“Me gusta esta figura porque muestra muy claramente lo que conocemos en física de partículas, lo que esperamos explorar en las próximas décadas, y lo que creemos conocer, aunque nunca llegaremos a explorar de forma directa. La partícula con más masa conocida tiene menos de 200 GeV y todavía se sigue explorando entre 10 a 200 GeV en busca de nuevas partículas. Basta recordar que se acaba de descubrir una partícula con 125 GeV de masa, el bosón de Higgs, y que muchos físicos creen que la partícula responsable de la materia oscura tiene una masa en este rango. El LHC y sus sucesores en las próximas décadas explorarán las energías entre 100 y 5000 GeV (difícilmente podrán llegar más lejos). Sin embargo, hay un desierto hasta energías de 10 000 000 000 GeV (la escala de Planck) que no hemos explorado, que no podremos explorar en el siglo XXI y del que no conocemos absolutamente nada, aunque imaginamos muchas cosas.”

Como facilmente podemos deducir de lo que arriba se dice, estamos muy lejos aún de llegar a un autoconsistente final en la teoría de cuerdas que, posiblemente necesite disponer de la energía de Planck (10¹⁹ GeV), para verificarla de manera que no dejara ningún lugar a dudas. Hemos podido verificar la Teoría Cuántica y tambien, las dos versiones de la Teoría de la Relatividad. Sin embargo… Las cuerdas están lejos de ser una teoría que podamos aceptar y, sólo esperanzas podemos volcar en ella, con la idea de que, en un futuro más o menos lejano, nos pudiera dar aquellas respuestas que, de momento, no encontramos.

No podemos negar que algunos resultados en esta teoría han sido sobresalientes: Las resonancias, que habían actuado como motivación, se acomodaban como modos de vibración de las cuerdas y la democracia nuclear adquiría un status más sólido al reflejar una manera de unificar partículas, con espines arbitrariamente altos, como distintos modos de vibración de un mismo objeto fundamental. Aunque estos avances fueron destacados, la teoría empezó pronto a hacer aguas. En primer lugar, las cuerdas eran tan solo una manera de modelar la física subyacente a las amplitudes duales, pero por otra parte esta estructura de objetos extendidos fundamentales producía una serie de consecuencia que no iban a encajar con los futuros resultados experimentales en interacciones fuertes.

Las amplitudes duales, aunque implementaban la idea de democracia nuclear, daban ineludiblemente lugar a un comportamiento de las amplitudes a altas energías mucho más suave del que se observaba en la realidad. Por otro lado los avances formales habían mostrado que la consistencia de la teoría exigía un espacio tiempo de dimensión 26 y que el espectro contenía al menos un taquión (una partícula con masa imaginaria). Estos defectos fueron pronto, parcialmente subsanados, dando lugar a conceptos que han ocupado un papel crucial en la Física de los últimos lustros; estoy hablando de la supersimetría y al renacimiento de las ideas de Kaluza  y Klein sobre espacio-tiempo con más de cuatro dimensiones.

Seguiremos hablando de la Teoría de Cuerdas y llegaremos hasta la actual posición que ocupa ésta compleja idea que algunos físicos han venido desarrollando en los últimos cuarenta años y que, nadie sabe en qué pueda desembocar. Muchas han sido las teorías que han sido desarrolladas y, siempre, nos dieron respuestas a cuestiones que, en un principio, ni podíamos imaginar.

¿Os acordáis de la Teoría del Caos?

                                                             El efecto mariposa, un atractor extraño

El orden lleva asociado un grado importante de predicción, al caos le sucede lo contrario. Los sistemas lineales, representan el orden, son predecibles y cómodos de manejar, de ahí nuestra tendencia a generalizarlos. Ante un sinfín de situaciones generalizamos, proyectamos los datos del presente para tratar de averiguar un comportamiento futuro y casi siempre nos va bien. Pero existen sistemas que se resisten: pequeñas variaciones, incertidumbres, en los datos iniciales desembocan en situaciones finales totalmente descontroladas e impredecibles. Son los llamados sistemas caóticos.

Pues, de la misma manera, estamos tratando de desarrollar una teoría que, de alguna manera, nos pueda responder a cuestiones que son presentidas e intuidas pero que, hasta el momento, nadie ha podido explicar y, es precisamente con la Teoría de Cuerdas con lo que se quiere buscar esas respuestas profundamente escondidas en las entrañas de la naturaleza: ¡La Teoría de Cuerdas! Que podría ser una quimera o una gran solución.

emilio silvera

Lo cierto es que cada día tenemos más motivos para el asombro: Los instrumentos que hemos llegado a construir nos dicen cosas y hablan de temas que, hace tan sólo un siglo, ni podíamos soñar. Vemos como en los aceleradores al lanzar haces de muones a velocidad cercana a la de la luz, ¡incrementan su masa! como vaticinó Einstein en su Teoría de la Relatividad especial. Estamos estudiando y comprobando si el Universo es realmente plano o curvo, hemos podido descubrir con nuestros grandes telescopios inmensos globos de plasma que se hinchan en sucesos de energía “infinita”, estrellas masivas que están fuera de toda razón, toda vez que al pasar de 120 masas solares su propia radiación las tendría que destruir, se ha podido medir el momento anómalo del muón que contradice todo el Modelo estándar y nos recuerda lo poco que aún sabemos, hemos podido descubrir fuerzas imposibles que surgen de un supervacío, estructuramos teorías que versan sobre universos de más dimensiones en los que la gravedad cuántica está presente, buscamos una hipotética energía y materia oscura que impregna todo el universo, tratamos de saber sobre partículas virtuales surgidas en fluctuaciones de vacío observada y que nadie sabe de dónde proceden y como se pueden formar para desaparecer después. Hemos podido desarrollar una Teoría del Caos que nos habla de la importancia que tienen los momentos iniciales para el resultado en los momentos finales y También, hablamos de caos cuántico.

Detengámonos por un momento en uno de esos extraños sucesos o efectos encontrados por nuestra especie que ha sabido arrancar muchos de los secretos de la Naturaleza para poder avanzar en el saber del mundo. De esa manera, la Física y otras disciplinas científicas han dado pasos de gigante para poder comprender cómo resultan ser las cosas.

Hendrik Casimir *1909 Director of Philips’ research laboratories, Eindhoven, Netherlands Assistant to Wolfgang Pauli: Winter semester 1932-1933 – Summer semester 1933 © Pauli Archive, CERN, Geneva.

Este era el físico teórico holandés Hendrik Casimir que fue el primero en observar que cuando dos espejos se enfrentaban en el vacío, las fluctuaciones en el vacío ejercen “presión de radiación” sobre ellos. En media, la presión externa (flechas grandes) es mayor que la presión interna (flechas pequeñas). Ambos espejos se atraen mutuamente hacia el otro por la llamada Fuerza de Casimir. La fuerza F ~ A / d4 , donde A es el área de los espejos y d es la distancia entre los mismos.

La Fuerza de Casimir es el efecto mecánico más famoso de las fluctuaciones del vacío. Considera la separación entre dos espejos planos como una cavidad Todos los campos electromagnéticos tienen un “espectro” característico que contienen muchas frecuencias distintas. En un vacío libre todas las frecuencias tienen la misma importancia. Pero dentro de la cavidad, donde el campo es reflejado sucesivamente entre los espejos, la situación es distinta. El campo se amplifica si múltiplos enteros de la mitad de la longitud de onda encajan exactamente en la cavidad. Esta longitud de onda corresponde a la “resonancia de cavidad”. A otras longitudes de onda, por contra, se suprime el campo. Las fluctuaciones del vacío se suprimen o aumentan dependiendo de si la frecuencia corresponde a la resonancia de cavidad o no.

Una cantidad física importante cuando se discute la Fuerza de Casimir es la “presión de radiación de campo”. Cada campo – incluso en campo de vacío – lleva energía. Como todos los campos electromagnéticos puede propagarse en el espacio también ejercen presión en las superficies, como un río que fluye y empuja una compuerta. Esta presión de radiación aumenta con la energía – y por tanto la frecuencia – del campo electromagnético. En la frecuencia de resonancia de cavidad la presión de radiación dentro de la cavidad es más fuerte que la del exterior y los espejos por lo tanto son alejados. Fuera de la resonancia, por contra, la presión de radiación dentro de la cavidad es menor que la del exterior y los espejos se unen.

Ilustración del Efecto Casimir: Este fenómeno se debe a que los fotones situados entre dos placas conductoras no pueden oscilar con cualquier frecuencia, sino solo con las que resultan compatibles con las condiciones de contorno que las placas imponen sobre el campo electromagnético en uno y otro extremo

Esto supone que, en equilibrio, los componentes atractivos tienen un impacto ligeramente mayor que los repulsivos. Para dos espejos planos perfectos paralelos la Fuerza de Casimir es, por lo tanto, atractiva y los espejos son empujados uno contra otro. La fuerza, F, es proporcional al área de la sección, A, de los espejos y se incrementa 16 veces cada vez que la distancia, d, entre los espejos se reduce a la mitad: F ~ A / d 4. Aparte de estas cantidades geométricas la fuerza depende solo de valores fundamentales – la constante de Planck y la velocidad de la luz.

Mientras que la Fuerza de Casimir es demasiado pequeña para ser observada para espejos que están separados varios metros, puede ser medida si los espejos están a unas micras uno de otro. Por ejemplo, dos espejos con un área de 1 cm2 separados por una distancia de 1 µm tienen una Fuerza de Casimir atractiva de unos 10^-7 N – aproximadamente el peso de una gotita de agua de medio milímetro de diámetro. Aunque esta fuerza podría parecer pequeña, a distancias por debajo de un micrómetro la Fuerza de Casimir se convierte en la mayor fuerza entre dos objetos neutros. De hecho a separaciones de 10 nm – unas cien veces el tamaño normal de un átomo – el efecto Casimir produce el equivalente a 1 atmósfera de presión.

Aunque no tratamos directamente con estas distancias tan pequeñas en la vida diaria, son importantes en las estructuras nanoescalares y los sistemas microelectromecánicos (MEMS). Estos son dispositivos “inteligentes” del tamaño de una micra en lo que los elementos mecánicos y partes móviles, tales como diminutos sensores y actuadores son tallados en un sustrato de silicio. Los componentes electrónicos están conectados a los dispositivos para procesar información sensible o para guiar el movimiento de las partes mecánicas. Los MEMS tienen muchas aplicaciones posibles en la ciencia y la ingeniería, y ya se usan como sensores de presión en los air-bags de los vehículos.

 La Fuerza de Casimir, (que realmente está ahí) y que es más perceptible a distancias submicrométricas, puede afectar a los sistemas microelectromecánicos, o MEMS.

(a) Estos dispositivos MEMS constan de una placa de polisilicio suspendido en una barra de torsión de solo unos pocos micrómetros de diámetro. Cuando la esfera metalizada (púrpura) se aproxima a la placa, la Fuerza atractiva de Casimir entre los dos objetos hacen que la placa gire alrededor de la barra.

(b) Un micrográfico electrónico del dispositivo que muestra la placa de polisilicio.

(c) Una vista cercana de la barra.

Son muchos los experimentos que han medido el Efecto Casimir y, como otros fenómenos de la Naturaleza, este conocimiento nos dará la opción de saber en qué puede incidir para, si conviene aprovecharlo y, si en ciertas situaciones pudiera ser nosivo, evitarlo poniendo los medios para ello.

Cuando la esfera se acerca a la placa, la Fuerza atractiva de Casimir hace que la diminuta traviesa se doble. Esta curvatura se mide mediante el rebote de un láser sobre el saliente y usando un fotodiodo para captar la luz reflejada. El micrográfico electrónico muestra una esfera metalizada unida a la punta de una traviesa triangular de un microscopio de fuerza atómica.

En 1.948, el físico holandés Hendrik Casimir demostró que la teoría cuántica puede crear energía negativa: tomemos simplemente dos placas de metal paralelas y descargadas ordinariamente, el sentido común nos dice que estas dos placas, puesto que son eléctricamente neutras, no ejercen ninguna fuerza entre sí. Pero Casimir demostró que, debido al principio de incertidumbre de Werner Heisenberg, en el vacío que separa estas dos placas existe realmente una agitada actividad, con billones de partículas y antipartículas apareciendo y desapareciendo constantemente. Aparecen a partir de la “nada” y vuelven a desaparecer en el “vacío”. Puesto que son tan fugaces, son, en su mayoría, inobservables, y no violan ninguna de las leyes de la física. Estas “partículas virtuales” crean una fuerza neutra atractiva entre estas dos placas que Casimir predijo que era medible.

La próxima generación de lasers tendrá la capacidad de crear materia al capturar ‘partículas fantasma’ que, según la mecánica cuántica, parecen llenar el espacio vacío. El principio de incertidumbre de la mecánica cuántica dice que el espacio nunca puede estar completamente vacío. En realidad, hay fluctuaciones aleatorias que dan lugar a un conjunto de partículas como electrones y positrones, su homólogo en la antimateria.

Las llamadas ‘partículas virtuales’ suelen anularse la una a la otra demasiado rápido como para poder verlas. Sin embargo, ya en los años 30 los físicos predijeron que un fuerte campo eléctrico transformaría las partículas virtuales en partículas reales que podemos observar. El campo las empuja en direcciones opuestas porque tienen cargas eléctricas opuestas, separándolas tanto que no se pueden destruir entre ellas.

Los lasers están capacitados idealmente para esta tarea porque su luz abarca todos los campos eléctricos fuertes. En 1997, los físicos del Linear Accelerator Center de California utilizaron luz láser para crear unos pocos pares electrón-positrón. Ahora, nuevos cálculos sugieren que la próxima generación de lasers podrá crear estas parejas por millones. Pero, sigamos con Casimir.

       De las llamadas fluctuaciones de vacío pueden surgir, partículas virtuales y quién sabe que cosas más… Hasta un nuevo Universo.

Cuando Casimir publicó el artículo, se encontró con un fuerte escepticismo. Después de todo, ¿cómo pueden atraerse dos objetos eléctricamente neutros, violando así las leyes normales de la electricidad clásica? Esto era inaudito. Sin embargo, en 1.985 el físico M. J. Sparnaay observó este efecto en el laboratorio, exactamente como había predicho Casimir. Desde entonces (después de un sin fin de comprobaciones), ha sido bautizado como el efecto Casimir.

Una manera de aprovechar el efecto Casimir mediante grandes placas metálicas paralelas descargadas, sería el descrito para la puerta de entrada y salida del agujero de gusano de Kip S. Thorne para poder viajar en el tiempo. ¿Os acordáis de la película Contac?

La energía negativa o matria exótica podría mantener abierta la “puerta” de entrada al agujero de gusano para poder viajar a otros universos (según Thorne) y, de alguna manera, esa rara materia se podría crear mediante el aprovechamiento del Efecto Casimir. ¡Qué cosas se le ocurren a algunos!

Por el momento, al no ser una propuesta formal, no hay veredicto sobre la máquina del tiempo de Thorne. Su amigo, Stephen Hawking, dice que la radiación emitida en la entrada del agujero sería suficientemente grande como para contribuir al contenido de materia y energía de las ecuaciones de Einstein. Esta realimentación de las ecuaciones de Einstein distorsionaría la entrada del agujero de gusano, incluso cerrándolo para siempre. Thorne, sin embargo, discrepa en que la radiación sea suficiente para cerrar la entrada.

Aquí es donde interviene la teoría de supercuerdas. Puesto que la teoría de supercuerdas es una teoría completamente mecanocuántica que incluye la teoría de la relatividad general de Einstein como un subconjunto, puede ser utilizada para calcular correcciones a la teoría del agujero de gusano original.

En principio nos permitiría determinar si la condición AWEC es físicamente realizable, y si la entrada del agujero de gusano permanece abierta para que los viajeros del tiempo puedan disfrutar de un viaje al pasado.

 

De todas las maneras y desde todos los ángulos que lo podamos mirar, si algún día, las máquinas del tiempo, son posibles, el peligro estaría servido. ¿Quién sería el encargado de controlar su uso? ¿Quién se encargaría de controlar al encargado? y así podríamos seguir indefinidamente, tal es el volumen de gravedad del problema que generaría la existencia de máquinas del tiempo para viajar hacia atrás o hacia delante.

Nuestra línea de universo resume toda nuestra historia, desde que nacemos hasta que morimos. Cuanto más rápido nos movemos más se inclina la línea de universo. Sin embargo, la velocidad más rápida a la que podemos viajar es la velocidad de la luz. Por consiguiente, una parte de este diagrama espacio-temporal está “prohibida”; es decir, tendríamos que ir a mayor velocidad que la luz para entrar en esta zona prohibida por la relatividad especial de Einstein, que nos dice que nada en nuestro universo puede viajar a velocidades superiores a c.

Antes comentaba algo sobre disfrutar de un viaje al pasado pero, pensándolo bien, no estaría yo tan seguro. Rápidamente acuden a mi mente múltiple paradojas que, de una u otra especie han sido narradas, principalmente por escritores de ciencia-ficción que, por lo general, son los precursores del futuro.

Robert A. Heinlein

Tenemos una que, ideada por Robert A. Heinlein en su clásico relato corto “All you Zombies”, nos cuenta lo siguiente:

“Una niña es misteriosamente abandonada en un orfanato de cierto lugar en el año 1.945. La niña, Jane, crece solitaria y triste, sin saber quiénes son sus padres, hasta que un día se siente extrañamente atraída por un vagabundo. Ella se enamora de él, pero precisamente cuando parece que las cosas empiezan a ir bien para Jane, ocurren una serie de desastres. En primer lugar, se queda embarazada del vagabundo, que seguidamente desaparece. En segundo lugar, durante el complicado parto, los doctores descubren que Jane tiene dos conjuntos de órganos sexuales y, para salvar su vida, se ven obligados a transformar quirúrgicamente a “ella” en “él”. Finalmente, un misterioso extraño rapta a su hija de la sala de partos.”

Destrozado por estos desastres, rechazado por la sociedad, desahuciado por el destino, “él” se convierte en un borracho vagabundo. Jane no sólo perdió a sus padres y a su único amor, sino que también ha perdido a su hija.

Años más tarde, en 1.970, entra en un bar solitario y cuenta, entre copa y copa, su patética historia a un viejo camarero. El compasivo camarero ofrece al vagabundo la oportunidad de vengarse del extraño que la dejó embarazada y abandonada, a condición de que se una al “cuerpo de viajeros del tiempo”. Ambos entran en una máquina del tiempo y el camarero deja al vagabundo en 1.963. El vagabundo se siente fuerte y extrañamente atraído por una joven huérfana, que luego deja embarazada.

El camarero sigue a continuación nueve meses hacia delante, secuestra a la niña del hospital y la abandona en un orfanato en 1.945. Luego, el camarero deja al vagabundo totalmente confuso en 1.985, para alistarse en el cuerpo de viajeros del tiempo. El vagabundo consigue rehacer su vida, se convierte en un miembro anciano y respetado del cuerpo de viajeros del tiempo, y luego se disfraza de camarero y tiene una misión más difícil: una cita con el destino, encontrar a un viejo vagabundo en un bar en el año 1.970”.

Pero, terminemos con la historia.  La pregunta a todo esto es: ¿quién es la madre, el padre, el abuelo, la abuela, el hijo, la hija, la nieta el nieto… de Jane? La muchacha, el vagabundo y el camarero, por supuesto, son todos la misma persona. Estas paradojas pueden causar mareos cuando tratamos de desentrañar la retorcida parentela de Jane.

Si viajar en el tiempo finalmente pudiera ser posible, cosas parecidas a esta locura ¡“podrían ocurrir”! ¡Imaginación! eso es lo que nos distingue de otros seres vivos.

¿Es un astronáuta lo que se ve ahí? La iglesia empezó a construirse en 1513 y hubo restauraciones pues fue parcialmente dañada en guerras y temblores, la última restauración fue en 1995 y alguien pensaría que ahí aprovecharon para poner ese astronauta. ¿Astronautas del siglo XXVII? Bueno, en algunos grabados de aquellas civilizaciones antiguas, están presentes imágenes que parecen estar vestido con un traje espacial con casco, la de arriba aparece en un pilar de la catedral de Salamanca en España pero parece que, al restaurarla, se pensó en incluir una figura moderna a las ya existentes.

Puede que dentro de algunos cientos de años, los que la vean hablen de otro origen. Claro que no sería el único astronauta medieval, incluso los sumerios tienen el suyo. ¿Podrían otras civilizaciones haber desarrollado ya esos conocimientos que nosotros ahora sólo hemos empezado a presentir?

“La naturaleza no sólo es más extraña de lo que suponemos; es más extraña de lo que podamos suponer”. Nos decía I. B. S. Haldane, y, desde luego, si alguna vez se llegan a conseguir los viajes en el Tiempo, nunca se habrá predicho de manera tan exacta hasta donde nos podrían llevar los extraños caminos que la Naturaleza esconde para que los descubramos.

Pero, sigamos un momento más con Hawking que ya no dedica el grueso de su energía creativa al campo que le hizo mundialmente famoso: los agujeros negros, que ahora ya están superados. Él persigue una pieza mayor: la teoría de campo unificado. La teoría de cuerdas, recordémoslo, empezó como una teoría cuántica y posteriormente absorbió a la teoría de la gravedad de Einstein. Hawking, partiendo como un puro relativista clásico más que como un teórico cuántico, enfoca el problema desde el punto de vista inverso. Él y su colega James Hartley parten del universo clásico de Einstein, y luego ¡cuantizan el universo entero!

¿Quién puede dar una explicación clara y precisa de lo que es la gravedad cuántica y la cosmología cuántica? ¿No se contradicen ambas? La primera trata del universo de lo muy pequeño y, la segunda, sin embargo, se refiere a lo muy grande. Sin embargo, el hombre elucubra sin cesar y llega a rincones del pensamiento que, no pocas veces parecen alejados de la lógica y la razón.

Hawking es uno de los fundadores de una nueva disciplina científica, denominada cosmología cuántica. A primera vista, esto parece una contradicción en los términos. La palabra cuántico se aplica al mundo infinitesimalmente pequeño de los quarks y los neutrinos, mientras que cosmología significa la extensión casi ilimitada del espacio exterior. Sin embargo, Hawking y otros creen ahora que las preguntas finales de la cosmología sólo pueden ser contestadas por la teoría cuántica. Hawking lleva la teoría cuántica a las últimas consecuencias cuánticas, que permiten la existencia de un número infinito de universos paralelos.

Recordemos que el punto de partida de la teoría cuántica está en el cuanto de acción de Planck, h, que más tarde desarrollaron Werner Heisenberg, con su principio de incertidumbre, y Schrödinger, con su función de ondas, Y, que describe todos los diversos estados posibles de una partícula. Cuanto más grande y oscuro es el nubarrón, mayor es la concentración de vapor de agua y polvo en el lugar en el que está situada la nube, con lo cual, podemos estimar rápidamente la probabilidad de encontrar grandes concentraciones de agua y polvo en ciertas partes del cielo. De hecho, un grupo de científicos hallan la Mayor Reserva de Agua en el Espacio.

Dos equipos de astrónomos del Instituto de Tecnología de California (Caltech) encontraron la mayor reserva de agua alrededor de un cuásar -uno de los cuerpos más brillantes y más violentos del Universo- a 12 mil millones de años luz de la Tierra, lo que la hace, también, la más lejana.

La cantidad de vapor de agua es equivalente a 140 mil billones de veces de toda el agua en los océanos de nuestro planeta; su temperatura es de menos 53 grados Celsius y es 300 mil millones de veces menos denso que la atmósfera de la Tierra, pero de 10 a 100 veces más denso que lo típico en las galaxias como la Vía Láctea.

Sigamos con la teoría de Hawking. El nubarrón puede compararse a una sola función de onda electrónica. Al igual que el nubarrón, esta llena todo el espacio. Análogamente, cuanto mayor es su valor en un punto, mayor es la probabilidad de encontrar allí el electrón. Así mismo, las funciones de onda pueden estar asociadas con objetos grandes, como personas. Ahora mismo, que estoy sentado en mi sillón de la mesa del despacho que tengo en mi casa para escribir sobre ciencia, sé que tengo una función de onda de probabilidad de Schrödinger. Si de algún modo pudiera ver mi función de onda, se parecería a una nube con una forma muy aproximada a la de mi cuerpo. Sin embargo, algo de la nube se extenderá por todo el espacio, más allá de Júpiter e incluso más allá del Sistema Solar, aunque allí sea prácticamente nula. Esto significa que existe una probabilidad muy grande de que yo esté, de hecho, sentado en mi sillón y no en el planeta Júpiter. Aunque parte de mi función de onda se extienda incluso más allá de la Vía Láctea, hay sólo una posibilidad infinitesimal de que yo este sentado en otra galaxia.

Múltiples universos conectados por agujeros de gusano. También agujeros que nos llevaran de galaxia en galaxia, o, incluso entre regiones de nuestra propia galaxia que, tan alejados están los unos de los otros que, recorrerlos físicamente por el método tradicional de un viaje, sería imposible.

La nueva idea de Hawking consistía en tratar el universo entero como si fuera una partícula cuántica. Repitiendo algunos pasos simples, nos dirigimos a conclusiones esclarecedoras.

Empezamos con una función de onda que describe el conjunto de todos los universos posibles. Esto significa que el punto de partida de la teoría de Hawking debe ser un conjunto infinito de universos paralelos, la función de onda del universo. El análisis bastante simple de Stephen Hawking, reemplazando la palabra partícula por universo, ha conducido a una revolución conceptual en nuestras ideas sobre la cosmología.

Según esta imagen, la función de onda del universo se extiende sobre todos los universos posibles.

El objetivo al que se enfrentan los cosmólogos cuánticos es verificar matemáticamente esta conjetura, demostrar que la función de onda del universo es grande para nuestro universo presente y prácticamente nula para los demás universos. Esto demostraría entonces que nuestro universo familiar es en cierto sentido único y también estable. Por el momento, los cosmólogos cuánticos son incapaces de resolver este importante problema.

                            Un equipo internacional de astronomos detecta las galaxias mas lejanas jamas encontradas.

Si tomamos a Hawking en serio, ello significa que debemos empezar nuestro análisis con un número infinito de todos los universos posibles en mutua coexistencia. Para decirlo de otra manera, la definición de la palabra universo ya no sería “todo lo que existe”; ahora significa “todo lo que puede existir”.

En fin, amigos míos, lo que siempre decimos, los teóricos exponen sus teorías que no siempre tenemos los medios para poder verificar pero, no podemos ponerles puertas al campo y, la Imaginación, debe volar libre por los espacios siderales de los pensamientos que, mientras no se muestre lo contrario, son ilimitados. De hecho, es lo único realmente infinito que existe en nuestro Universo: La Imaginación y los pensamientos que genera.

emilio silvera

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

“… el Modelo Estándar es, en la historia, la más sofisticada teoría matemática sobre la naturaleza. A pesar de la palabra “modelo” en su nombre, el Modelo Estándar es una teoría comprensiva que identifica las partículas básicas y especifica cómo interactúan. Todo lo que pasa en nuestro mundo (excepto los efectos de la gravedad) es resultado de las partículas del Modelo Estándar interactuando de acuerdo con sus reglas y ecuaciones.”