Llevamos más de cien años y, la Física, sigue dominada por dos Teorías: La Cuántica y la Relatividad

Poco a poco vamos pudiendo explicar las cosas que hoy no sabemos y, los adelantos continuados, en todas las disciplinas, del saber humano, hace posible que las teorías de hoy, no sean las del mañana, toda vez que, cuando se descubren nuevos datos y nuevos sucesos, nos hacen tomar también, caminos nuevos que nos llevan a la búsqueda de nuevas teorías. Lo cierto es que siempre andamos a vueltas con las teorías, y, tenemos que ser conscientes que las teorías tienen unos límites que están bien determinados.

Veamos:

Unas nos hablan del “universo” de lo muy pequeño y otras, del “universo” de lo muy grande, pero… ¿Cuáles son los límites de la teoría cuántica y de la teoría de la relatividad general de Einstein? Afortunadamente, hay una respuesta simple y las unidades de Planck nos dicen cuales son.

Supongamos que tomamos toda la masa del universo visible y determinamos su longitud de onda cuántica. Podemos preguntarnos en qué momento esta longitud de onda cuántica del universo visible superará su tamaño.  La respuesta es: cuando el universo sea más pequeño en tamaño que la longitud de Planck, es decir, 10^-33 centímetros, más joven que el tiempo de Planck 10ˉ⁴³ segundos y supere la temperatura de Planck de 10³² grados.  Las unidades de Planck marcan la frontera de aplicación de nuestras teorías actuales. Para comprender en que se parece el mundo a una escala menor que la longitud de Planck tenemos que comprender plenamente cómo se entrelaza la incertidumbre cuántica con la gravedad. Para entender lo que podría haber sucedido cerca del suceso que estamos tentados a llamar el principio del universo, o el comienzo del tiempo, tenemos que penetrar la barrera de Planck. Las constantes de la naturaleza marcan las fronteras de nuestro conocimiento existente y nos dejan al descubierto los límites de nuestras teorías.

En los intentos más recientes de crear una teoría nueva para describir la naturaleza cuántica de la gravedad ha emergido un nuevo significado para las unidades naturales de Planck. Parece que el concepto al que llamamos “información” tiene un profundo significado en el universo. Estamos habituados a vivir en lo que llamamos “la edad de la información”.  La información puede ser empaquetada en formas electrónicas, enviadas rápidamente y recibidas con más facilidad que nunca antes. Nuestra evolución en el proceso rápido y barato de la información se suele mostrar en una forma que nos permite comprobar la predicción de Gordon Moore, el fundador de Intel, llamada ley de Moore, en la que, en 1.965, advirtió que el área de un transistor se dividía por dos aproximadamente cada 12 meses. En 1975 revisó su tiempo de reducción a la mitad hasta situarlo en 24 meses. Esta es “la ley de Moore” cada 24 meses se obtiene una circuiteria de ordenador aproximadamente el doble, que corre a velocidad doble, por el mismo precio, ya que, el coste integrado del circuito viene a ser el mismo, constante.

 Los procesamiento de información vienen impuestos por las constantes de la naturaleza. Día a día la computación cuántica se va acercando a la realidad.

Los límites últimos que podemos esperar para el almacenamiento y los ritmos de procesamiento de la información están impuestos por las constantes de la naturaleza. En 1981, el físico israelí, Jacob Bekenstein, hizo una predicción inusual que estaba inspirada en su estudio de los agujeros negros.  Calculó que hay una cantidad máxima de información que puede almacenarse dentro de cualquier volumen. Esto no debería sorprendernos. Lo que debería hacerlo es que el valor máximo está precisamente determinado por el área de la superficie que rodea al volumen, y no por el propio volumen. El número máximo de bits de información que puede almacenarse en un volumen viene dado precisamente por el cómputo de su área superficial en unidades de Planck. Supongamos que la región es esférica. Entonces su área superficial es precisamente proporcional al cuadrado de su radio, mientras que el área de Planck es proporcional a la longitud de Planck al cuadrado, 10^-66 cm².  Esto es muchísimo mayor que cualquier capacidad de almacenamiento de información producida hasta ahora. Asimismo, hay un límite último sobre el ritmo de procesamiento de información que viene impuesto por las constantes de la naturaleza.

                   Planck

No debemos descartar la posibilidad de que seamos capaces de utilizar las unidades de Planck-Stoney para clasificar todo el abanico de estructuras que vemos en el universo, desde el mundo de las partículas elementales hasta las más grandes estructuras astronómicas.  Este fenómeno se puede representar en un gráfico que recree la escala logarítmica de tamaño desde el átomo a las galaxias. Todas las estructuras del universo existen porque son el equilibrio de fuerzas dispares y competidoras que se detienen o compensan las unas a las otras; la atracción y la repulsión. Ese es el equilibrio de las estrellas donde la repulsión termonuclear tiende a expandirla y la atracción (contracción) de su propia masa tiende a comprimirla; así, el resultado es la estabilidad de la estrella. En el caso del planeta Tierra, hay un equilibrio entre la fuerza atractiva de la gravedad y la repulsión atómica que aparece cuando los átomos se comprimen demasiado juntos. Todos estos equilibrios pueden expresarse aproximadamente en términos de dos números puros creados a partir de las constantes e, h, c, G y m_protón.

“Tras medir alfa en unas 300 galaxias lejanas, vimos un patrón constante: este número, que nos dice la fuerza del electromagnetismo, no es igual en otras partes que en la Tierra, y parecer variar de forma continua a lo largo de un eje”. Algunos se empeñan en variar la constante de estructura fina y, si eso llegara a producirse… las consecuencias serían funestas para nosotros. Otros estudios nos dicen que esa constante, no ha variado a lo largo de los miles de millones de años del Universo y, así debe ser, o, si varió, lo hizo en una escala ínfima.

Si varían algunas de las dos en sólo una diezmillonésima, muchas de las cosas que conforman el Universo serían imposible y, la consecuencia sería, la ausencia de vida.  La identificación de constantes adimensionales de la naturaleza como α (alfa) y a_G, junto con los números que desempeñan el mismo papel definitorio para las fuerzas débil y fuerte de la naturaleza, nos anima a pensar por un momento en mundos diferentes del nuestro. Estos otros mundos pueden estar definidos por leyes de la naturaleza iguales a las que gobiernan el universo tal como lo conocemos, pero estarán caracterizados por diferentes valores de constantes adimensionales. Estos cambios numéricos alterarán toda la fábrica de los mundos imaginarios. Los átomos pueden tener propiedades diferentes. La gravedad puede tener un papel en el mundo a pequeña escala.  La naturaleza cuántica de la realidad puede intervenir en lugares insospechados.

La identificación de constantes adimensionales de la naturaleza como a (alfa) y a_G, junto con los números que desempeñan el mismo papel definitorio para las fuerzas débil y fuerte de la naturaleza, nos anima a pensar por un momento en mundos diferentes del nuestro. Estos otros mundos pueden estar definidos por leyes de la naturaleza iguales a las que gobiernan el universo tal como lo conocemos, pero estarán caracterizados por diferentes valores de constantes adimensionales. Estos cambios numéricos alterarán toda la fábrica de los mundos imaginarios. Los átomos pueden tener propiedades diferentes. La gravedad puede tener un papel en el mundo a pequeña escala.  La naturaleza cuántica de la realidad puede intervenir en lugares insospechados.

Lo único que cuenta en la definición del mundo son los valores de las constantes adimensionales de la naturaleza (así lo creían Einstein y Planck).  Si se duplica el valor de todas las masas no se puede llegar a saber, porque todos los números puros definidos por las razones de cualquier par de masas son invariables.

Cuando surgen comentarios de números puros y adimensionales, de manera automática aparece en mi mente el número 137. Ese número encierra más de lo que estamos preparados para comprender; me hace pensar y mi imaginación se desboca en múltiples ideas y teorías. Einstein era un campeón en esta clase de ejercicios mentales que él llamaba “libre invención de la mente”. El gran físico creía que no podríamos llegar a las verdades de la naturaleza sólo por la observación y la experimentación. Necesitamos crear conceptos, teorías y postulados de nuestra propia imaginación que posteriormente deben ser explorados para averiguar si existe algo de verdad en ellos.

Para poner un ejemplo de nuestra ignorancia poco tendríamos que buscar, tenemos a mano miles de millones.

El gran físico León Lederman nos decía:

“Todos los físicos del mundo, deberían tener un letrero en el lugar más visible de sus casas, para que al mirarlo, les recordara lo que no saben. En el cartel sólo pondría esto: 137. Ciento treinta y siete es el inverso de algo que lleva el nombre de constante de estructura fina”.

Este número guarda relación con la posibilidad de que un electrón emita un fotón o lo absorba. La constante de estructura fina responde también al nombre de “alfa” y sale de dividir el cuadrado de la carga del electrón, por el producto de la velocidad de la luz y la constante de Planck. Tanta palabrería y numerología no significan otra cosa sino que ese solo numero, 137, encierra los misterios del electromagnetismo (el electrón, e^–), la relatividad (la velocidad de la luz, c), y la teoría cuántica (la constante de Planck, h).

Sus dimensiones y masa le permiten ¡lo imposible! para nosotros. La tensión superficial es una consecuencia de que todas las moléculas y los átomos se atraen unos a otros con una fuerza que nosotros llamamos fuerza de Van der Vaalls. esta fuerza tiene un alcance muy corto. para ser más precisos, diremos que la intensidad de esta fuerza a una distancia r es aproximadamente proporcional a 1/r⁷. Esto significa  que si se reduce la distancia entre dos átomos a la mitad, la fuerza de Van der Vaalls con la que se atraen uno a otro se hace 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 128 veces más intensa. Cuando los átomos y las moléculas se acercan mucho unos a otros quedan unidos muy fuertemente a través de esta fuerza.

La mecánica cuántica domina en el micro-mundo de los átomos y de las partículas “elementales”. Nos enseña que en la naturaleza cualquier masa, por sólida o puntual que pueda parecer, tiene un aspecto ondulatorio. Esta onda no es como una onda de agua. Se parece más a una ola de histeria que se expande: es una onda de información. Nos indica la probabilidad de detectar una partícula. La longitud de onda de una partícula, la longitud cuántica, se hace menor cuanto mayor es la masa de esa partícula.

Por el contrario, la relatividad general era siempre necesaria cuando se trataba con situaciones donde algo viaja a la velocidad de la luz, o está muy cerca o donde la gravedad es muy intensa. Se utiliza paradescribir la expansión del universo o el comportamiento en situaciones extremas, como la formación de agujeros negros.

Sin embargo, la gravedad es muy débil comparada con las fuerzas que unen átomos y moléculas y demasiado débil para tener cualquier efecto sobre la estructura del átomo o de partículas subatómicas, se trata con masas tan insignificantes que la incidencia gravitatoria es despreciable. Todo lo contrario que ocurre en presencia de masas considerables como planetas, estrellas y galaxias, donde la presencia de la gravitación curva el espacio y distorsiona el tiempo.

Como resultado de estas propiedades antagónicas, la teoría cuántica y la teoría relativista gobiernan reinos diferentes, muy dispares, en el universo de lo muy pequeño o en el universo de lo muy grande. Nadie ha encontrado la manera de unir, sin fisuras, estas dos teorías en una sola y nueva de Gravedad-Cuántica.

La velocidad de la luz en el vacío es por definición una constante universal de valor 299.792.458 m/s(suele aproximarse a 3·10⁸ m/s), o lo que es lo mismo 9,46·10¹⁵ m/año; la segunda cifra es la usada para definir al intervalo llamado año luz. La información se transmitirá a esa velocidad como máximo, nuestro Universo, no permite mayor rapidéz, al menos, por los métodos convencionales. Lo cierto es que algún día nos daremos cuenta y descubriremos que la luz tiene más importancia de la que ahora le podemos dar, toda vez que no conocemos, la realidad de su naturaleza y todo lo que significa en nuestro Universo. Nosotros mismos, en última instancia… ¡Somos luz!

                                                             Estamos hechos de átomos y de luz

De átomos que se juntan para formar moléculas y sustancias que tienen sus origen en las estrellas, y, que por unas inexplicables transformaciones, ese conjunto evolucionada y puede llegar, a convertirse en pensamientos.

El año 2.015 fue el Año Internacional de la Luz, ese fenómeno natural del que tenemos muchos secretos que desvelar. Creo que, el día que sepamos, lo es realmente la luz,la inmensa ignorancia que llevamos acuesta, será más llevadera.

¡Sabemos aun tan poco!

emilio silvera

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• GEMMA MECA
• Licenciada en Historia, máster en Periodismo y Comunicación Digital. Redactora en Ok Diario. Cuento historias, soy amante de los astros, sigo a la luna, los TT de Twitter y las tendencias en moda. Experta en noticias de consumo, lifestyle, recetas y Lotería de Navidad.
• • 29/04/2024 19:30
  • ACTUALIZADO: 29/04/2024 19:30

La ciencia ha dado, con una fecha exacta que nadie querría conocer, el momento exacto en el que el Sol explotará. El ciclo de vida de una estrella como el Sol se puede predecir siguiendo los modelos y las teorías actuales.

La humanidad se enfrenta a un desafío que puede acabar con la vida y el sistema solar tal y como lo conocemos. Siguiendo con este proceso natural al que todos nos enfrentamos ya hay una fecha aproximada que determina la ‘muerte’ del sol.

El duro aviso de los científicos

Estos días en los que hablamos de cambio climático, sentimos la llegada de las estaciones de forma anómala y nos enfrentamos a unas temperaturas que no son las que tocarían para esta época del año. El planeta Tierra parece que sufre las

consecuencias de un calentamiento global que también es cíclico.

Uno de los responsables de la vida en la Tierra, además de ser el encargado de proporcionar calor y luz suficiente para poder albergar a una civilización cerca, es el Sol. Un elemento que se ha convertido en una auténtica bomba de relojería si tenemos en cuenta todo lo que ha pasado durante estos miles de años.

Visualizamos el futuro de nuestro sol, ya que lo comparamos a imagen y semejanza de otras estrellas similares, aunque realmente no podemos tener en cuenta lo que nos espera. El cambio con una estrella que como todas tendrá su final, quizás esté más cerca de lo que nos imaginamos.

La situación puede acabar siendo especialmente peligrosa si tenemos en cuenta aquello que tenemos delante. Un futuro incierto con una humanidad que mira hacia el espacio exterior como única forma de sobrevivir a una catástrofe que seguro que vamos a vivir.

Los estudios actuales convierten al sol en algo muy distinto de lo que es actualmente. Se prepara para explotar en algún momento del futuro y convertirse en un tipo de estrella muy distinta. Estamos asistiendo al final de una etapa que se debe producir en un momento sin la humanidad en la Tierra.

La explosión arrasará con los planetas más cercanos, Mercurio y Venus serán arrasados y parte de la Tierra también. Su superficie estará totalmente arrasada por este fenómeno que más tarde o temprano se producirá. No se necesita un calendario exacto, pero sí aproximado y una visión de lo que está por llegar.

Se conoce la fecha exacta en la que explotará el Sol

Antes de intentar buscar en un calendario lo que es muy probable que suceda, debemos estar preparados para dar un paso hacia delante en un futuro que está muy claro. La humanidad recientemente ha empezado a salir de nuestro planeta y se encamina hacia un universo cuyos elementos pueden acabar siendo distintos.

Un destino que puede ser el que marque una diferencia importante ante una situación que puede ser catastrófica. Especialmente cuando nos enfrentamos a un futuro que está escrito. Los viajes fuera del planeta no son un puro capricho de la ciencia, es la única forma de conseguir que la humanidad sobreviva.

Especialmente cuando estamos tan cerca de una estrella, sin la cual, la vida es imposible de visualizar. Estamos asistiendo a los primeros pasos para conseguir una supervivencia que debe ser clave para todos. Especialmente para aquellos que esperan ver llegar un final que empezará a verse en unos cuantos cientos de millones de años.

Se calcula que, dentro de 5 mil millones de años, el sol explotará. Eso quiere decir que acabará de ser una estrella para convertirse en un gigante rojo. Un elemento que hemos podido ver aparecer en otras estrellas de las mismas características del sol en un periodo de tiempo determinado.

Saber la antigüedad del sol o la energía que lo mueve, puede ser algo difícil de establecer, pero cuidado porque hoy en día estaríamos ante una predicción a largo plazo que seguro que se cumplirá. Aunque falten miles de millones de años, el cambio del sol está previsto que se produzca en este periodo de tiempo.

Un cambio de ciclo que acabará con el sistema solar tan y como lo conocemos. Un proceso por el que quizás han pasado otros sistemas similares que en su día albergaron vida y hoy en día están lejos de ser lo que eran. Las estrellas explotan y acaban siendo un punto rojo que se deja de emitir calor. Por lo que, no es posible que nazca la vida sin esa temperatura que hace posible que se produzca el milagro.

Este cambio que ninguno de los humanos verá o al menos, no en nuestra generación, se producirá de forma inevitable y es uno de los que empuja e buscar una alternativa al actual sistema en el que vivimos.

Respuesta del responsable del BLog:

 

Dependiendo de su masa, la estrella se convertirá en una enana blanca (como el Sol dentro de unos miles de millones de años), en una estrella de neutrones, o, en un agujero negro.

Proceso por el cual las estrellas cambian de apariencia exterior y de estructura interna con el paso del tiempo. Podemos pensar en la evolución estelar de igual forma que en la vida de los seres vivos, que a medida que envejecen sufren cambios en su organismo y su aspecto

Lo de los 5.000 millones de años se refiere al final del proceso. Sin embargo, mucho antes, el Sol se irá convirtiendo en una Gigante Roja que irá engullendo a Mercurio, Venus y quedará muy cerca de la Tierra, los mares y océanos se evaporaran y la vida, tal como la conocemos desaparecerá. Antes de todo eso la Humanidad habrá encontrado la manera de huir a otros mundos.

Llegado el momento final, el Sol eyectará sus capas exteriores al Espacio Interestelar para formar una Nebulosa Planetaria, y, el resto de su ingente masa se contraerá sobre sí misma, de tal manera que los electrones (que son fermiones sometidos al Principio de exclusión de Pauli), sentirán una especie de claustrofobia se se degeneraran , comenzarán a moverse a velocidades relativistas y frenará a la Gravedad que contrae la masa del Sol que, finalmente se convierte en una estrella enana blanca  que radia furiosa en el Ultravioleta ionizando a toda la Nebulosa.

El cambio comenzará cuando se vaya agotando el combustible nuclear de fusión y mediante el efecto Triple Alfa, se cree el elemento Carbono.

El Sol no expolotará como supernova, se convertirá en gigante roja primero y en enana blanca después dejando la Nebulosa planetaria con una enena blanca en el centro.

Este es un proceso que ocurre de forma continuada: cada segundo el Sol convierte 600 toneladas de hidrógeno en helio. En otras palabras, en un solo segundo, la estrella produce 760.000 veces la producción energética de la Tierra durante un año, lo equivalente a 63.450.720. Así lleva cerca de 5.000 millones de años, y, le queda otro tanto para seguir fusionando elementos y, a medida que avanza el proceso se convertirá en gigante roja.

Para cuando todo eso se vaya fraguando (dentro de mucho, mucho, muchísimo tiempo), la Humanidad (si aún sigue por aquí) habrá tenido que buscar otros mundos.

Emilio Silvera

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Premio de la RAS al equipo que ha desarrollado el instrumento MIRI para el JWST

La Royal Astronomical Society (RpuAS), la sociedad profesional de astronomía más antigua del mundo, fundada en Londres en 1820, ha otorgado su prestigioso premio de logro grupal (Group Achievement
Award) al equipo internacional que desarrolló durante más de dos décadas el instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) embarcado en el Telescopio Espacial James Webb (JWST). MIRI fue diseñado y construido por un consorcio internacional constituido por científicos e ingenieros de centros de investigación distribuidos en diez países europeos, entre ellos España, y en Estados Unidos de América bajo la dirección de la Profesora Gillian Wright del UK Astronomy Technology Centre (STFC – UK
ATC) y del Profesor George Rieke de la Universidad de Arizona.

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Boletín
RSEF
Número 137
Abril 2024

Reproduce las noticias del Boletín el miembro numerario Emilio Silvera Vázquez, adscrito a los Grupos especializados de Física Teçorica y Astrofísica.

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No dejamos de elucubrar sobre lo que podría ser. Hacemos cálculos y predicciones sobre el Futuro de la Tierra y sobre el posible destino de la Humanidad pero… ¿Será cierto todo lo que se dice?

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