La fuerza gravitatoria es, sin duda, una fuerza muy importante  que actúa sobre las partículas elementales que tienen masa. Es cierto que, la fuerza, cuando se trata de que interaccione con minusculos objetos, es casi despreciable, eso ocurre con los átomos y moléculas y todas las demás partículas de las que aquí hemos hablado en infinidad de ocasiones. Pero cuando miramos a partículas considerablemente menores que el tamaño del núcleo atómico, se alcanza un punto de retorno. La gravedad actúa sobre la masa de las partículas, mientras que todas las demás fuerzas actúan sobre algo que llamamos “carga”. La diferencia es que la carga depende muy ligeramente del grado de amplificación de nuestro microscopio, mientras que la masa está conectada con la energía.

y si tratamos de localizar una partícula en un volumen menor entonces, de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, ahó habrá más movimientos y la energía de movimiento (llamada “energía cinética”) aumenta. Por esta razón, a distancias menores corresponden energías mayores y, por lo tanto, también masas mayores. Cuando las distancias son tan pequeñas que los movimientos se hacen relativistas (esto es, alcanzan velocidades cercanas a la velcoidad de la luz) los efectos de la fuerza gravitatoria comienzan a aumentar gradualmente en comparación con las demás fuerzas; sin embargo, aún son increíblemente débiles y tienen un largo camino por recorrer hasta poder competir en intensidad.

Claro que, todo esto, incluso para los grandes expertos, es altamente confuso y, nos viene a decir que, el límite nuestras teorías está definido por las unidades de Planck. Más allá de ellas (El Tiempo de Planck, la masa y la  Energía de Planck, etc.) nada sabemos.

Los conocimientos sobre el Universo aumentan

Encuentran el agujero negro más cercano a la Tierra

En todas las regiones del espacio interestelar donde existen objetos de enormes densidades y estrellas super-masivas se pueden producir, en cualquier momento, sucesos de energías increíbles que, son captados por nuestros ingenios detectando magnitudes de energías nunca antes conocidas. Estrellas nuevas y masivas que irradian en el ultravioleta generando fuerzas que inundan regiones inmensas y bañando la materia interestelar de manera tal que, en esas estrellas nuevas han comenzado aquellos mecanismos de creación de la materia que se transforma continuamente mediante su desarrollo evolutivo que, la llevará, finalmente, al surgimiento de la vida.

Pero sigamos , según lo que podemos entender y hasta donde han podido llegar nuestros conocimientos actuales, ahora sabemos donde están las fronteras: donde las masas o las energías superan 10¹⁹ veces la masa del protón, y esto implica que estamos mirando a estructuras con un tamaño de 10^-33 centímetros. Esta masa la conocemos con el nombre de masa de Planck y a la distancia correspondiente la llamamos distancia de Planck. La masa de Planck expresada en gramos es de 22 microgramos, que la es la masa de un grano muy pequeño de azúcar (que, por otra parte, es el único número de Planck que parece más o menos razonable, ¡los otros números son totalmente extravagantes!). Esto significa que tratamos de localizar una partícula con la precisión de una longitud de Planck, las fluctuaciones cuánticas darán tanta energía que su masa será tan grande como la masa de Planck, y los efectos de la fuerza gravitatoria entre partículas, así, sobrepasarán los de cualquier otra fuerza. Es decir, para estas partículas la gravedad es una interacción fuerte.

Si la Gravedad llega a ser una interacción fuerte, será un verdadero desastre. No se puede evitar lamentando que hará de la gravedad algo tan difícil como “la cromo-dinámica cuántica” cuando interacciona con los quarks. Aquí la situación es mucho más grave. Cuanto más pequeñas sean las estructuras que tratamos de estudiar más intensa es esta fuerza, hasta el extremo de que incluso los intentos más burdos para describirla darán lugar a resultados completamente absurdos.

Todo lo que conocemos acerca de la Naturaleza será inválido en la escala de Planck, y nosotros que pensábamos que conocíamos todo con gran precisión. La Teoría de Einstein acerca de la Naturaleza de la fuerza gravitatoria funciona espléndidamente. parte de un principio muy fundamental, uno que prácticamente tiene que ser correcto: la gravedad es una propiedad del espacio y el tiempo mismos. El Espacio y el Tiempo están “curvados” quiero decir exactamente lo que sucede a un trozo de papel cuando se humedece: de deforma y no hay manera de alisarlo ni pasándole la plancha caliente. La guerza Gravitatoria es la responsable de semejante rugosidad en el espacio tiempo.

                      El Tiempo transcurre más despacio en las cercanías de un agujero negro

Sabemos que el espacio se curva en presencia e grandes masas que también, llegan a distorsionar el Tiempo. Otra cuestión sería saber el por qué de tan extraño suceso que hemos adjudicado al funcionamiento de la Interacción gravitatoria de la que, sabiendo mucho, no hemos podido llegar a saberlo todo.

Cuando más cerca estamos de la Longitud de Planck más fuerte resulta la necesidad de aplicar las leyes de la me´canica cuántica a esas arrugas del espacio-tiempo. Mientras las arrugas sean pequeñas, sabemos hacerlo y así obtenemos una teoría conocida como “gravedad cuántica”. Esta teoría predice la existencia de los ya tantas veces mencionados Gravitones. esas “partículas” elementales con espín 2 y masa cero.

Explicándolo brevemente, la Longitud de Planck hace referencia a que cualquier partícula que mida menos de esa longitud, dejará de tener una geometría clásica, es decir,  un objeto sin las dimensiones que conocemos, las cuales son largo, ancho, y profundidad.  Cuando hablamos de espuma cuántica, nos referimos a que el tejido del universo, se halla sobre estas longitudes. La longitud de Planck es de…

¿será así la espuma cuántica

Cuanto más cerca estamos de la Longitud de Planck, más rugoso se vuelve el espacio-tiempo, simplemente porque las arrugas más pequeñas se hacen más pronunciadas que las grandes. Las incertidumbres usuales, típicas de la mecánica cuántica, harán que las arrugas sean más borrosas. Y si tratamos de ir más allá de la Longitud de Planck, todo funciona mal. La curvatura y la incertidumbre llegan a ser tan grandes que la noción de “distancia entre dos puntos” deja de tener sentido, porque no hay reglas para medir que se ajusten a este espacio. El espacio y el tiemopo mismos se vuelven magnitudes inútiles. La definición matemática de lo que “significa” el espacio y el tiempo depende de la definición de “distancia entre dos puntos”. Esto probablemente implica que antes de encontrar una descripción útil del mundo sub-Plankiano, tendremos que cambiar completamente lo que sabemos de física.

La última parada antes de que tal cosa suceda se llama “super-gravedad”, una construcción matemáticamente complicada que consigue combinar la supersimetría con la fuerza gravitatoria pero, ¿qué es la super-gravedad? Meternos en esos berenjenales matemáticos sería algo engorroso y (para muchos) aburrido.

¿Qué pasa entonces con la super-gravedad? Aquí, al principio las cosas parecen mucho mejores e incluso al nivel de tres lazos nada parece ir mal. Los entusiastas afirman que esto no podía ser una coincidencia y que la teoría final de todas las fuerzas podría estar a la vista. ¿Una teoría de todas las fuerzas? ¿Podemos imaginar una cosa así? ¿Sería posible una formulación exacta  de las leyes de la física? ¿Se podría encontrar eso alguna vez?. Claro que, todo esto nos lleva a “universos” insospechados, lugares cada vez más pequeños en un reino donde el espacio y el tiempo dejan de existir, ya no podemos hablar de puntos y, nos vemos obligados a tener que hablar de cuerdas vibrantes.

¿Quién sabe? Como decía en alguna ocasión, también en esta ocasión, los teóricos podrían haber dado en el blanco y, con su intuición “infinita”, haber descubierto que toda la materia del universo está formada por cuerdas vibrantes y armónicas que se conjugan de diferentes maneras, produciendo con sus pulsos, nuevas partículas.

¡Es todo tan extraño! ¡Es todo tan complejo! y, sobre todo…¡sabemos tan poco!

emilio silvera

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Puedo ver los átomos, los protones y neutrones y, en su interior, los diminutos quarks enfangados en un mar de gluones. Pensar que esas pequeñas cositas son capaces (con la ayuda de las fuerzas fundamentales de la Naturaleza) de construir todo lo que podemos ver…

                                                Me resulta, siempre sorprendente. ¡Qué maravilla!

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La fuerza nuclear fuerte actúa al contrario de las otras fuerzas, con la distancia se fortalece y en la cercanía es más débil. Así, los Bosones que llamamos Gluones actúan como muelles de acero, cuanto más los estiramos más resistencia oponen.

Los Quarks están confinados dentro de los protones y neutrones que, son llamados nucleones dentro del núcleo atómico.

Podríamos poner aquí miles de ejemplos de idas brillantes salidas de mentes humanas. Sin embargo, me viene a la memoria un titular: “Los descubridores del PEGAMENTO que une la materia ganan el Nobel de Física” (decía un periódico allá por el último trimestre de 2.004).

La noticia se refería a David Gross, David Politzer y Frank Wilczek, los descubridores del funcionamiento de la fuerza que cohesionan a los quarks, las partículas más elementales.

Cualquiera que haya leído sobre temas de ciencia de la materia, sabe que desde los tiempos de la antigua Grecia hasta el de Einstein, el gran sueño de todos los sabios que han estudiado la naturaleza ha sido una descripción precisa y completa de nuestro Universo, las constantes de la Naturaleza y las fuerzas fundamentales, algo que ya está más cerca gracias al trabajo de estos tres científicos estadounidenses.

Hace más de treinta años que Gross, Politzer y Wilczek desvelaron el enigmático funcionamiento de la llamada interacción fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales que rigen el Universo, y que actúa como un pegamento cósmico para mantener unida la materia. Su trabajo reveló como los quarks, las diminutas partículas que forman los nucleones de los átomos, interaccionan entre sí para mantenerse unidos.

Las fuerzas que podemos sentir en la vida cotidiana, es decir, la Gravedad y el electromagnetismo, aumentan con la cercanía: así, cuando más cerca está un clavo de un imán o una manzana del suelo, más se verán atraídos.

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Si hablamos de Física podemos pensar en la constante de Planck en sus dos versiones, h y ħ; en la igualdad masa-energía de Einstein; la Constante gravitacional de Newton, la constante de estructura fina (α = 2Π e² /137); y, el radio del electrón, por ejemplo.

                                   ¿Habéis pensado en lo que llevan encerrado sus mensajes?

Es verdaderamente meritorio el enorme avance que en tan poco tiempo ha dado la Humanidad, en el campo de la Física y otras ramas del saber.

En poco más o menos, un siglo y medio, se ha pasado de la oscuridad a una claridad, no cegadora aún, pero sí, aceptable. Son muchos los secretos de la Naturaleza física que han sido desvelados y, el ritmo, parece que crece de manera exponencial, y, en algunos campos,  se cumple la ley de Moore.

Eso que llamamos ¡El Tiempo!, tal como lo concebimos es un preciado bien, está a nuestro favor. Sólo tenemos que ir pasando el testigo para alcanzar las metas propuestas.

                                                         Avanzamos en todos los campos

Pongamos nuestras esperanzas en que no seamos tan irresponsables como para estropearlo todo. En el estudio del Espacio exterior cada día damos un paso más hacia adelante, vamos conociendo con más certeza la realidad del Universo que nos acoge, y, aunque todavía nos queda muchísimo camino por recorrer, lo cierto es que no se para en la investigación y se preparan misiones hacia los mundos cercanos para ir conociendo nuestro entorno que… ¿Quién sabe? En el futuro aún lejano nos podría ofrecer una salida.

     En estudio están muchos de estos proyectos

Si estoy escribiendo, concentrado, en mis cosas de la Física, de la Astronomía, la Gravedad o el electromagnetismo, pongamos por ejemplo, me aíslo y ni oigo los ruidos que a mi alrededor se puedan producir por el desenvolvimiento de la vida cotidiana.

Hay cuestiones sencillas de entender para los iniciados y, a veces, muy complejas para la gente corriente. Por tal motivo, si escribo sobre estos interesantes temas, mi primera preocupación es la de buscar la sencillez en lo que explico. No siempre lo consigo.

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“La gravedad cuántica es el campo de la física teórica que procura unificar la teoría cuántica de campos, que describe tres de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, con la relatividad general, la teoría de la cuarta fuerza fundamental: la gravedad. La meta es lograr establecer una base matemática unificada que describa el comportamiento de todas las fuerzas de la Naturaleza, conocida como la teoría del campo unificado.”

La física será incompleta y conceptualmente insatisfactoria en tanto no se disponga de una teoría adecuada de la gravedad cuántica, y, hasta el momento, no parece que se pueda lograr tal teoría. Sin embargo, al desarrollar las ecuaciones de campo de la Teoría de Cuerdas, allí aparecen las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General, sin que nadie las llame, como por arte de magia emergen. ¿Qué significa eso? ¿No será que en la Teoría de cuerdas subyace la Teoría Cuántica de la Gravedad?

Espacio-Tiempo Curvo: Gravedad Cuántica

Durante el siglo XX, la física se fundamentó, en general, sobre dos grandes pilares: la Mecánica Cuántica y la teoría de Relatividad. Sin embargo, a pesar de los enormes éxitos logrados por cada una de ellas, las dos aparecen ser incompatibles. Esta embarazosa contradicción, en el corazón mismo de física teórica, se ha transformado en uno de los grandes desafíos permanentes en la ciencia.

La teoría de la relatividad general da cuenta a la perfección de la gravitación. Por su parte, la aplicación a la gravedad de la mecánica cuántica requiere de un modelo específico de gravedad cuántica. A primera vista, parecería que la construcción de una teoría de gravedad cuántica no sería más problemático que lo que resultó la teoría de la electrodinámica cuántica (EDC), que ya lleva más de medio siglo con aplicaciones más que satisfactorias.

En lo medular, la EDC describe la fuerza electromagnética en términos de los cambios que experimentan las llamadas partículas virtuales, que son emitidas y rápidamente absorbidas de nuevo; el principio de incertidumbre de Heisenberg nos dice que ellas no tienen que conservar la energía y el movimiento. Así la repulsión electrostática entre dos electrones puede ser considerada como la emisión, por parte de un electrón, de fotones virtuales y que luego son absorbidos por el otro.

Aunque parece contrario a lo racional, ni siquiera el vacío absoluto equivale al concepto de la nada. De hecho, el vacío está repleto de diversas partículas que continuamente aparecen o dejan de existir. Estas partículas aparecen, existen durante un breve instante y luego vuelven a desaparecer.

Como su existencia es tan fugaz, generalmente se las llama partículas virtuales.

La misma mecánica, pero a través de los cambios de la partícula virtual de la gravedad el «gravitón» (el quantum del campo gravitacional), podría considerarse para estimar la atracción gravitacional entre dos cuerpos. Pero gravitones nunca se han visto. La gravedad es tan débil que puede obviarse a escala molecular, donde los efectos cuánticos son importantes. Ahora, si los cambios que podrían realizarse en los gravitones sólo se producen en la interacción entre dos puntos de masa, es posible, entonces, que en los cuerpos masivos se ignore los efectos cuánticos. El principio de incertidumbre de Heisenberg nos señala que no podemos medir simultáneamente la posición y la velocidad de una partícula subatómica, pero esta indeterminación es imperceptible para los planetas, las estrellas o las galaxias.

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