el que, siempre estamos tratando de combatir a la entropía destructora. Al menos, nosotros, siempre que pensamos en la entropía la asociamos al desorden. Cosas que se hacen viejas y se rompen, habitaciones que se llenan de polvo, muebles deteriorados por el paso del tiempo, y, nosotros mismos que vemos marcadas en las arrugas del cuerpo la inexorable huella de la entropía.

De la célebre ecuación podemos derivar que: a mayor desorden mayor cantidad de microestados, es decir, mayor entropía. Los sistemas evolucionan siempre hasta alcanzar su estado máximo de entropía. ¿Si es así, como algunos hablan de la entropía como creadora de orden?

¿Cómo puede la entropía crear orden, si a mayor entropía mayor desorden? Claro que, la ecuación que es el “personaje principal” de este trabajo, es mucho más sutil que cualquier interpretación heurística que pueda hacerse de ella, y se puede llegar a ver que, de acuerdo con esta ecuación, pueden simultáneamente en un sistema aumentar la entropía y crearse estructuras ordenadas.

 

 

 

 

Los efectos de la Entropía conviven con nosotros, en las tres generaciones de arriba lo podemos constatar. El Tiempo pasa y la fleha del Tiempo en su inexorable caminar lleva a la abuela hasta sus últimos momento, el testigo lo recoge la hija que, para perpetuarse, se reproduce y tiene a su vez descendencia, y, en esa cadena sin fin, tratamos los humanos y otros seres vivos de luchar contra la Entropía destructora de todo lo que existe, inanimado o vivo.

 

 

 

En las galaxias espirales tenemos un buen ejemplo de que, luchan contra la entropía destructora de estrellas que al llegar al final de sus vidas (máximo nivel de entroía), se valen de las esxplosiones supernovas para crear Nebulosas que, a su vez, con la ayuda de la interacción gravitatoria, hacen posible que surjan a la vida nuevas estrellas, creando así, Entropía Negativa. ¡Algo muere para que algo surja a la vida!

 

 

 

En un texto profético sobre la era del ADN, en What is Life? de Erwin Shródinger, las nociones del código genético y metabolismo celular aún eran discutidas juntas. En su libro, Schrödinger adelantó la idea que el cromosoma contenía un “cristal aperiódico” en la forma de un “code-script”, inspirando posteriormente el descubrimiento de la forma de doble-hélice del ADN. Sin embargo aún es raro que los “genetistas populares” y los “teóricos de la vida” recuerden la teoría de la entropía negativa articulada en el mismo texto.

Todos los seres vivos nos valemos de la reproducción para burlar a la Entropía destructura, y, aunque no podamos esquivarla a nivel individual, si que lo podemos hacer en el ámbito de la Civilización que, al reproducirse perdura. Aquí es donde entra la frase: “mientras haya muerte hay esperanza”. ¿Podríamos considerar como entes vivos a las Galaxias y a los mundos que, como el planeta Tierra se regenera mediante explosiones surpernovas, terremotos, erupciones volcánicas y otros fenómenos naturales? Creo que sí, de todos esos “desastres” surgen nuevas cosas, nacen nuevas plantas, se crean cursos de ríos, valles y montañas que no existían pasan a formar parte de un nuevo y renovado paisaje y, entre todo eso, también surgen nuevas formas de vida dispuestas a evolucionar como es su destino.

 

 

 

Y pensar que la Entropía acabará algún día con nuestro Universo…Es duro de asimilar y, sin embargo…

 

La cuestión sobre la flecha del tiempo intriga a los científicos porque la mayor parte de las leyes fundamentales de la física no separan el pasado del futuro. El concepto de entropía, a su vez, se basa en el flujo del tiempo, ya que establece que el desorden o caos aumenta con el paso del tiempo, tal como señaló el físico Ludwig Boltzmann hace ya más de un siglo.

Espacio y tiempo son conceptos que no tienen sentido antes de la aparición de la materia en el Universo, por lo que en el modelo cosmológico actual se considera que el espacio y el tiempo aparecen con la materia en el mismo momento del Big-Bang.

Según este modelo cosmológico, a medida que el tiempo fluye, la entropía global del Universo también aumenta. Como la flecha del flujo del tiempo es irreversible, la flecha de flujo de la entropía también es irreversible. En el Universo, la cantidad de energía útil disminuye paulatinamente y aumenta la forma degradada de energía.

Dado que la entropía global siempre está en constante aumento, causará en algún momento el desplome térmico de todos los biosistemas en el Universo conocido, fenómeno conocido como Muerte Térmica del Biocosmos. Fin del Universo, de la vida, del tiempo y también de la entropía, según el actual modelo cosmológico.  El espacio se expande cada vez más, las galaxias se alejan las unas de la otras, la temperatura del Universo es muy baja y cada vez se irá reduciendo más y más, y, cuando alcance el Cero Absoluto, -273 ºC… ¡Todo habrá acabado, ni los átomos se moverán!

 

En el Universo dinámico, subyace la Entropía

 

Claro que, hablamos y hablamos de la Entropía pero, no caemos en la cuenta de que, en el Universo, todo está relacionado. Existen hilos invisibles que atan unas cosas a las otras e inciden sobre los comportamientos y, si eso es así (que lo es), deberíamos pensar en eso que llamamos “vacío cuántico” y preguntar: ¿Qué incidencia podría tener sobre esa entropía destructora?

En el vacío, la existencia del cuanto de acción que está íntimamente unida a la propia naturaleza de la energía de las fluctuaciones cuánticas obliga a que su estructura sea discontinua, escalonada, fractal (prefractal), lejos de la continuidad clásica, por ello la geometría fractal puede enseñarnos algo que antes no podíamos ver. Pero las fluctuaciones cuánticas de energía del vacío no son simples variaciones sobre un fondo absoluto y estático. Las fluctuaciones determinan la propia geometría del espacio, por lo que analizando su estructura podremos averiguar algo más sobre la referencia espaciotemporal que determinan. La forma en que se puede proceder a analizarlas es idéntica a como se determina la dimensión fractal de una costa o cualquier figura fractal sencilla. La pauta que nos guia, en nuestro caso, es la variación de la energía virtual de las fluctuaciones con la distancia.

 

 

 

 

Desde distancias astronómicas hasta la Longitud de Planck la energía asociada está siempre en proporción inversa a dicha distancia: si para una distancia D se le asocia una energía E, para una distancia 2D se le asocia una energía E/2.A pesar de lo intrincadas e irregulares que son las fluctuaciones cuánticas su dependencia con el inverso de la distancia permite al vacío cuántico que se nos presente de forma, prácticamente, similar al vacío clásico a pesar de las tremendas energías a las que se encuentra asociado. En este efecto tuvo mucho que ver la particular geometría que adoptó nuestro Universo : 3 dimensiones espaciales ordinarias y 6 compactadas. Esta geometría y la propia naturaleza del cuanto de acción están íntimamente ligadas. Con otra geometría diferente las reglas de la mecánica cuántica en nuestro universo serían completamente diferentes.

 

 

 

La estabilidad del espacio-tiempo, de la materia y de la energía tal como los conocemos sería imposible y, a la postre, tampoco sería posible la belleza que esta estabilidad posibilita así como la propia inteligencia y armonía que, en cierta forma, subyace en todo el Universo.

Así que, entre el espacio que podemos ver, ese vacío que sabemos que está ahí y no podemos más más que algunas consecuencias de su existencia, lo que llamamos “materia oscura” que es la mayor concentración de “ese algo” que existe, y, que, bien podrían ser las semillas a partir de las cuales surge la materia normal o luminosa una vez que, con el tiempo y a partir de esa “semilla” se transforma en materia “normal”, Bariónica y, ahora sí, sujeta al electromagnetismo…Todo eso, amigos, no podría incidir de alguna manera en esa Entropía destructora que, sin que lo sepamos está siendo combatida por todos esos parámetros que ignoramos…a ciencia cierta.

Una ley científica es un fenómeno universal observado experimentalmente y que puede verificarse mediante el método científico. Algunas de leyes establecidas mediante el método científico que confirman la creación son:

Leyes de la Termodinámica y otras que hemos podido descubrir pero… esa sería otra hiustoria.