La Inteligencia Artificial, dijo John McCarthy cuando acuñó el término en las conferencias de Darmouth de 1956, es: “…la ciencia e ingeniería de hacer máquinas inteligentes, especialmente programas de cómputo inteligentes.” Ese sentido no ha cambiado desde entonces. En cambio, las técnicas y aplicaciones de la Inteligencia Artificial son cada más variadas, profundas y sorprendentes. A pasos exponenciales inundarán nuestras vidas y pronto serán tan omnipresentes que apenas las percibiremos, como hoy nos sucede con la televisión, los modernos teléfonos móviles y el Internet que forman parte de nuestras vidas y, de alguna manera nos podríamos preguntar: ¿Qué haríamos sin todo esto?

Puede que vivamos en un mundo donde cada persona se conectará mentalmente con una red de ordenadores con miles de mentes pensantes también conectadas. O puede que las máquinas realicen todas las tareas para nosotros y nos permitan vivir con total lujo durante toda nuestra vida. Pero ¿qué ocurriría si las máquinas nos vieran como algo innecesario – o algo peor-? Si las máquinas llegan al punto donde se puedan reparar ellas mismas o incluso crear versiones mucho mejores, ¿podrían llegar a la conclusión de los humanos son simplemente una molestia? Realmente es un escenario que asusta. ¿Podría ser cierta la versión de Vinge del futuro? ¿Hay alguna manera de evitarlo?

He dado muchas vueltas a la IA y a la consciencia de los seres vivos. Las conclusiones a las que he podido llegar son que el pensamiento consciente debe involucrar componentes que no pueden ser siquiera simulados adecuadamente por una mera computación; menos aún podría la computación por sí sola, provocar cualquier sentimiento o intención consciente. En consecuencia, la mente debe ser realmente algo que no puede describirse mediante ningún tipo de términos computacionales. Sin embargo, noticias que llegan de nuevos descubrimientos te hacen dudar de hasta dónde podrán llegar esos “seres” artificiales creados por el hombre.

¿Llegaremos a construir replicantes que, como el replicante Geminoid DK sean físicamente idénticos a los seres humanos?,  e incluso otros que, como Robonaut 2 que han salido de la Tierra en su primer viaje espacial; gracias a la fibra óptica incluso puedan llegar a sentir frío y calor, y, en general, ¿haremos infinidad de pequeñas máquinas capaces de hacer o imitar cualquier tipo de cocimiento humano con total fluidez? Algunas de esas cosas ya se han conseguido. Pero siguen teniendo un nivel muy bajo de inteligencia, insuficiente como para que gocen de autonomía. Sin embargo…

De todas las maneras, no dejamos de insistir y queremos llegar a conseguir poder insertar los sentimientos en esos seres artificiales que cada día creamos con mayor perfección. ¿No somos conscientes del peligro que conlleva imitar a los humanos de esa manera? Las consecuencias son impredecibles y, como tantas otras cosas, cuando queramos darnos cuenta…será tarde.

Investigadores europeos están desarrollando un software que dará a los robots la capacidad de aprender cuándo una persona está triste, feliz o enfadada. El proyecto Feelix Growing está uniendo sencillos robots que pueden detectar diferentes parámetros (expresiones faciales, voz y cercanía) para determinar estados emocionales. El objetivo del proyecto es desarrollar un robot que pueda servir a los humanos con necesidades especiales, como los enfermos y los ancianos mediante redes neuronales adaptables, el robot puede aprender la manera correcta de responder a las emociones de la gente a partir de la experiencia. Por ejemplo, si alguien tiene miedo, el robot puede aprender a cambiar su comportamiento para parecer menos amenazante. Si alguien parece feliz, el robot puede tomar nota mental (¿positrónica, espintrónica…?) de lo que logró esa respuesta. Y si alguien parece enfadado o solitario, puede darle una palmadita en la espalda, ofrecerle una bebida fuerte y decir: “No te preocupes, te mereces a alguien mejor”. Sólo podemos esperar que no se hayan olvidado de las tres leyes de Asimov.

Bien es verdad que no tenemos una comprensión científica de la mente humana. Sin embargo, esto no quiere decir que el fenómeno de la consciencia deba permanecer fuera de la explicación científica. Ya se están buscando caminos científicos para dar esa explicación del misterio más profundo (seguramente) del Universo. Y, a pesar de no conocer a fondo nuestra mente, ya estamos tratando de incorporar, a mentes artificiales lo poco que de ella sabemos. ¿No será una temeridad?

                 A su imagen y semejanza.  La Geminoid F es la androide con apariencia femenina

Estamos en el camino: Prototipos al servicio de la sociedad, como una androide-enfermera, el robot-mayordomo para el hogar… Todo eso está a la vuelta de la esquina y, yo me pregunto: ¿Cómo será ese futuro nuestro?

La comprensión es, después de todo, de lo que trata la ciencia; y la ciencia es mucho más que la mera computación mecánico-electrónica. Sin embargo, parece que la realidad desmiente estos pensamientos y, podría llegar el momento en el que, la Inteligencia Artificial,  alcance niveles preocupantes al dotar, a esos “seres” artificiales de pensar por sí mismos y, si me apuran, hasta de tener sentimientos.

¿Cuál es el campo de acción de la ciencia? ¿Son solamente los atributos materiales de nuestro Universo los que son abordables con sus métodos, mientras nuestra existencia mental debe quedar para siempre fuera de su alcance? ¿O podríamos llegar algún día a una comprensión científica adecuada del profundo misterio de la mente? ¿Es el fenómeno de la consciencia humana algo que está más allá del dominio de la investigación científica, o podrá la potencia del método científico resolver algún día el problema de la propia existencia de nuestro yo consciente?

Claro que, hacemos estas preguntas y, por otro lado, al ver todo lo que está pasando y todo lo que pretendemos hacer, cabría preguntarse: ¿Somos en verdad conscientes?

Sí, tenemos la facultad de meditar profundamente y, a través de esas meditaciones alcanzar un estadio de mayor “consciencia” y comprensión, un estado tal que nos puede llevar a una conexión tan real con el Universo que es como si viajáramos fuera de este mundo para visitar, ese otro mundo hecho de pura luz donde podríamos encontrar la sabiduría que necesitamos. ¡Falta nos hace!

Creo que se avecina un cambio importante, y, nuestros cerebros que forman parte del mundo material del Universo, tiene un ingrediente que aún no hemos llegado a comprender. Incluso con nuestra limitada comprensión actual de la naturaleza de este ingrediente ausente en nuestro saber, sí podemos empezar a señalar donde debe estar dejando su huella, y como debería estar aportando una contribución vital a lo que quiera que sea en que subyacen nuestros sentimientos y acciones conscientes. ¿Por qué tratamos de regalar ese don? El que no lo comprendamos no quiere decir que lo tengamos que dar y, menos, a “seres aerificiales” de cuya evolución no podemos responder.

Una visión científica del mundo que no trate de entender en profundidad el problema de la mente consciente no puede tener pretensiones serias de compleción. La consciencia es parte de nuestro Universo, de modo que cualquier teoría física que no le conceda un lugar apropiado se queda muy lejos de proporcionar una descripción auténtica del mundo que, nosotros (tan engreídos como siempre) queremos cambiar.

Claro que, todo conocimiento científico es un arma de dos filos. Lo que realmente hacemos con nuestro conocimiento científico es otra cuestión. Tratemos de ver hasta dónde pueden llevarnos nuestras visiones de la ciencia y la mente.

Pensemos que incluso en aquellos países afortunados donde hay una paz próspera y una libertad democrática, los recursos naturales y humanos son malgastados de formas aparentemente absurdas. ¿No es ésta una clara muestra de la estupidez general del hombre? Aunque creemos representar el pináculo de la inteligencia en el reino animal, esta inteligencia parece tristemente inadecuada para manejar muchos de los problemas a los que nuestra propia sociedad nos obliga a hacer frente.

  Esta simple escena, en algunos lugares, resulta una maravilla

Pese a todo, no pueden negarse los logros positivos de nuestra inteligencia. Entre dichos logros se encuentran nuestras impresionantes ciencia y tecnología. En realidad, algunos de estos logros son alto cuestionables a largo (o corto) plazo, así lo atestiguan múltiples problemas medioambientales y un genuino temor a una catástrofe mundial inducida por las nuevas tecnologías traídas de la mano por nuestra moderna sociedad (aquí mismo, en éste foro, nos hicimos eco del temor de muchos sobre las consecuencias que  podría traer el LHC) pero, y la IA ¿Qué nos traerá?

Pero, no podemos mirar para otro lado sin ver que, nuestras tecnologías no sólo nos proporcionan una enorme expansión del dominio de nuestro yo físico sino que también amplia nuestras capacidades mentales mejorando en gran medida nuestras habilidades para realizar muchas tareas rutinarias. ¿Qué pasa con las tareas mentales que no son rutinarias, las tareas que requieren inteligencia genuina?

A veces me pregunto si podrían ser los Robots la respuesta. ¿No existe la posibilidad completamente diferente de una enorme expansión de una capacidad mental, a saber, esa inteligencia electrónica ajena que apenas está empezando a emerger de los extraordinarios avances en tecnología de ordenadores? De hecho, con frecuencia nos dirigimos ya a los ordenadores en busca de asistencia intelectual.

¿No os parece sorprendente que, de mecanismos como este podamos obtener información imposible por nuestros propios medios?

No me gustaría dejar el mundo en estas manos

Hay muchas circunstancias en las que la inteligencia humana sin ayuda no resulta nada adecuada para prever las consecuencias probables de acciones alternativas. Tales consecuencias pueden quedar mucho más allá del alcance del poder computacional humano; así pues, cabe esperar que los ordenadores del futuro amplíen enormemente este papel, en donde la computación pura y dura proporcione una ayuda incalculable para la inteligencia humana.

Pero ¿no cabe la posibilidad de que los ordenadores lleguen finalmente a conseguir mucho más que todo esto? Muchos expertos afirman que los ordenadores nos ofrecen, al menos en principio, el potencial para una inteligencia artificial que al final superará a la nuestra. Una vez que los robots controlados por ordenador alcancen el nivel de “equivalencia humana”, entonces no pasará mucho tiempo, argumentan ellos, antes de que superen rápidamente nuestro propio y exiguo nivel. Sólo entonces, afirman estos expertos, tendremos una autoridad con inteligencia, sabiduría y entendimiento suficientes que sea capaz de resolver los problemas de este mundo que ha creado la humanidad pero que no sabe ni está capacitada para regular en la adecuada forma.

      Avanzamos en tecnología y no sabemos erradicar la inmigración del hambre

A todo esto señalan el rapidísimo crecimiento exponencial de la potencia de los ordenadores y basan sus estimaciones en comparación entre la velocidad y precisión de los transistores, y la relativa lentitud y poca sólida acción de las neuronas. De hecho, los circuitos electrónicos son ya más de un millón de veces más rápido que el disparo de las neuronas en el cerebro (siendo la velocidad de aproximadamente 10⁹ segundos para los transistores y de 10³ segundos para las neuronas, y tienen una exactitud cronométrica y una precisión de acción que de ningún modo comparten las neuronas.

El Chip Intel Pentium tiene más de tres millones de de transistores en una “rodaja de silicio” del tamaño aproximado de una uña del pulgar, capaz cada uno de ellos de realizar 113 millones de instrucciones por segundo (no se si cuando esto escribo ya estará superado ese record).

Pueden apreciarse aquí, con el objetivo de 40x, las tres capas de células nerviosas que integran la corteza cerebelosa: capa molecular, capa de célula de Purkinje y capa granular.  Nótese la diferente densidad y tamaño de las neuronas de cada una, destacando los grandes somas de las células de Purkinje, apreciables a mayor aumento en otra microfotografía (zona encuadrada en rojo)

Si hiciéramos caso de las afirmaciones más extremas de los defensores más locuaces de la IA, y aceptáramos que los ordenadores y los robots guiados por ordenador superarán con el tiempo (quizá en relativo  poco tiempo) todas las capacidades humanas, entonces los ordenadores serían  capaces de hacer muchísimo más que ayudar simplemente a nuestras inteligencias. Podríamos entonces dirigirnos a estas inteligencias superiores en busca de consejo y autoridad en todas las cuestiones de interés; ¡y finalmente podrían resolverse los problemas del mundo generados por la humanidad!

Pero parece haber otra consecuencia lógica de estos desarrollos potenciales que muy bien podría producirnos una alarma genuina. ¿No harían estos ordenadores a la largo superfluos a los propios humanos? Si los robots guiados por ordenador resultaran ser superiores a nosotros en todos los aspectos, entonces ¿no descubrirían que pueden dirigir el mundo sin ninguna necesidad de nosotros? La propia humanidad se habría quedado obsoleta. Quizá si tenemos suerte, ellos podrían conservarnos como animales de compañía, incluso podrían exhibirnos en museos para recordar a sus creadores.

Yo, como he dejado claro otras veces. Soy partidario de pensar que, una cosa es la Inteligencia Artificial y otra muy distinta es el pensamiento consciente, muy superior a aquella que trabaja sólo con los datos suministrados previamente, sin el poder de repentizar una solución que no esté en su programación. ¿Llegarán los robots algún día a pensar por sí mismos, como ahora lo hacemos nosotros?

La cuestión no es nada sencilla y plantea muchas variantes de entre las que, así, de momento, podríamos exponer aquí las siguientes:

• Todo pensamiento es computación; en particular, las sensaciones de conocimiento consciente son provocadas simplemente por la ejecución de computaciones apropiadas.
• El conocimiento es un aspecto de la acción física del cerebro; y si bien cualquier acción física puede ser simulada computacionalmente, la simulación computacional no puede por sí misma provocar conocimiento.
• La acción física apropiada del cerebro provoca conocimiento, pero esta acción física nunca puede ser simulada adecuadamente de forma computacional.
• El conocimiento no puede explicarse en términos físicos, computacionales o cualesquiera otros términos científicos.

                                             Materia, energía, luz… para llegar a ser conscientes

Está claro que adentrarnos aquí a ciertas profundidades del pensamiento, no parece adecuado ni al momento ni al lugar, sin embargo, debemos pensar en que, la propia materia parece tener una existencia meramente transitoria puesto que puede transformarse de una forma en otra. Incluso la masa de un cuerpo material , que proporciona una medida física precisa de la cantidad de materia que contiene el cuerpo, puede transformarse en circunstancias apropiadas en pura energía (según E=mc²) de modo que incluso la sustancia material parece ser capaz de transformarse en algo con una actualidad meramente matemática y teórica.

De todas las maneras, por mi parte, me quedo con el punto tercero de los enumerados anteriormente, es un punto de vista más operacional que el anterior, puesto que afirma que existen manifestaciones externas conscientes (por ejemplo, cerebros) que difieren de las manifestaciones externas de un ordenador: los efectos externos de la consciencia no pueden ser correctamente simulados por un ordenador (creo).

¿Permite la Física actual la posibilidad de una acción que, en principio, sea imposible de simular en un ordenador? La respuesta no está completamente clara, sin embargo, según creo, es que tal acción no computacional tendría que encontrarse en un área de la física que está fuera de las leyes físicas actualmente conocidas.

Claro que, en este simple comentario, no queda claro quien será el vencedor final:  Fisicalismo frente a Mentalismo. Seremos tan estúpidos como para poder crear máquinas que nos superen en inteligencia hasta el punto de que puedan dominarnos.

Ahí queda la pregunta del título del trabajo flotando en el aire. ¿Quién la quiere contestar?

emilio silvera

PD.

Dar las gracias a Penrose por sus ideas.

[?]

Conclusiones.

1.- Las ondas de REM no son un continuo de energía, se encuentran  discretizadas. Derivada de un fotón, cada onda va asociada a una partícula denominada subfotón. Éste está configurado como dipolo eléctrico de forma segmentaria a partir de energía magnética de alta densidad, mostrando en cada uno de sus dos extremos un campo eléctrico de forma lobular de diferente signo, como si de un imán recto se tratara. Este conjunto unitario de onda-partícula en movimiento, exhibe un cuerpo tridimensional. Su superficie o piel EM para sentido práctico suele esquematizarse con el contorno de una onda sinusoidal de interacción EM.

2.- Cuando oleadas de subfotones y sus respectivas ondas en fase atacan una antena vertical receptora “peinándola uniformemente”, cada uno de ellos resulta guiado con su cresta eléctrica positiva por delante. Esto es así debido a que los subfotones tienen que pasar entre las polarizantes cargas negativas de los electrones libres de un conductor-antena. Cada cresta positiva de los subfotones moviéndose rápidamente entre los electrones, desplaza en un sentido una corriente de ellos a lo largo del conductor. Dirección que va a cambiar cuando a continuación pase entre ellos la cresta eléctrica negativa correspondiente. Esto se debe a que las crestas positivas de las ondas atraen electrones y las crestas negativas los repelen dentro del conductor. Repitiéndose el ciclo oscilatorio electrónico de manera global cuando grandes cantidades de subfotones en fase atraviesan la antena. Esta corriente eléctrica oscilatoria de antena se amplifica en el receptor y se puede llevar a un osciloscopio para observar la oscilación electrónica generada. El efecto sinusoidal observado en la pantalla, fue provocado por la modulación de que fueron objeto los electrones en sus movimientos en el circuito de antena correspondiente, por parte de las ondas de REM que le estarían llegando.

Nota: La bobina de antena es otro caso de recepción EM no descrito aquí.

3.- Si a lo largo de una línea de desplazamiento de ondas EM se establece lateralmente frente a ellas un puesto de observación, limitado por una delgada rendija vertical para observar (con posibilidad de movimiento en cámara lenta) cómo se mueven cada una de sus secciones, se puede observar a través de ella sólo un punto de una onda bajo escrutinio. Un aparente punto se desplaza rítmicamente a lo largo de la rendija vertical, subiendo y bajando a medida que ondas van desplazándose alejándose de la fuente.

Si además de su desplazamiento horizontal a través de la línea de referencia, se usa la representación de la onda como una cuerda que es agitada desde un extremo, el observador no puede discernir mirando a través de la rendija, si el fenómeno de desplazamiento de ondas bajo observación ocurre de manera oscilatoria. Ya que, pudiera ocurrir, sin que él observador pudiera haberse enterado, de que la cuerda en cuestión pudo haberse congelado por un súbito descenso de temperatura. En este segundo caso, la cuerda se desplazaría ondulada como si de una sola pieza sólida se tratara.

Sería una experimentación de resultado ambiguo, ya que no se puede asegurar si se trata de un movimiento transversal de la onda en cuestión o de otro tipo de movimiento. Si este fuera verdaderamente transversal, la teoría que respalda el experimento mental de la cuerda que es agitada formando ondas, no podría deducir la existencia de un corpúsculo de radiación con sus intrínsecos campos de interacción, entrando en conflicto con la hipótesis del concepto dualidad onda-partícula que se podría aplicar a los fotones en movimiento a través del espacio. Quedando bloqueado el camino que podría ir más allá del sólo “comportamiento corpuscular” que se entiende manifiestan las REM, al considerar fotones en su interacción con la materia.

4.- “De modo semejante a la onda que se propaga en una cuerda, el campo eléctrico a lo largo de una línea trazada en el espacio muestra la historia pasada de la perturbación emitida por la fuente.”

Esta cita tomada de la obra Ciencias Físicas de F. Bueche de la Universidad de Dayton, páginas 185 y 186, permite evidenciar que una onda emitida por una fuente de radiación se conserva de manera permanente (la perturbación emitida). De otra manera no habría historia que considerar de la radiación indicada. Consecuentemente, cada onda de REM se traslada a través del espacio como un todo histórico invariable, incluso numerable. Y, si cada onda no varía su configuración en el espacio, la teoría moderna relativa está incompleta, pues no nos dice como se produce cada una de las ondas que hoy mismo viajan en cualquier parte del universo. La respuesta se da al considerar que cada onda se encuentra asociada a un corpúsculo de REM, nombrado subfotón en esta tesis. Particularmente cada uno de ellos puede ser emitido y/o absorbido por la materia sin perder su identidad numerable.

Subfotones y onda electromagnética

En alguna parte de la historia de un subfotón, podría estar a tu lado formando parte de un electrón cercano, más tarde en la Luna, o en alguna otra galaxia alejada formando parte de algún neutrón existente en ella. Este mismo subfotón en cualquier momento dado podría estar viajando con destino incierto a través del espacio a velocidad c, acompañado de otros subfotones, cada uno con número de identidad específico. Aun cuando individualmente no tienen ni firma ni huella, el hombre puede  predecir como cantidades importantes de ellos van modificando el entorno físico del mundo y del universo en general, gracias a la comprensión de los procesos de absorción y emisión espontánea y manipulada a que se pueden ver sujetos.

Interacción materia-REM

5.- En síntesis, en el universo existe una cantidad exacta de subfotones de REM, cada uno de ellos con una onda asociada.  Pueden estar en movimiento gracias a los procesos de emisión, o estacionados debido a la absorción a que son sujetos debido a la materia ya existente. Cada uno manifiesta un campo eléctrico  de energía h conocida (la constante de Planck). Su magnitud eléctrica es independiente del componente magnético perpendicular que se le suma cuando se mueve  al ser emitido al espacio. Fenómeno similar al campo magnético perpendicular que se genera alrededor de un alambre conductor recto cuando electrones se mueven a lo largo de su espacio atómico interno donde se encuentran confinados. Si los electrones libres no se mueven entrando en conducción, tampoco se genera el campo magnético alrededor del conductor. Subrayamos que los campos magnéticos generados tanto por electrones como por subfotones, se producen cuando ellos perturban la energía de vacío del universo donde se encuentran inmersos, que no es otra cosa que la estructura magnética del espacio-tiempo, identificado en esta tesis como campo de gravedad primario.

6.- La idea general está expuesta en mi tesis Física Global.

http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/wp-content/uploads/FISICA%20GLOBAL.pdf

A la orden de las nuevas generaciones de físicos. Sus pensamientos serán fundamentales para moldear de mejor manera estos nuevos conocimientos. A pesar de un estira y afloja que se ha dado en el desarrollo de la ciencia, incluidos aciertos y desaciertos, todos estamos coludidos históricamente en un esfuerzo científico ya hecho. Como dijo Albert Einstein: La física es un sistema lógico de pensamiento en desarrollo. De esta idea se desprende que el avance científico sólo es posible con los esfuerzos humanos del pasado. El presente es sólo confusión, el futuro ni siquiera existe. Existe arduo trabajo pendiente para los investigadores científicos. Ellos son los que llevan la delantera en la brecha del trabajo hacia el porvenir.

Nadie ignora que el mundo ha entrado en el rápido deterioro de sus ecosistemas. Si científicamente no se domina la energía de nuestro entorno mundial, con tecnología apropiada, próximamente, la energía de las lágrimas, podrían ser los últimos vestigios de nuestra incapacidad para mantener la energía de la felicidad humana. No pocas de ellas, ya se derraman en diferentes regiones del planeta.

¡Saludos y buenos deseos para todos!

José Germán Vidal Palencia

Investigador independiente

México, D.F., a 25 de noviembre de 2015

[?]

Generalmente las llamamos partículas elementales pero, lo cierto es que, algunas son más elementales que otras. Los físicos experimentadores hicieron un buen trabajo en aquellos antiguos aceleradores de partículas por despejar la incógnita y saber, de una vez por todas, de qué estaba hecha la materia.

Aceleradores y espectrómetros de masa que permiten localizar aquellos objetos más pequeños del Universo, ver de qué forma se constituye la materia y llegar al corazón de los núcleos atómicos.

Los núcleos de los átomos están formados por protones y neutrones, alrededor de los cuales orbitan los electrones. Estos tres elementos (protones, neutrones y electrones) constituyen prácticamente toda la materia de la Tierra. Mientras que el electrón se considera como una partícula “sin tamaño”, el protón, que está compuesto de quarks, es un objeto con tamaño específico. Hasta ahora, sólo dos métodos se han utilizado para medir su radio. Basándose en el estudio de las interacciones entre un protón y un electrón, ambos métodos se centran en las colisiones entre uno y otro o sobre el átomo de hidrógeno (constituido por un electrón y un protón). El valor obtenido y que es el utilizado por los físicos, es 0,877 (+ / – 0,007) femtómetros.

                               Masa atómica

Una de las formas como los científicos miden el tamaño de algo es a través de su masa. Los científicos pueden incluso medir cosas muy minúsculas como los átomos. Una medida del tamaño de un átomo es su “masa atómica”. Casi toda la masa de un átomo (más del 99%) está en su núcleo, de manera que la “masa atómica” es realmente una medida del tamaño del núcleo de un átomo.

Los protones son prácticamente del mismo tamaño que los neutrones, y ambos son mucho más grandes que los electrones. Un protón tiene una masa aproximadamente 1.836 veces mayor que la masa del electrón, pero las masas de los protones y neutrones se diferencian menos de uno por ciento. Un protón tiene una masa de 1.6726 x 10^-24gramos. Los protones tienen una carga eléctrica positiva, conocida a veces como carga elemental, carga fundamental o carga de +1. Los electrones tienen una carga del mismo valor pero de polaridad opuesta, -1. La carga fundamental tiene un valor de 1.602 x 10^-19 coulombios.

                                                      Núcleo atómico

El núcleo de un átomo contiene protones y neutrones. Cada elemento (como el carbono, oxígeno o el oro) tiene diferente número de protones en sus átomos. Los científicos tienen un nombre especial para el número de protones en un átomo. Lo llaman “número atómico”.

¿Por qué es importante el número atómico? Los átomos normales tienen el mismo número de electrones que protones. El número de electrones es lo que hace que cada elemento se comporte de cierta manera en reacciones químicas. De manera que el número atómico, que es el número de protones y electrones, es lo que hace que un elemento sea diferente a otro.

Hace algunos años ya que los físicos se preguntaban: ¿Podrían los protones ser puntos? Y, tratando de saberlo, comenzaron a golpear los protones con otros protones de una energía muy baja (al principio) con el objeto de explorar la fuerza electromagnética entre los dos objetos cargados.

El Acelerador Lineal de Stanford. El SLAC, ubicado al sur de San Francisco, acelera electrones y positrones a lo largo de sus 2 millas de longitud (algo mas de tres kilómetros), hacia varios blancos, anillos y detectores ubicados en su finalización. Este acelerador hace colisionar electrones y positrones, estudiando las partículas resultantes de estas colisiones. Construido originalmente en 1962, se ha ido ampliando y mejorando para seguir siendo uno de los centros de investigación de física de partículas mas avanzados del mundo. El Centro ha ganado el premio Nobel en tres ocasiones.

Si los físicos experimentales de la década de los 60 hubieran podido tener a su disposición el moderno LHC… ¿Dónde estaríamos ahora?

La interacción fuerte es cien veces más intensa que la fuerza eléctrica de Coulomb, pero, al contrario que ésta, su alcance no es en absoluto infinito. Se extiende sólo hasta una distancia de 10^-13 centímetros, y luego cae deprisa a cero. Al incrementar la energía de colisión, los experimentos desenterraron más y más detalles desconocidos de la interacción fuerte. A medida que aumenta la energía, la longitud de onda de los protones (acordémonos de De Broglie y Schrödinger) se encoge. Y, como se pudo ver, cuanto menor sea la longitud de onda , más detalles cabe discernir en la partícula que se estudie.

Acercarse al núcleo atómico para ver lo que contiene dentro de los protones y neutrones

Robert Hofstadter, de la Universidad de Stantanford, tomó en los años cincuenta algunas de las mejores “imágenes” del protón. En vez de un haz de protones, la “luz” que utilizó fue un haz de electrones de 800 MeV que apuntó a un pequeño recipiente de hidrógeno líquido. Los electrones bombardearon los protones del hidrógeno y el resultado fue un patrón de dispersión, el de los electrones que salían en una variedad de direcciones con respecto a su movimiento original. No era muy diferente a lo que hizo Rutherford. Al contrario que el protón, el electrón no responde a la interacción nuclear fuerte. Responde sólo a la carga eléctrica del protón, y por ello los científicos de Stanford pudieron explorar la forma de la distribución de carga del protón. Y esto, de hecho, reveló el tamaño del protón. Claramente no era un punto.

Se midió que el radio del protón era de 2,8 x 10^-13 centímetros; la carga se acumula en el centro, y se desvanece en los bordes de lo que llamamos el protón. Los experimentos se repitieron muchas veces y los resultados, siempre fueron parecidos al hacerlos con haces de muones, que también ignoran la interacción fuerte al ser leptones como los electrones.  (Medidas más precisas llevadas a cabo en nuestro tiempo, han podido detectar, diminutos cambios en el radio del protón que tienen enormes implicaciones. El protón parece ser 0,00000000000003 milímetros más pequeño de lo que los investigadores habían pensado anteriormente, de hecho, y según han comentados los físicos del equipo que hizo el trabajo,  las nuevas medidas podrían indicar que hay un hueco en las teorías existentes de la mecánica cuántica y algo falla en alguna parte.)

                      La imagen tomada en el SLAC, nos choca, todos tenemos en la mente las del LHC

Pero sigamos con la historia. Hallá por el año 1968, los físicos del Centro del Acelerador Lineal Stanford (SLAC), bombarderon los protones con electrones de mucha energía -de 8 a 15 GeV- y obtuvieron un conjunto muy diferente de patrones de dispersión. A esta “luz dura”, el protón presentaba un aspecto completamente distinto. Los electrones de energía relativamente baja que empleó Hofstadter podían ver sólo un protón “borroso”, una distribución regular de carga que hacía que el electrón pareciese una bolita musgosa. Los electrones del SLAC pudieron sondear con mayor dureza y dieron con algunos “personajillos” que “correteaban” dentro del protón. Aquella fue la primera indicación de la existencia real de los Quarks.

Todo avance ha requerido de muchísimo esfuerzo y de lo mejor de muchas mentes. Como podéis ver por la escueta y sencilla explicación aquí contenida, hemos aprendido muchas cosas a base de observar con atención los resultados de los experimentos que la mente de nuestra especie ha ideado para poder descubrir los secretos de la Naturaleza. Hemos aprendido acerca de las fuerzas y de cómo originan sus estructuras complejas, como por ejemplo los protones que no son, tan elementales como en un principio se creía. Los protones (que son Bariones) están formados por tres quarks y, sus primos  (los Mesones) están compuestos por un quark y un anti-quark.

Como nos decía el Nobel León Lederman: “Uno no puede por menos que  sentirse impresionado por la secuencia de ¡semillas dentro de semillas!. La molécula está formada por átomos. La región central del átomo es el núcleo. El núcleo está formado por protones y neutrones. El protón y el neutrón están formados por quarks… ¿hasta dónde llegará esto?

No es fácil conformarse con la idea de que, en los Quarks termina todo. Uno se siente tentado a pensar que, si profundizamos más utilizando energías superiores de las que ahora podemos disponer (14 TeV), posiblemente -sólo posiblemente- podríamos encontrarnos con objetos más pequeños que… ¡como cuerdas vibrantes! nos hablen de la verdadera esencia de la materia que, habiéndonos sido presentada ya, es posible que esconda algunos secretos que tendríamos que desvelar.

         ¡Poder profundizar hasta el límite de Planck con la energía de Planck! ¿Qué encontraríamos allí?

Lo cierto que, de momento, sólo es un sueño y, la energía de Planck está muy lejos de nuestro alcance. Poder contar con la energía de Planck, por el momento y durante mucho, mucho, muchísimo tiempo, será sólo un sueño que algunos físicos tienen en la mente. Una regla universal en la física de partículas es que para partículas con energías cada vez mayores, los efectos de las colisiones están determinados por estructuras cada vez más pequeñas en el espacio y en el tiempo. El modelo estándar es una construcción matemática que predice sin ambigüedad cómo debe ser el mundo de las estructuras aún más pequeñas. Pero existen varias razones para sospechar que sus predicciones pueden, finalmente (cuando podamos emplear más energía en un nivel más alto), resultar equivocadas.

Equilibrio y estabilidad, el resultado de dos fuerzas contrapuestas iguales

Vistas a través del microscopio, las constantes de la naturaleza parecen estar cuidadosamente ajustadas sin ninguna otra razón aparente que hacer que las partículas parezcan lo que son. Hay algo muy erróneo aquí. Desde un punto de vista matemático no hay nada que objetar, pero la credibilidad del modelo estándar se desploma cuando se mira a escalas de tiempo y longitud extremadamente pequeñas, o lo que es lo mismo, si calculamos lo que pasaría cuando las partículas colisionan con energías extremadamente altas. ¿Y por qué debería ser el modelo válido hasta aquí? Podrían existir muchas clases de partículas súper pesadas que no han nacido porque se necesitan energías aún inalcanzables. ¿Dónde está la partícula de Higgs? ¿Cómo se esconde de nosotros el gravitón? y, por no dejar nada en el tintero… ¿Dónde estarán las cuerdas?

                                               Los Bosones de gauge aparecen en la columna derecha

Parece que el Modelo estándar no admite la cuarta fuerza (Gravedad),  y tendremos que buscar más profundamente, en otras teorías que nos hablen y describan además de las partículas conocidas de otras nuevas que están por nacer y que no excluya la Gravedad. Ese es el Modelo que necesitamos para conocer mejor la Naturaleza.

Claro que las cosas no son tan sencilla y si deseamos evitar la necesidad de un delicado ajuste de las constantes de la naturaleza, creamos un nuevo problema: ¿Cómo podemos modificar el modelo estándar de tal manera que el ajuste fino no sea necesario? Está claro que las modificaciones son necesarias, lo que implica que muy probablemente haya un límite más allá del cual el modelo tal como está deja de ser válido. El modelo estándar no será nada más que una aproximación matemática que hemos sido capaces de crear, de forma que todos los fenómenos que hemos observado hasta el presente están reflejados en él, pero cada vez que se pone en marcha un aparato más poderoso, tenemos que estar dispuestos a admitir que puedan ser necesarias algunas modificaciones del modelo para incluir nuevos datos que antes ignorábamos.

Más allá del modelo estándar habrá otras respuestas que nos lleven a poder hacer otras preguntas que en este momento, no sabemos ni plantear por falta de conocimientos.  Si no conociéramos que los protones están formados por Quarks, ¿cómo nos podríamos preguntar si habrá algo más allá de los Quarks?

Se han estado inventando nuevas ideas, como la supersimetría y el technicolor. Los astrofísicos estarán interesados en tales ideas porque predicen una gran cantidad de nuevas partículas superpesadas, y también varios tipos de partículas que interaccionan ultra-débilmente, los technipiones. Éstas podrían ser las WIMP’s (Weakly Interacting Massive Particles, o Partículas Masivas Débilmente Interactivas) que pueblan los huecos entre las galaxias, y serían así las responsables de la masa perdida que los astrofísicos siguen buscando y llaman “materia oscura”.

Que aparezcan “cosas” nuevas y además, imaginarlas antes, no es fácil. Recordemos cómo Paul Dirac se sintió muy incómodo cuando en 1931 dedujo, a partir de su ecuación del electrón, que debería existir una partícula con carga eléctrica opuesta. Esa partícula no había sido descubierta y le daba reparo perturbar la paz reinante en la comunidad científica con una idea tan revolucionaria, así que disfrazó un poco la noticia: “Quizá esta partícula cargada positivamente, tan extraña, sea simplemente el protón”, sugirió. Cuando poco después se identificó la auténtica antipartícula del electrón (el positrón) se sorprendió tanto que exclamó: “¡Mi ecuación es más inteligente que su inventor!”. Este último comentario es para poner un ejemplo de cómo los físicos trabajan y buscan caminos matemáticos mediante ecuaciones de las que, en cualquier momento (si están bien planteadas), surgen nuevas ideas y descubrimientos que ni se podían pensar. Así pasó también con las ecuaciones de Einstein de la relatividad general, donde Schwarzschild dedujo la existencia de los agujeros negros.

Claro que, a todo esto, tenemos que pensar en un Universo muy vasto y muy complejo que está dinamizado por leyes y energías que, aunque creemos conocer, nos puede estar ocultando muchas “cosas” que aún no sabemos y, llegar más allá de los Quarks…¡No será nada fácil!

Si pensamos detenidamente lo que hasta el momento llevamos conseguido (aunque nuestros deseos se desboquen queriendo ir mucho más allá), tendremos que convenir en el hecho cierto de que, haber podido llegar al átomo y también a las galaxias es, al menos ¡asombroso! Sabemos de lugares a los que, físicamente (probablemente) nunca podamos ir, la física nos lo impide…al menos de momento en lo relacionado con las galaxias y, de manera irreversible para el “universo cuántico” que sólo podremos sondear con inmensas energías en los aceleradores que nos dirán, lo que queremos saber.

emilio silvera

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                                                                       Agujeros negros – Archivo

Descubren los agujeros negros más masivos del Universo, casi la mitad de la muestra estudiada tenía una masa superior a 10.000 millones de veces la del Sol.

ABC-ciencia

El estudio de 72 galaxias distribuidas en un radio de 3.500 millones de años luz alrededor de la Tierra acaba de desbaratar lo que los astrónomos creían saber sobre el tamaño que pueden alcanzar los agujeros negros supermasivos que albergan en sus centros. El trabajo, recién publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society revela, en efecto, que estos auténticos “monstruos espaciales” son capaces de crecer mucho más, y mucho más deprisa, de lo que se esperaba.

Gracias a los datos recopilados por el Telescopio de rayos X Chandra, de la NASA, un equipo internacional de astrofísicos, dirigido por Julie Hlavacek-Larrondo, catedrática de Astrofísica de la Unversidad de Canadá y la española Mar Mezcua, del Instituto de Ciencias Espaciales del CSIC, ha logrado detectar a los que probablemente sean los agujeros negros más grandes jamás descubiertos hasta ahora. Gigantes espaciales que, además, son capaces de crecer incluso más rápido de lo que lo hace la tasa de crecimiento de estrellas en sus respectivas galaxias.

 

Estudiando 72 galaxias situadas a 3.500 millones de años luz distribuidas alrededor del sistema solar, un grupo de astrónomos han descubierto como se generan los agujeros negros masivos en el núcleo galáctico y llegan a tener enormes masas que los convierten en verdaderos “monstruos galácticos”.

El hallazgo nos ayudará a comprender mejor cómo evolucionan las galaxias, que son los componentes básicos de nuestro Universo, pero deja en el aire una intrigante pregunta: ¿Cómo pueden estos agujeros negros llegar a ser tan increíblemente masivos?

“Sabemos que los agujeros negros son fenómenos extraordinarios – afirma Hlavacek-Larrondo- . Así que no sorprende que los ejemplares más extremos desafíen las reglas que hemos establecido hasta ahora”.

Los investigadores calcularon las masas de los agujeros negros analizando sus emisiones de ondas de radio y rayos X. Y los resultados mostraron que eran aproximadamente 10 veces mayores de lo que se esperaba encontrar según los cálculos previos. Además, se toparon con la sorpresa de que que casi la mitad de los agujeros negros estudiados eran al menos 10 mil millones de veces más masivos que el Sol.

Los objetos más poderosos

“Descubrimos agujeros negros que son mucho más grandes y mucho más masivos de lo previsto -afirma Mezcua-. ¿Pero son tan grandes porque tuvieron una ventaja al nacer o porque ciertas condiciones ideales les permitieron crecer más rápidamente durante miles de millones de años? Por el momento, no hay forma de saberlo”.

 

Tendría sentido pensar que cuanto más grande sea la galaxia, más grande será también el agujero negro que merodea en su centro, pero esta relación ha resultado no ser tan simple como los investigadores pensaban. Muchos de los “super-agujeros negros” detectados, en efecto, estaban en el interior de galaxias que, en teoría, eran demasiado pequeñas para contenerlos.

Para tratar de comprender por qué llegaron a crecer tanto, los investigadores proponen dos hipótesis. O bien nacieron ya grandes, y después formaron o arrastraron a una galaxia a su alrededor; o bien nacieron y crecieron dentro de la galaxia siguiendo un proceso que los científicos no han logrado aún comprender.

Para Hlavacek-Larrondo, los agujeros negros super-masivos “son los objetos más poderosos del Universo. Y para comprender cómo se formaron y evolucionan las galaxias, primero debemos comprender a estos agujeros negros”.

Nota ajena al reportaje:

Cuando Albert Einstein publicó la Teoría de la Relatividad General y se pudieron vislumbrar los agujeros negros… ¡Ni el mismo creía que aquellos “monstruos” pudieran existir.

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