El Vacío perfecto no existe

Habiendo llegado un mensaje a esta pagina de los alumnos de 2º de Física de una Universidad Española, nos piden que hagamos un  comentario que verse sobre el Vació y hagamos un poco de historia. Como el principal motivo de esta pagina es el de divulgar la Física y la Astronomía, no tenemos inconveniente alguno en prestar dicha colaboración y, para ello, nos hemos documentado y hacemos este primer comentario (muy breve) y otro posterior de mas amplitud que, esperamos les pueda ser de utilidad a dichos alumnos.

De eso que llamamos “vacío” surgen partículas virtuales que aparecen y desaparecen de inmediato para volver

El vació comienza con un concepto filosófico en la Antigua Grecia. La primera noticia corresponde a Demócrito de Abdera (460-400 a. de C.), quien razonando sobre la naturaleza de la materia concluye que esta formada por átomos y vació, pensamiento que permanece hasta Aristóteles (384 a 322 a. de C.)que, con su concepto de la extensión del cuerpo físico, niega la existencia del vació. El Renacimiento científico con Baliani, Bert y Torricelli, pero en controversia con Galileo, demuestra la existencia del vació como espacio exento de aire.

En el espacio, nadie puede escucharte gritar. Esto es así porque en el espacio no hay aire: es un vacío. Las ondas de sonido no pueden viajar a través del vacío. Sin embargo, allí hay mucho, lo de vacío es una forma de hablar y referido sólo al aire respirable.

 

Pascal define el concepto de presión. Otto von Guericke inventa la bomba de “aire” (bomba de vació) y es perfeccionada por Boyle y Huygens. Se despierta el interés por la descarga eléctrica y se entra en el siglo XIX con la utilización del mercurio como fluido de bombeo y la invención del manómetro de compresión de McLeod, descubrimiento de los rayos catódicos, los rayos X y el electrón. Queda abierto el camino para el gran desarrollo durante el siglo XX y el advenimiento del ultra alto vació.

Hacer un recorrido serio por la historia del vació, desde Grecia hasta finales del siglo XIX, nos obligaría a recorrer un largo camino hasta llegar al Renacimiento Científico  del s. XVI y XVII y detallar todos y cada uno de los descubrimientos que se pudieron hacer a lo largo de ese tramo de la Historia.

                                En los laboratorios se hicieron experimentos con bombas de vacío

Fueron muchos los progresos que se hicieron posible a partir del s. XVIII, durante esa centuria fueron cuatro los centros de difusión y desarrollo de la ciencia y la tecnología del Vació: Florencia, la Haya, Londres y Oxford. Ya en el siglo XIX, podemos considerar que prevaleció el mercurio y la teoría. El mercurio se convierte en el elemento básico como fluido de bombeo en las nuevas bombas y con vació final que llegan a los 10^-5  milímetros de mercurio al finalizar el siglo del siglo. La obtención de vacíos mas bajos y controlados abre el campo de la teoría de los gases que, sin ser exhaustivo, resumidos en: John Dalton (1776-1844) y la ley de proporciones múltiples.

La Ley de Amadeo Avogadro (1776-1856) y la determinación del numero de moléculas en el volumen. John James Weterston (1811-1883) y el concepto cinético de presión. William Ramsey (1852-1916), composición del aire, descubrimiento de gases nobles. Rudolf Julios Emanuel Clausius (1822-1888) Que desarrolla la Mecánica Estadística. Luwdwig Boltzmann (1844-1906), la constante universal de los gases y la teoría de los micro estados. James Clerk Maxwell (1831-1879) que desarrolla la teoría cinética de los gases. ¿Se podía pedir más al desarrollo del estudio teórico de los gases en esa época?

En el vacío existen fuerzas

El impacto del vació en el desarrollo de la Física moderna ha sido grande y de una importancia capital para las nuevas tecnologías y materiales durante los comienzos del siglo XIX, ya que, tuvo una gran incidencia en su desarrollo, especialmente en el descubrimiento del electrón y los rayos X, y, desde luego, serian muchos mas los datos y acontecimientos y personajes que deberíamos poner aquí. Al mismo tiempo que se desarrolla la Ciencia y la Técnica del Vació, se utiliza como herramienta para inventar o desarrollar dispositivos o procesos en vació.

Todos sabemos que no fue Edison el inventor y que abusó de la idea de un genio como Tesla

Edison en 1879 inventa la lámpara de incandescencia con filamentos de carbón y utiliza la bomba de Sprengel modificada. En 1852 W.R. Grove da evidencia del proceso de pulverización catódica. Mediante la descarga el material del cátodo es transferido y depositado sobre una placa pulida. Proceso que con las innovaciones introducidas se sigue ampliamente utilizando en nuestros días. En 1882 Dewarl describe el método para almacenar líquidos criogénicos. En 1887 el físico alemán Karl Ferdinand Braun  (1850-1918) basándose en el tubo de rayos catódicos inventa el osciloscopio.

Los principios básicos de la Ciencia y Tecnología del Vació han sido establecidos y queda abierto el campo al tremendo desarrollo que experimento durante el siglo XX y el gran impacto que tuvo en el desarrollo de la Ciencia.

emilio silvera

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                   Todo lo que pase el Horizonte de Sucesos habrá hecho el viaje de irás y no volverás

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

La onda gravitacional emitida por el agujero negro produce  una ondulación en la curvatura del espacio-tiempo que viaja a la velocidad de la luz transportada por los gravitones.

Hay aspectos de la física que me dejan totalmente sin habla, me obligan a pensar y me transportan 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,  = 1’62 × 10^{-33 cm}, es la escala de longitud por debajo de la cual es 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 10⁴³ 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^-66 cm²) 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 in-eliminables 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.

                             Fluctuación cuántica, el vacío, lo que llamamos vacío, está lleno a rebosar

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 infinita. 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.

Los secretos que la Naturaleza esconde

No puedo dejar de referirme al vacío theta (vacío 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 función de Bloch* en un cristal. 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. El vacío theta es el punto de partida para comprender el estado de vacío de las teoría gauge fuertemente interaccionantes, como la cromo-dinámica cuántica.

En astronomía, el vacío está referido a regiones del espacio con menos contenido de galaxias que el promedio, o ninguna galaxia. También solemos llamarlo vacío cósmico. Han sido detectados vacíos con menos de una décima de la densidad promedio del universo en escalas de hasta 200 millones de años luz en exploraciones a gran escala. Estas regiones son, a menudo (aunque no siempre), esféricas.

El Gran Vacío, Vacío Boötes es una región enorme y casi esférica del espacio, que contiene muy pocas galaxias.  Tiene unos 250 millones de años luz de diámetro (casi el 0.27% del diámetro del universo visible),

 o unos 236,000 Mpc3 en el volumen, el Vacío Boötes es uno de los mayores vacíos conocidos

 en el universo, y nos referimos a el como un super-vacío. El centro del Vacío Boötes esta a unos 700 millones de años luz de la Tierra. 

 

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 hemos captado, no sabemos descifrar. Cuando esté totalmente preparado para ello, os lo contaré; el mensaje permanece escondido fuera de nuestra vista*.

Sabemos referirnos al producto o cociente de las unidades físicas básicas, elevadas a las potencias adecuadas, en una cantidad física derivada. Las cantidades físicas básicas de un sistema mecánico son habitualmente la masa (m), la longitud (l) y el tiempo (t). Utilizando estas dimensiones, la velocidad, que es una unidad física derivada, tendrá dimensiones l/t, y la aceleración tendrá dimensiones l/t². Como la fuerza es el producto de una masa por una aceleración, la fuerza tiene dimensiones mlt^-2. En electricidad, en unidades SI, la corriente, I, puede ser considerada como dimensionalmente independiente, y las dimensiones de las demás unidades eléctricas se pueden calcular a partir de las relaciones estándar. La carga, por ejemplo, se puede definir como el producto de la corriente por el tiempo; por tanto, tiene dimensión It. La diferencia de potencia está dad por la relación P = VI, donde P es la potencia. Como la potencia es la fuerza por la distancia entre el tiempo (mlt^-2 × l × t^-1 = ml²t^-3), el voltaje V está dado por V = ml²t^-3I^-1. Así queda expresado lo que en física se entiende por dimensiones, referido al producto o cociente de las cantidades físicas básicas.

Pero volvamos de nuevo a las fluctuaciones de vacío, que al igual que las ondas “reales” de energía positiva, están sujetas a las leyes de la dualidad onda/partícula; es decir, tienen tanto aspectos de onda como aspectos de partícula.

Las ondas fluctúan de forma aleatoria e impredecible, con energía positiva momentáneamente aquí, energía negativa momentáneamente allí, y energía cero en promedio. El aspecto de partícula está incorporado en el concepto de partículas virtuales, es decir, partículas que pueden nacer en pares (dos partículas a un tiempo), viviendo temporalmente de la energía fluctuacional tomada prestada de regiones “vecinas” del espacio, y que luego se aniquilan y desaparecen, devolviendo la energía a esas regiones “vecinas”. Si hablamos de fluctuaciones electromagnéticas del vacío, las partículas virtuales son fotones virtuales; en el caso de fluctuaciones de la gravedad en el vacío, son gravitones virtuales.

Claro que, en realidad, sabemos poco de esas regiones vecinas de las que tales fluctuaciones toman la energía. ¿Qué es lo que hay allí? ¿Está en esa región la tan buscada partícula de Higgs? Sabemos que las fluctuaciones de vacío son, para las ondas electromagnéticas y gravitatorias, lo que los movimientos de degeneración claustrofóbicos son para los electrones. Si confinamos un electrón a una pequeña región del espacio, entonces, por mucho que uno trate de frenarlo y detenerlo, el electrón está obligado por las leyes de la mecánica cuántica a continuar moviéndose aleatoriamente, de forma impredecible. Este movimiento de degeneración claustrofóbico que produce la presión mediante la que una estrella enana blanca se mantiene contra su propia compresión gravitatoria o, en el mismo caso, la degeneración de neutrones mantiene estable a la estrella de neutrones, que obligada por la fuerza que se genera de la degeneración de los neutrones, es posible frenar la enorme fuerza de gravedad que está comprimiendo la estrella.

De la misma forma, si tratamos de eliminar todas las oscilaciones electromagnéticas o gravitatorias de alguna región del espacio, nunca tendremos éxito. Las leyes de la mecánica cuántica insisten en que siempre quedarán algunas oscilaciones aleatorias impredecibles, es decir, algunas ondas electromagnéticas y gravitatorias aleatorias e impredecibles. Estas fluctuaciones del vacío no pueden ser frenadas eliminando su energía (aunque algunos estiman que, en promedio, no contienen energía en absoluto). Claro que, como antes decía, aún nadie ha podido medir de ninguna manera la cantidad real de energía que se escapa de ese supuesto “vacío”, como tampoco se ha medido la cantidad de fuerza gravitatoria que puede salir de ese mismo espacio “vacío”. Si la energía es masa y la masa produce gravedad, entonces ¿Qué es lo que hay en ese mal llamado “espacio vacío”?

                     Una especie de espuma cuántica inmersa en un campo de energía que tratamos de conocer

No puedo contestar de momento esa pregunta, sin embargo, parece que no sería un disparate pensar en la existencia allí de alguna clase de materia que, desde luego, al igual que la bariónica que sí podemos ver, genera energía y ondas gravitacionales que, de alguna manera que aún se nos oculta, escapa a nuestra vista y sólo podemos constatar sus efectos al medir las velocidades a las que se alejan las galaxias unas de otras: velocidad de expansión del universo, que no se corresponde en absoluto con la masa y la energía que podemos ver.

Estoy atando cabos sueltos, uniendo piezas y buscando algunas que están perdidas de tal manera que, por mucho que miremos, nunca podremos ver. El lugar de dichas piezas perdidas no está en nuestro horizonte y se esconde más allá de nuestra percepción sensorial.

Estamos en un momento crucial de la física, las matemáticas y la cosmología, y debemos, para poder continuar avanzando, tomar conceptos nuevos que, a partir de los que ahora manejamos, nos permitan traspasar los muros que nos están cerrando el paso para llegar a las supercuerdas, a la materia oscura o a una teoría cuántica de la gravedad, que también está implícita en la teoría M. Estamos anclados; necesitamos nuevas y audaces ideas que puedan romper las cadenas virtuales que atan nuestras mentes a ideas del pasado. En su momento, esas ideas eran perfectas y cumplieron su misión. Sin embargo, ahora no nos dejan continuar y debemos preparar nuestras mentes para evolucionar hacia nuevos conceptos y ahondar en aquellos que, aun estando ahí presentes, no somos capaces de utilizar, como por ejemplo el hiperespacio, de tan enorme importancia en el futuro de la Humanidad. Cuando sepamos “ver” dimensiones más altas, todo será mucho más sencillo y encontraremos las respuestas a los problemas que hoy no sabemos resolver. Sin embargo, pronto podremos sondear en el océano de Higgs, los llamados los campos de Higgs donde parece que reside el Bosón de ese mismo nombre que le da masa a las partículas.

emilio silvera

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El filósofo José Antonio Marina

Mis lecturas hace tiempo ya que se limitan a Revistas científicas y culturales, y, de vez en cuando, me paso la tarde repasando algunas que, por algún motivo, llamaron mi atención y me aconsejó guardarlas, contra la lógica protesta de mi santa mujer: ¡Pero hombre, ¿dónde van a caber tantas revistas y libros? ¿Te has empeñado en echarnos de casa? Bueno…¡lo de siempre!

Me encontré de pronto con un pequeño trabajo del Filósofo, ensayista y pedagogo  toledano, José Antonio Marina Torres, y, por su agradable lectura y el cierto encanto poético que el escrito resuma, me ha parecido bien trasladarlo aquí, para que todos ustedes disfruten como lo hice yo cuando aquel lejano día de mayo de 2.005, lo pude leer por vez primera.

Diario de Un curioso

La capacidad poética de la inteligencia a través de formas plásticas, lenguisticas, musicales o matemáticas, la teoría de cuerdas y las paradojas del Big Bang son algunas de las cuestiones que aborda el filósofo José Antonio Marina.

“En mi jardín han florecido los narcisos. Sus campánulas tienen unos coquetos bordes rizados. A veces la Naturaleza parece presumida. Algunos tulipanes son cartesianos y otros en cambio exhiben un tupé barroco. Las berzas que he inventado se pavonean con grandes hojas ondulantes. Ya lo dijo Neruda en su versión poética de la huerta: “La col / se dedicó / a probarse faldas”. Estos rizos son rupturas espontáneas de simetría, y acabo de leer un artículo de Eran Sharon donde lo explica, aunque en realidad ya lo explicó Gauss con su teorema de la curvatura. Las tensiones del crecimiento resultan excesivas para integrarse en una métrica plana y buscan una línea de fuga.”

¿Anula la belleza del narciso, o de las gloxinias, o de las escarolas, saber que sus ágiles líneas están dirigidas por una ecuación? En absoluto. La capacidad poética de la inteligencia puede recrear la realidad con muchos idiomas: plásticos matemáticos, musicales, lingüísticos.

Vuelvo a leer sobre la teoría de cuerdas, a la espera de que se acabe de construir en Suiza el Large Hadrón Collider, el mayor acelerador de partículas, para intentar una corroboración experimental. Esta teoría pretende dar una visión unificada de las cuatro fuerzas del Universo. En el fondo del fondo lo que hay son cuerdas que vibran en distintas frecuencias, como las de los instrumentos musicales. Las notas que producen son las partículas elementales: electrones, neutrinos, fotones, bosones, gluones, gravitones.

¡Si Pitágoras -que dijo que el último componente de la realidad eran el número y la música- levantara la cabeza! Hablo de estas cosas porque he estado en Santiago de Compostela hablando una vez más sobre la Universidad. Creo que un agregado de facultades y escuelas técnicas no es una Universidad, sino un desastrado cajón de sastre de organizaciones autónomas. Se convierte en Universidad cuando emerge de un proyecto humanista unificado.

                                                           Universidad de Santiago de Compostela

En el origen está la inteligencia humana que se despliega por múltiples caminos, y debemos mantener la referencia a esa fuente primordial para comprender lo que estamos haciendo. Les pondré un ejemplo. Las Universidades colaboran o compiten con las empreas privadas en temas de investigación. Pues bien, creo que son dos modos distintos de investigar. Un químico universitario y un químico empresarial usan la misma química, por supuesto, pero de distinta manera. El investigador universitario debe conocer su disciplina, pero además está obligado a tener un conocimiento reflexivo, humanista, de lo que está haciendo. Al fin y al cabo, la Universidad debería ser la conciencia reflesiva de la sociedad.

                              ¡No podemos evitarlo! Nuestra tendencia es poner la mano en la Naturaleza misma

La ciencia me apasiona como una novela de intriga, sobre todo cuando parece toparse con paradojas insalvables. He leído un artículo, escrito por Charles Lineweaver y Tamara Davis, astrónomos del Observatorio de Monte Stromlo, en Camberra, sobre las paradojas del Big Bang. Hace 40 años se anunció un descubrimiento que probaba que el universo se había expandido desde un estado primordial caliente y denso: el fondo cósmico de microondas, rescoldo frío de la gran explosión. Pero ¿Qué se quiere decir cuando se afirma que el universo se está expandiendo? ¿Hacia dónde se expande? ¿Se expande también la Tierra? Para complicar más las cosas parece que esa expansión se acelera.

                              Las galaxias se alejan cada vez a mayor velocidad las unas de las otras

Todo esto resulta difícil de comprender, porque el universo no tiene bordes, no está en ningún lugar, que diría el viejo Aristóteles. ¿Cómo puede entonces expandirse? Las distancias a las galaxias remotas aumentan, pero eso no quiere decir que viajen a través del espacio. Es el espacio el que se expande entre las galaxias y nosotros. En este sentido, el universo se contiene así mismo, no requiere ni un centro desde el que dilatarse, ni un espacio vacío donde expandirse. La gran explosión no fue una explosión en el espacio, sino del espacio. Sucedió en todos los puntos a la vez. El centro está en todas partes.

Este relato cosmogónico, tan bello como el de Hesíodo, plantea algunos problemas. Edwin Hubble descubrió hace muchos años la constante que cuantifica la rapidez con que el universo se expande, y predice que a partir de una determinada distancia, llamada “distancia de Hubble”, cifrada en catorce mil millones de años-luz, las galaxias se alejan a una velocidad mayor que la de la luz.

Y como pasas en un pastel o lunares en un globo que se hincha, cuanto más distantes están las galaxias más deprisa se separan.

¿Contradice este hecho la teoría de la relatividad, que considera que la luz es el esprinter invencible del universo? Parece que no, porque la relatividad sólo se aplica a los movimientos en el espacio, no a la expansión del mismo espacio. Espacio y luz compiten en maratones diferentes. Estas historias me recuerdan una escena de Annie Hall. El alter-ego infantil de Woody Allen explica a su médico y su madre la razón de que no vaya al colegio: “El universo está en expansión… El universo lo es todo y si se expande sin parar algún día se romperá, ¡y eso será el final de todo!” A lo que su madre le replica muy sensatamente: “Pero tu está en Br00klyn, ¡y Brooklyn no está en expansión!”.

Para terminar, y dadas las fechas que se acercan, os dejo otro de los pensamientos de José Antonio Marina, el filósofo que pretende entrar en la mente de la Sociedad moderna para decirles: “Abrid bien los ojos, procurad ver lo que la realidad esconde”. Detrás de las cosas que creemos ver…¡siempre hay, algo más!

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Esa “materia” que llaman oscura podría resolver el problema que explique la expansión del Universo y de cómo, las grandes estructuras, se alejan las unas de las otras a mayor velocidad de lo que deberían hacerlo si sólo tuviéramos en cuenta la materia Bariónica, la que emite luz y radiación y conforman las galaxias.

    No se deja ver pero está ahí permeando todo el Espacio Interestelar entre galaxias (eso dicen)

Si en verdad, pudiéramos constatar la existencia de la “Materia Oscura” podríamos asegurar que la mayor parte del Universo estaría compuesto de una clase de materia que no podemos ver. Y, sería lo más natural preguntar, entonces, qué efecto debe tener este descubrimiento sobre el problema de explicar la estructura a gran escala.

                                                                    Debajo de esta imagen nos dicen:

“Se llama Materia Oscura a la materia que no emite ni refleja suficiente radiación electromagnética para ser detectada con los medios técnicos actuales pero cuya existencia puede deducirse a partir de los efectos gravitatorios que causa en la materia visible.

Se ha medido la masa total de muchas galaxias y también se ha medido la velocidad a la que giran y parece que lo hacen tan rápido que su masa aparente es insuficiente para mantenerlas sin que se deshagan. Es más, la velocidad de giro de las estrellas es casi constante a partir de cierta distancia del núcleo galáctico e independiente de ésta.  Las estrellas situadas en los bordes galácticos giran casi a la misma velocidad que las que están más cerca del núcleo.

Así viaja el Sol por el Universo acompañado de todos los objetos del Sistema solar

Esto sólo es posible si hay mucha más materia en las galaxias y que está más uniformemente repartida y no concentrada en su núcleo como parece.

Por lo tanto deben tener más masa de la que observamos para que la fuerza centrífuga no acabe por desperdigar las estrellas en todas direcciones. Se calcula que la Vía Láctea tiene unas 10 veces más materia oscura que materia ordinaria.

Lo mismo ocurre con las velocidades orbitales de los cúmulos de galaxias. Son excesivas para las masas que les atribuimos.”

“3 marzo 2012. Los astrónomos que usan datos del Telescopio Hubble de la NASA han observado lo que parece ser un grupo de materia oscura que es parte de restos de un naufragio entre los cúmulos masivos de galaxias. El resultado podría desafiar las teorías actuales sobre la materia oscura que predicen que las galaxias deberían estar ancladas a la sustancia invisible, incluso durante el choque de una colisión.

 

 

Abell 520 es una fusión gigante de cúmulos de galaxias situadas a 2,4 mil millones de años luz de distancia. La materia oscura no es visible, aunque su presencia y la distribución se encuentra indirectamente a través de sus efectos. La materia oscura puede actuar como una lupa, curvar la luz y causar la distorsión de las galaxias y cúmulos detrás de ella. Los astrónomos pueden usar este efecto, llamado lente gravitacional, para inferir la presencia de materia oscura en los cúmulos de galaxias masivas.”

Informes recientes de la desaparición de la materia oscura pueden ser muy exagerados, según un nuevo artículo de investigadores del Instituto de Estudio Avanzado (IAS).

Un grupo de astrónomos que utilizó telescopios de ESO anunció en abril una sorprendente falta de materia oscura en la galaxia dentro de la vecindad del Sistema Solar.

 Un equipo internacional de científicos ha conseguido identificar directamente el primer filamento de materia oscura entre dos agrupaciones de galaxias, la Abell 222 y la Abell 223.

El Hubble detectó materia oscura en 25 cúmulos de galaxias (Foto: Especial NASA, ESA, M. Postman (STScI), and the CLASH Team )

El telescopio espacial Hubble, que operan en conjunto la NASA y la ESA, captó luz torcida de un cúmulo de galaxias por la materia oscura, reportaron astrónomos. Los científicos creen que las formas distorsionadas que fotografiaron dentro del proyecto de investigación Estudio de clusters y supernovas con el Hubble (CLASH, por su acrónimo en inglés de Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble)  son causadas por esa misteriosa ‘materia oscura’, de la que se sabe que tiene el doble de gravedad y logra retorcer los rayos de luz. La materia oscura constituye el grueso de la masa del universo, sin embargo, sólo puede detectarse midiendo cómo se curva la luz en el espacio por un efecto de torsión de la gravedad, explicó la agencia espacial estadounidense en un comunicado.

Leyendo estas noticias, no sólo me sorprendo sino que, me deja anonadado, toda vez que, se hacen afirmaciones gratuitas de cuestiones que los científicos desconocen y se limitan a ponerle al resultado, una etiqueta que ya, de antemano, llevaban preparada. Esto se debería tomar más en serio y no se deben consentir expresiones que, con un furme carácter afirmativo, pretendan otorgar la categoría de “verdad” a lo que, realmente, se desconoce. Sí, puede que con vistas a la noticia quede mejor pero…es poco serio.

 

 

 

En realidad, la materia oscura no se puede ver, y, sin embargo, los cosmólogos “la localizan” con facilidad asombrosa y le dan colores en las imágenes para distinguirla de la materia ordinaria, y, siempre, en esas imágenes, me llama la atención que la representen en menor proporción que a la materia Bariónica, cuando dicen que es mucho más abundante la otra.

 

Una vez que hemos aceptado la idea de que la mayor parte del Universo no está formado por la materia familiar, las dificultades que debemos resolver y para las que no tenemos explicación, pierden algo de fuerza, ya que, llega en su ayuda la “materia oscura” salvadora que saca a los cosmólogo de esa situación tensa en la que no podían dar una explicación de cómo se pudieron formar las galaxias y que, con la materia oscura, todo queda resulto.

 

 

 

Ahora se habla de la materia oculta del Universo, sin ella, no cuadran las cuentas

 

Aunque la presión de la radiación, al interaccionar con protones y electrones en el plasma del comienzo del universo, puede realmente impedir la acumulación de la materia ordinaria hasta después de que los átomos se han formado, no hay razón alguna por la que se puede decir lo mismo de la materia oscura. Esta, podría haber dejado de interaccionar pronto con la radiación del Big Bang, por ejemplo, en aquel primer segundo. En tal caso, la “materia oscura” se podría haber acumulado  bajo la influencia de la Gravedad mucho antes de la formación de los átomos. La presión de radiación no impediría este tipo de acumulación, porque la hipótesis sería que ese tipo de radiación no podría presionar sobre la materia oscura como lo hacía con la ordinaria.

 

 

 

Si esto sucedió, entonces, cuando los átomos se formaron finalmente y la materia normal era libre de comenar a agregarse, se encontraría en un universo en el que ya existirían enormes concentraciones de masa. Partículas de materia ordinaria serían fuertemente atraídas a los lugares en que la “materia oscura” ya se había congregado y se movía rápidamente hacia esos puntos.

El proceso sería como derramar agua sobre una superficie horadada por profundos agujeros; el agua correría por los agujeros y la velocidad de su carrera no tendría casi nada que ver con la fuerza que una partícula de agua ejerce sobre otra. Una vez que la materia ordinaria está libre de la presión de radiación, caerá en los “agujeros” ya creados por la “materia oscura”, y así las galaxias y otras estructuras se pudieron formar después de que la radiación se desapareje. Todos los razonamientos acerca de la “ventana de tiempo”, que tantos problemas causaron para la formación de las galaxias, quedarían así resueltos.

 

 

 

            ¿Cuánta materia oscura hace falta para formar una galaxia?

El descubrimiento es un paso clave  para entender cómo la “materia oscura”, una sustancia invisible que impregna nuestro universo, contribuyó al nacimiento de las galaxias masivas en el universo temprano. La belleza de esta idea es que toma dos problemas -la ventana del tiempo inadecuada para formación de galaxias y la existencia de materia oscura- y los une para conformar una solución al problema central de la estructura del Universo.

Parece (como decía aquel Físico Premio Nobel de Holanda), que la materia oscura es “la Alfombra” bajo la cual barremos nuestra ignorancia. Nadie ha podido ver nunca a la “materia oscura”, ni sabe de que partículas estará formada, tampoco se sabe porque es invisible y, sin embargo, emite radiación y fuerza de gravedad.

“La Materia oscura” por hipótesis, tiene una ventana de tiempo mucho más larga que la materia ordinaria, porque se despareja más pronto en el Big Bang. Tiene mucho tiempo para cumularse antes de que la materia ordinaria sea libre para hacerlo. El hecho de que la materia ordinaria caiga entonces en el agujero gravitatorio creado de este modo sirve para explicar porque encontramos galaxias rodeadas por un halo de materia oscura. La hipótesis mata dos pájaros de un tiro.

Pero debemos recordar que en este punto sólo tenemos una idea que puede funcionar, no una teoría bien construida. Para pasar de la idea a la teoría, tenemos que responder dos preguntas importantes y difíciles:

1. ¿Cómo explica la estructura la materia oscura?

2. ¿Qué es la materia oscura?

Debajo de esta imagen, sin ningún pudor, nos ponen:

“La detección de estos fósiles estelares inmensa confirma las predicciones del modelo de la materia oscura fría de la cosmología, que propone que la actual gran diseño de las galaxias espirales se formaron a partir de la fusión de sistemas estelares menos masivos.

La estructura de escombros envuelve a la galaxia NGC 5907, situada a 40 millones de años luz de la Tierra y formada a partir de la destrucción de una de sus galaxias enanas satélites por lo menos cuatro mil millones de años. Según el equipo de investigación, la galaxia enana ha perdido la mayor parte de su masa en forma de estrellas, cúmulos estelares y materia oscura, que ha quedado distribuido a lo largo de su órbita, dando lugar a un conjunto complicado de entrecruzamiento los fósiles galácticos cuyo radio supera los 150 000 años luz.”

Nos hablan de materia oscura fría y caliente en función (según dicen) de a qué velocidad se muevan las partícuals: Los neutrinos podrían formar parte de la “materia oscura caliente”. Sin embargo, nos encontramos que, según algunos, estas partículas no tienen masa, o, apenas la tienen, lo que platea un gran problema para rellenar tan ingente cantidad de materia como dicen que es la que está presente en el Universo.

Energía oscura. Desde que hace 13.700 millones de años nació en una gran explosión, el universo se expande, como un globo que se hincha, y las galaxias se alejan unas de otras. Así seguiría hasta que, si hubiera suficiente masa, la atracción gravitatoria haría que en algún momento empezara a replegarse y acabaría de nuevo todo comprimido. Caso de no haber suficiente masa en el cosmos, la expansión no cesaría nunca. Hace 14 años, unos científicos se llevaron la gran sorpresa: la expansión del universo, en lugar de ralentizarse, se acelera. Los datos vencieron el escepticismo inicial, y hasta tal punto el descubrimiento se considera sensacional que se llevó el último Premio Nobel de Física. Se ha denominado la energía oscura, pero nadie sabe qué es lo que está actuando para producir esa aceleración de la expansión.

Claro que de todo esto, con tantas implicaciones inmersas en el problema, tendríamos que estar años discutiendo y observando, programando modelos cada vez más certeros, sofisticados y reales que, nos dijeran ¿Cuánta materia materia realmente tiene que haber en el Universo? y, sabiendo cuánta es la Bariónica, por eliminación, sabríamos la cantidad exacta de la “otra” si es que, realmente existe.

Además de los neutrinos masivos, yo también descartaría a los WIMPs como candidatos a esa “materia oscura” que tanto se pregona pero que nadie encuentra. El estado de la cuestión es que, difícilmente podríamos encontrar a un cosmólogo que no fuera partidario de la existencia de la materia oscura pero, el problema es adjudicar la autoria de la misma a ¿Qué candidato? En este caso, nos aparecen los Axiones y fotinos…acompañados de muchos más.  Y, en esa tesitura, debemos concluir que, la “materia oscura” si es que existen debe estar conformada de alguna manera que desconocemos y, lo mismo que se buscaron a los neutrinos masivos, también se inventaron a los WIMPs (Partícula Masiva de Interacción Débil). Claro que, el mayor número de candidatos para la materia oscura surge de un principio conocido como supersimetría.

Las teorías que presuponen la supersimetría son aquellas que unifican las cuatro fuerzas; las teorías últimas que gobiernan el primer instante de la vida del Universo (TOE o Teoría de todas las Cosas). Pero, ¿Qué es la supersimetría? Cuando la materia se rompe en sus constituyentes últimos, reconocemos dos tipos de partículas elementales. En primer lugar están los Quarks y partículas como el Electrón (leptones) que constituyen la materia sólida. Estas partículas están agrupadas bajo el término general de “fermiones”. Se caracterizan por el hecho de que giran alrededor de sus ejes de rotación a ritmos que son fracciones semi-enteras de una unidad básica de rotación. En otras palabras, tienen un espín 1/2,  3/2, etc., pero nunca 1, 2, …

La segunda clase de partículas se llaman Bosones y su espines son 0, 1, 2, etc. Ya hemos explicado aquí muchas veces sus propiedades y particularidades que, ahora, para este cometido de la materia oscura, no viene al caso. El caso es que, en mundo donde los fermiones y los bosones se rigieran por las mismas reglas, sería super-simétrico. Sería un mundo de simplicidad total, porque sólo habría un tipo de partícula, y constituiría la estructura como la fuerza. El modo más prometedor de comprender los orígenes del universo parece implicar teorías que postulan que todo comenzó en un estado super-simétrico.

En realidad, la supersimetría está presente por todo el Universo

No, esto no es la materia en la sombra de la que hablamos pero…   ¿Habrá un Universo en la sombra?

                    Las cuerdas podrían estar presentes por todo el Universo ramificadas por el espacio

En otra entrada expliqué sobre  otro candidato a “materia oscura”:  “La Cuerda Cósmica” que, en sí misma, requiere un capítulo para ella sola. Es un objeto surgido en los primeros momentos del Big Bang, cuando el universo sólo tenía una edad de 10^-35 segundos, cuando la fuerza fuerte se congeló y el universo se infló. Las cuerdas podrían ser un subproducto del proceso mismo de congelación.

La gran masa de esas cuerdas nos dice que se tuvo que formar en los primeros instantes, cuando la temperatura era muy grande y las energías inmensas como para poder crear objetos exóticos que, como las cueras cósmicas pudieran tener unas densidades “infinitas” y estar situadas a lo largo de todo el universo como filamentos entre galaxias conectándolas las unas a las otras. En primer lugar, las cuerdas son muy masivas y muy delgadas; la anchura de una cuerda es mucho menor que la de un protón, pongamos por caso. Las cuerdas no llevan carga eléctrica, así que no interaccionan con la radiación como las partículas ordinarias. Aparecen en todas las formas; largas líneas ondulantes, lazos vibrantes, espirales tridimensionales, etc. Está claro que las cuerdas son candidatos perfectos para la msteria oscura.  Ejercen una atracción gravitatoria, pero no pueden ser rotas por la presión de la radiación en los inicios del universo.

¡Es todo tan complejo! ¡Sabemos aún tan poco!

emilio silvera

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