{"id":1617,"date":"2011-05-31T12:00:06","date_gmt":"2011-05-31T11:00:06","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=1617"},"modified":"2011-05-31T12:56:47","modified_gmt":"2011-05-31T11:56:47","slug":"las-maravillas-de-la-fisica","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2011\/05\/31\/las-maravillas-de-la-fisica\/","title":{"rendered":"Las maravillas de la F\u00edsica"},"content":{"rendered":"

Hemos conseguido grandes logros y enormes conocimientos, cualquiera de ellos es suficiente para causar nuestro asombro. Por ejemplo, matem\u00e1ticamente, la fuerza el\u00e9ctrica fue descubierta en el a\u00f1o 1.785 por el ingeniero en estructuras Charles Coulomb. Ahora bien, con relaci\u00f3n a las grandes distancias, la fuerza el\u00e9ctrica y magn\u00e9tica act\u00faa igual a como lo hace la gravedad: al duplicar la distancia, su magnitud disminuye a la cuarta parte. Claro que la gravedad depende de la masa y la electricidad de la carga y, mientras que la primera s\u00f3lo es atractiva, la segunda puede ser atractiva cuando los objetos tienen carga diferentes (prot\u00f3n<\/a> positiva y electr\u00f3n<\/a> negativa) o repulsivos cuando las cargas son iguales (prot\u00f3n<\/a> rechaza a prot\u00f3n<\/a> y electr\u00f3n<\/a> rechaza a electr\u00f3n<\/a>); se puede probar jugando con dos imanes que se juntar\u00e1n por sus polos negativos-positivo y se rechazar\u00e1n por sus polos positivo-positivo y negativo-negativo. M\u00e1s tarde lleg\u00f3 Michael Faraday con sus experimentos el\u00e9ctricos y magn\u00e9ticos y, finalmente, James Clero Maxwell formul\u00f3 con sus ocho ecuaciones vectoriales la teor\u00eda del electromagnetismo.<\/p>\n

Lorentz nos descubri\u00f3 que un objeto que viaje a velocidades cercanas a la de la luz, c, se achatar\u00e1 por la parte delantera del sentido de su marcha (contracci\u00f3n de Lorentz) y, mientras tanto, su masa aumentar\u00e1 (lo que ha sido comprobado en los aceleradores de part\u00edculas).<\/p>\n

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Max Planck nos trajo su cuanto de acci\u00f3n, h, que dio lugar a la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica al descubrir que la energ\u00eda se transmite en forma discontinua mediante paquetes discretos a los que llam\u00f3 cuantos. Tambi\u00e9n fue obra de Planck perfeccionar las unidades de Stoney y nos dej\u00f3 esas cantidades naturales de tiempo, espacio, energ\u00eda y masa.<\/p>\n

Schr\u00f6dinger, con su funci\u00f3n de onda (Y), nos dijo la manera de solucionar, en parte, el problema planteado por Heisemberg con su principio de incertidumbre<\/a>, seg\u00fan el cual no podemos saber, al mismo tiempo, d\u00f3nde est\u00e1 una part\u00edcula y hacia d\u00f3nde se dirige; s\u00f3lo estamos capacitados para saber una de las dos cosas, pero no las dos al mismo tiempo. As\u00ed que la funci\u00f3n de onda nos dice la probabilidad que tenemos para encontrar esa part\u00edcula y en qu\u00e9 lugar se encuentra.<\/p>\n

La llegada de Einstein<\/a>, en 1.905, fue para la f\u00edsica como el elefante que entr\u00f3 en la cacharrer\u00eda; lo puso todo patas arriba. Los cimientos de la f\u00edsica temblaron con aquellos nuevos y osados conceptos que, en un primer momento, no todos pudieron comprender. Precisamente, Max Planck fue uno de esos pocos privilegiados que, al leer el art\u00edculo de Einstein<\/a> sobre la relatividad<\/a> especial, comprendi\u00f3 que a partir de ese momento habr\u00eda que concebir la f\u00edsica bajo la base de otros principios.<\/p>\n

Einstein<\/a>, un desconocido, le dec\u00eda al mundo cient\u00edfico que la velocidad de la luz en el vaci\u00f3, c, era el l\u00edmite de la velocidad alcanzable en nuestro universo; nada pod\u00eda ir m\u00e1s r\u00e1pido que la luz. Adem\u00e1s, dec\u00eda que el tiempo es relativo y que no transcurre igual para todos. La velocidad del paso del tiempo depende de la velocidad a la que se viaje y de quien sea el observador.<\/p>\n

Einstein<\/a>, con una sencillez que dej\u00f3 maravillado y at\u00f3nito a todos, nos vino a decir en un corto espacio de tiempo y con unos pocos signos: E = mc2, que la energ\u00eda tiene masa y que la masa es energ\u00eda concentrada, ambas cosas son la misma cosa, es decir, son dos aspectos diferentes de lo mismo. Pero adem\u00e1s, con esa sencilla ecuaci\u00f3n no solo estableci\u00f3 la relaci\u00f3n entre masa y energ\u00eda, sino que nos facilit\u00f3 la clave para comprender la generaci\u00f3n de energ\u00eda en las estrellas.<\/p>\n

Sus trabajos de 1.905, son maravillas de la F\u00edsica que est\u00e1n encuadradas en el Sal\u00f3n del privilegio de la ciencia por derecho propio.<\/p>\n

En otro art\u00edculo, inspirado por el “cuanto” de Planck, Einstein<\/a> dej\u00f3 plasma<\/a>do lo que desde entonces se conoce como “efecto fotoel\u00e9ctrico”, demostrando que las part\u00edculas unas veces se comportan como tales y otras como una onda. Este trabajo le vali\u00f3 el premio Nobel de F\u00edsica de 1.923, aunque la mayor\u00eda de la gente cree que se lo dieron por su teor\u00eda de la relatividad<\/a>.\u00a0 En verdad, si se considera la importancia de sus trabajos, la Relatividad Especial se merec\u00eda un premio Nobel y la Relatividad General de 1.915, se merec\u00eda otro.<\/p>\n

De todos sus trabajos, el m\u00e1s completo e importante, es el de la relatividad<\/a> general, de cuya importancia para la f\u00edsica y para la cosmolog\u00eda, a\u00fan hoy, cerca de un siglo despu\u00e9s, se est\u00e1n recogiendo resultados. As\u00ed de profunda, importante y compleja (dentro de su sencillez y belleza) son las ecuaciones de Einstein<\/a> que un siglo despu\u00e9s continua enviando mensajes nuevos de cuestiones de vital importancia. La teor\u00eda M<\/a> tambi\u00e9n tiene su origen en la relatividad<\/a> general que curva el espacio y distorsiona el tiempo en presencia de grandes masas, haciendo posible la existencia de agujeros negros<\/a> y agujeros de gusano<\/a> que seg\u00fan algunos, ser\u00e1n la posible puerta para viajar a otros universos y a otro tiempo.<\/p>\n

Pauli con su principio de exclusi\u00f3n<\/a> aplicable a los fermiones<\/a> pero no a los bosones<\/a>, Dirac con su trabajo sobre el electr\u00f3n<\/a> que est\u00e1 a la altura de los mejores trabajos de la f\u00edsica y predijo la existencia de la antimateria (al poco tiempo apareci\u00f3 el positr\u00f3n), tambi\u00e9n fue Pauli el que nos descubri\u00f3 el neutrino<\/a>. Lleg\u00f3 Murray Gell Mann y nos trajo los quarks<\/a> para completar el modelo est\u00e1ndar de las part\u00edculas, y as\u00ed podr\u00edamos seguir enumerando tantas y tantas maravillas.<\/p>\n

Normalmente, una de las ideas b\u00e1sicas de la f\u00edsica elemental es que todos los objetos tienen energ\u00eda positiva. Las mol\u00e9culas vibrantes, los autom\u00f3viles en movimiento, los p\u00e1jaros que vuelan y los misiles propulsados tienen todos energ\u00edas positivas. (Por definici\u00f3n, el espacio vac\u00edo tiene energ\u00eda nula.) Sin embargo, si podemos producir objetos con “energ\u00edas negativas” (es decir, algo que tiene un contenido de energ\u00eda menor que el del vac\u00edo), entonces podr\u00edamos ser capaces de generar configuraciones ex\u00f3ticas de espacio y tiempo en las que el tiempo se curve en un c\u00edrculo.<\/p>\n

Este concepto m\u00e1s bien simple se conoce con un t\u00edtulo que suena complicado: la condici\u00f3n de energ\u00eda media d\u00e9bil (AWEC). Como Thorne tiene cuidado de se\u00f1alar, la AWEC debe ser violada; la energ\u00eda debe hacerse temporalmente negativa para que el viaje en el tiempo tenga \u00e9xito. Sin embargo, la energ\u00eda negativa ha sido hist\u00f3ricamente anatema para los relativistas, que advierten que la energ\u00eda negativa har\u00eda posible la antigravedad y un mont\u00f3n de otros fen\u00f3menos que nunca se han visto experimentalmente, y que desde luego, nos vendr\u00edan como anillo al dedo para solucionar serios problemas.<\/p>\n

Kip S. Thorne se\u00f1ala al momento que existe una forma de obtener energ\u00eda negativa, y esto es a trav\u00e9s de la teor\u00eda cu\u00e1ntica. En 1.948, el f\u00edsico holand\u00e9s Herrik Casimir demostr\u00f3 que la teor\u00eda cu\u00e1ntica puede crear energ\u00eda negativa: tomemos simplemente dos placas de metal paralelas y descargadas. Ordinariamente, el sentido com\u00fan nos dice que estas dos palcas, puesto que son el\u00e9ctricamente neutras, no ejercen ninguna fuerza entre s\u00ed. Pero Casimir demostr\u00f3 que, debido al principio de incertidumbre<\/a> \u00a0de Heisemberg, en el vac\u00edo que separa estas dos placas hay realmente una agitada actividad, con billones de part\u00edculas y antipart\u00edculas apareciendo y desapareciendo constantemente a partir de la nada en ese espacio “vac\u00edo”, part\u00edculas virtuales que mediante el efecto t\u00fanel vienen y van fugaces, tan fugaces que son en su mayor\u00eda inobservables, y no violan ninguna de las leyes de la f\u00edsica.\u00a0 Estas “part\u00edculas virtuales” crean una fuerza neta atractiva entre las dos placas de Casimir que predijo que era medible.<\/p>\n

Cuando Casimir public\u00f3 su art\u00edculo, se encontr\u00f3 con un fuerte escepticismo. Despu\u00e9s de todo, \u00bfc\u00f3mo pueden atraerse dos objetos el\u00e9ctricamente neutros, violando as\u00ed las leyes normales de la electricidad cl\u00e1sica? Esto era inaudito. Sin embargo, 10 a\u00f1os despu\u00e9s, en 1.958, el f\u00edsico M. J. Sparnaay observ\u00f3 este efecto en el laboratorio, exactamente como predijo Casimir.\u00a0 Desde entonces, ha sido bautizado como el “efecto Casimir”.<\/p>\n

Ideas “alocadas” como las de Thorne son las que en realidad hacen avanzar la F\u00edsica, ya que, hay que tener la valent\u00eda de exponer la ideas que nos llegan a la mente a trav\u00e9s del conocimiento de los estudios realizados que, al ser conectados, producen ideas que en principio pueden parecer inveros\u00edmiles pero, que muchas veces nos llevan al destino que buscamos.<\/p>\n

Lo mismo ocurre con las nuevas teor\u00edas y, la de supercuerdas y m\u00e1s perfeccionada, la llamada teor\u00eda M<\/a>,\u00a0 tambi\u00e9n tienen sus detractores. La primera controversia en salir a la luz contra la teor\u00eda de cuerdas entre las discusiones entre f\u00edsicos te\u00f3ricos es aquella que, por comparaci\u00f3n con el Modelo Est\u00e1ndar (que explica interacciones y part\u00edculas) cuyas predicciones han sido comprobadas en el laboratorio, el nuevo modelo en el marco de las supercuerdas, no da esa posibilidad, ya que no se han logrado que las predicciones que formula la teor\u00eda se puedan comprobar mediante experimentos que requieren disponer de una energ\u00eda de Planck, 1019<\/sup> GeV, cuando hoy la energ\u00eda disponible en los aceleradores es de 103<\/sup> GeV y los efectos de gravitaci\u00f3n cu\u00e1ntica no aparecen en los laboratorios de f\u00edsica de part\u00edculas. Hoy d\u00eda es totalmente impensable disponer de tales energ\u00edas para poder verificar la teor\u00eda de cuerdas que exige descender en el microcosmos hasta 10-33<\/sup> cm, la longitud de Planck<\/a> que est\u00e1 dada por \"long_planck\", donde G es la constante gravitacional, \u045b es la constante de Planck<\/a> racionalizada y c la velocidad de la luz. El valor de la longitud de Planck<\/a> es del orden de 10-35 m (veinte \u00f3rdenes de magnitud menor que el tama\u00f1o del prot\u00f3n<\/a> 10-15<\/sup> m). Para llegar a esa longitud, se necesitan 1019<\/sup> GeV, energ\u00eda que nuestra tecnolog\u00eda actual es incapaz de facilitarnos.<\/p>\n

Esta dificultad f\u00edsica de comprobar las predicciones que hace la teor\u00eda de supercuerdas<\/a>, mantiene un frente belicoso en su contra, a pesar de que son muchos los que est\u00e1n a favor.<\/p>\n

Particularmente creo que los detractores de la teor\u00eda de cuerda son f\u00edsicos frustrados que son incapaces de abrir sus mentes al futuro. Siempre existieron cient\u00edficos as\u00ed, especializados – por envidia – en tratar de quitar importancia a los logros de los dem\u00e1s y, la mayor\u00eda de las veces, por no tener capacidad para entenderlo. Todos los grandes logros de la f\u00edsica pasaron por tales pruebas, como la “herej\u00eda cu\u00e1ntica”, la “ralentizaci\u00f3n del tiempo” de la relatividad<\/a> especial, y otros grandes descubrimientos de la f\u00edsica que, como los de Max Planck y Einstein<\/a>, al principio no fueron totalmente entendidos por algunos y, aunque sin conseguirlo, trataron de sepultar dichas ideas.\u00a0 Menos mal que ese grupo especializado en negarlo todo y experto en poner pegas, en realidad a\u00fan tiene \u00e9xito; si no fuera as\u00ed \u00bfd\u00f3nde estar\u00edamos ahora? La Iglesia recluy\u00f3 a Galileo y retir\u00f3 todos los libros en los que se dec\u00eda que nuestro mundo se mov\u00eda alrededor del Sol.<\/p>\n

\u00bfQu\u00e9 ser\u00eda de la cosmolog\u00eda actual sin \"einstein-tensor\"? Es la ecuaci\u00f3n de Einstein<\/a> donde\u00a0\"Tensor es el tensor energ\u00eda-momento que mide el contenido de materia-energ\u00eda, mientras que \"Tensor es el Tensor de curvatura de Riemann contra\u00eddo que nos dice la cantidad de curvatura presente en el hiperespacio.<\/p>\n

La cosmolog\u00eda estar\u00eda 100 a\u00f1os atr\u00e1s sin esta ecuaci\u00f3n.<\/p>\n

Como dec\u00eda al principio los f\u00edsicos te\u00f3ricos realizan un trabajo impagable. Con imaginaci\u00f3n desbordante efect\u00faan continuamente especulaciones matem\u00e1ticas referidas a las ideas que bullen en sus mentes. Claro que, de tener \u00e9xito, no ser\u00eda la primera vez que descubrimientos te\u00f3ricos en la ciencia f\u00edsica terminan dando en el claro y dejando al descubierto de manera espectacular lo que realmente ocurre en la naturaleza. Los ejemplos son muchos:<\/p>\n