{"id":3544,"date":"2010-02-12T07:41:32","date_gmt":"2010-02-12T06:41:32","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=3544"},"modified":"2010-02-12T14:54:07","modified_gmt":"2010-02-12T13:54:07","slug":"fisica-cuantica-los-secretos-del-cosmos-cosas-que-necesitamos-conocer","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2010\/02\/12\/fisica-cuantica-los-secretos-del-cosmos-cosas-que-necesitamos-conocer\/","title":{"rendered":"F\u00edsica cu\u00e1ntica, los secretos del Cosmos…cosas que necesitamos conocer."},"content":{"rendered":"

En 1930, el f\u00edsico Wolfgang Pauli propuso la hip\u00f3tesis de una nueva e invisible part\u00edcula denominada neutrino<\/a> para dar cuenta de la energ\u00eda p\u00e9rdida en ciertos experimentos sobre radiactividad<\/a> que parec\u00edan violar la conservaci\u00f3n de la materia y la energ\u00eda. Pauli comprendi\u00f3, no obstante, que los neutrinos<\/a> ser\u00edan casi imposibles de observar experimentalmente, porque interaccionar\u00edan muy d\u00e9bilmente y, por consiguiente, muy raramente con la materia.<\/p>\n

Por ejemplo, si pudi\u00e9ramos construir un bloque s\u00f3lido de plomo de varios a\u00f1os-luz de extensi\u00f3n desde nuestro Sistema Solar hasta Alpha Centaury y lo pusi\u00e9ramos en el camino de un haz de neutrinos<\/a>, aun saldr\u00edan algunos por el extremo opuesto.\u00a0 Pueden atravesar la Tierra como si ni siquiera existiese y, de hecho, billones de neutrinos<\/a> emitidos por el Sol est\u00e1n atravesando continuamente nuestros cuerpos, tanto de d\u00eda como de noche.\u00a0 Pauli admiti\u00f3: \u201cHe cometido el pecado m\u00e1s grave, he predicho la existencia de una part\u00edcula que nunca puede ser observada.\u201d<\/p>\n

Los neutrinos<\/a> han sido objeto de grandes proyectos para su localizaci\u00f3n, y, escondidos en las profundidades de la Tierra, en minas abandonadas, han sido instalados grandes dep\u00f3sitos de agua pesada que, detectaban a los neutrinos<\/a> que all\u00ed interaccionaban y que eran detectados por ordenador. Hay empresas que parecen descabelladas y, sin embargo, son las que nos traen los mayores \u00e9xitos.<\/p>\n

Si repasamos la historia de la Ciencia, seguramente encontraremos muchos motivos para el optimismo.\u00a0 Witten con su Teor\u00eda M, \u00a0est\u00e1 convencido de que la ciencia ser\u00e1 alg\u00fan d\u00eda capaz de sondear hasta las energ\u00edas de Planck.<\/p>\n

Como ya he contado en otras ocasiones, \u00e9l dijo:<\/p>\n

\n

\u201cNo siempre es tan f\u00e1cil decir cu\u00e1les son las preguntas f\u00e1ciles y cu\u00e1les las dif\u00edciles.\u00a0 En el siglo XIX, la pregunta de por qu\u00e9 el agua hierve a 100 grados era desesperadamente inaccesible.\u00a0 Si usted hubiera dicho a un f\u00edsico del siglo XIX que hacia el siglo XX ser\u00eda capaz de calcularlo, le habr\u00eda parecido un cuento de hadas\u2026\u00a0 La teor\u00eda cu\u00e1ntica de campos es tan dif\u00edcil que nadie la crey\u00f3 completamente durante veinticinco a\u00f1os.\u201d<\/p>\n<\/blockquote>\n

En su opini\u00f3n, las buenas ideas siempre se verifican.<\/p>\n

<\/p>\n

Los ejemplos son innumerables: La Gravedad de Newton<\/a>, el campo el\u00e9ctrico de Faraday y el electromagnetismo de Maxwell, la teor\u00eda de la relatividad<\/a> de Einstein<\/a> en sus dos versiones y su demostraci\u00f3n del efecto fotoel\u00e9ctrico, la teor\u00eda del electr\u00f3n<\/a> de Paul Dirac, el principio incertidumbre de Heisemberg, la funci\u00f3n de ondas de Schr\u00f6dinger, y tantos y tantos otros.<\/p>\n

Algunos de los f\u00edsicos te\u00f3ricos m\u00e1s famosos, sin embargo, protestaban de tanto empe\u00f1o en la experimentaci\u00f3n.<\/p>\n

El astr\u00f3nomo Arthur Eddington (ya lo hemos nombrado antes) se cuestionaba incluso si los cient\u00edficos no estaban forzando las cosas cuando insist\u00edan en que todo deber\u00eda ser verificado.<\/p>\n

El premio N\u00f3bel Paul Dirac incluso lleg\u00f3 a decir de forma m\u00e1s categ\u00f3rica:\u201dEs m\u00e1s importante tener belleza en las ecuaciones que tener experimentos que se ajusten a ellas.\u201d<\/p>\n

O, en palabras del f\u00edsico John Ellis del CERN: \u201ccomo dec\u00eda en una envoltura de caramelos que abr\u00ed hace algunos a\u00f1os:\u00a0 ”\u00a0Es s\u00f3lo el optimista el que consigue algo en este mundo”<\/p>\n

Yo, como todos ustedes, un hombre normal y corriente de la calle, escucho a unos y a otros, despu\u00e9s pienso en lo que dicen y en los argumentos y motivaciones que les han llevado a sus respectivos convencimientos, y, finalmente, tambi\u00e9n como todos ustedes, decido seg\u00fan mi propio criterio, que no obligatoriamente, coincidir\u00e1 con alguna de esas opiniones, y, en alg\u00fan caso, hasta me permito emitir, la m\u00eda propia.<\/p>\n

Suponiendo que alg\u00fan f\u00edsico brillante nos resuelva la teor\u00eda de campos de cuerdas y derive las propiedades conocidas de nuestro universo, con un poco de suerte, podr\u00eda ocurrir en este mismo siglo, lo que no estar\u00eda nada mal considerando las dificultades de la empresa.<\/p>\n

El problema fundamental es que estamos obligando a la teor\u00eda de supercuerdas<\/a> a responder preguntas sobre energ\u00edas cotidianas, cuando su \u201c\u00e1mbito natural\u201d est\u00e1 en la energ\u00eda de Planck.\u00a0 Esta fabulosa energ\u00eda fue liberada s\u00f3lo en el propio instante de la creaci\u00f3n. Lo que quiere decir, que la teor\u00eda de supercuerdas<\/a> es naturalmente una teor\u00eda de la Creaci\u00f3n.<\/p>\n

Fuimos capaces de predecir que el big bang produjo un \u201ceco\u201d c\u00f3smico reverberando en el Universo y que podr\u00eda ser medido por los instrumentos adecuados.\u00a0\u00a0 De hecho, Arno Penzias y Robert Wilson de los Bell telephone Laboratories ganaron el premio N\u00f3bel en 1978 por detectar este eco del big bang, una radiaci\u00f3n de microondas que impregna el Universo conocido. El que el eco del big bang deber\u00eda estar circulando por el Universo miles de millones de a\u00f1os despu\u00e9s del suceso fue predicho por primera vez por George Gamow y sus disc\u00edpulos Ralpher y Robert Herman, pero nadie les tom\u00f3 en serio.<\/p>\n

La propia idea de medir el Eco de la Creaci\u00f3n parec\u00eda extravagante cuando la propusieron por primera vez poco despu\u00e9s de la segunda guerra mundial.<\/p>\n

Su l\u00f3gica, sin embargo, era aplastante.\u00a0 Cualquier objeto, cuando se calienta, emite radiaci\u00f3n de forma gradual.\u00a0 Esta es la raz\u00f3n de que el hierro se ponga al rojo vivo cuando se calienta en un horno y, cuanto m\u00e1s se calienta, mayor es la frecuencia de radiaci\u00f3n que emite.\u00a0 Una f\u00f3rmula matem\u00e1tica exacta, la ley de Stefan-Boltzmann, relaciona la frecuencia de la luz (o el color en este caso) con la temperatura.\u00a0 (De hecho, as\u00ed es como los cient\u00edficos determinan la temperatura de la superficie de una estrella lejana, examinando su color).\u00a0 Esta radiaci\u00f3n se denomina RADIACI\u00d3N DE CUERPO NEGRO.<\/p>\n

Esta radiaci\u00f3n (como no), ha sido aprovechada por los ej\u00e9rcitos que mediante visores nocturnos pueden operar en la oscuridad.\u00a0 De noche, los objetos relativamente calientes, tales como soldados enemigos o los carros de combate, pueden estar ocultos en la oscuridad, pero contin\u00faan emitiendo radiaci\u00f3n de cuerpo negro invisible en forma de radiaci\u00f3n infrarroja, que puede ser captada por gafas especiales de infrarrojos.\u00a0 Esta es tambi\u00e9n la raz\u00f3n de que nuestros autom\u00f3viles cerrados se calienten en verano, ya que, la luz del Sol atraviesa los cristales del autom\u00f3vil y calienta el interior. A medida que se calienta, empieza a emitir radiaci\u00f3n de cuerpo negro en forma de radiaci\u00f3n infrarroja.\u00a0 Sin embargo, esta clase de radiaci\u00f3n, no atraviesa muy bien el vidrio, y por lo tanto queda atrapada en el interior del autom\u00f3vil, incrementando espectacularmente la temperatura.<\/p>\n

An\u00e1logamente, la radiaci\u00f3n de cuerpo negro produce el efecto invernadero. Al igual que el vidrio, los altos niveles de di\u00f3xido de carbono en la atm\u00f3sfera, causados por la combusti\u00f3n sin control de combustibles f\u00f3siles, pueden atrapar la radiaci\u00f3n de cuerpo negro infrarroja en la Tierra y, de este modo, calentar gradualmente el planeta.<\/p>\n

Gamow razon\u00f3 que el big bang era inicialmente muy caliente, y que por lo tanto ser\u00eda un cuerpo negro ideal emisor de radiaci\u00f3n.\u00a0 Aunque la tecnolog\u00eda de los a\u00f1os cuarenta era demasiado primitiva para captar esta d\u00e9bil se\u00f1al de la Creaci\u00f3n, Gamow pudo calcular la temperatura de dicha radiaci\u00f3n y predecir con fiabilidad que un d\u00eda nuestros instrumentos ser\u00edan lo suficientemente sensibles para detectar esta radiaci\u00f3n \u201cf\u00f3sil\u201d.<\/p>\n

La l\u00f3gica que hab\u00eda detr\u00e1s de su razonamiento era la siguiente: alrededor de 300.000 a\u00f1os despu\u00e9s del big bang, el Universo se enfri\u00f3 hasta el punto en el que los \u00e1tomos pudieron empezar a componerse; los electrones<\/a> pudieron empezar a rodear a los protones<\/a> y neutrones<\/a> formando \u00e1tomos estables, que ya no ser\u00edan destruidos por la intensa radiaci\u00f3n que esta impregnando todo el Universo.\u00a0 Antes de este momento, el Universo estaba tan caliente que los \u00e1tomos eran inmediatamente descompuestos por esa radiaci\u00f3n tan potente en el mismo acto de su formaci\u00f3n.\u00a0 Esto significa que el Universo era opaco, como una niebla espesa absorbente e impenetrable.<\/p>\n

Pasados 300.000 a\u00f1os, la radiaci\u00f3n no era tan potente, se hab\u00eda enfriado, y por lo tanto la luz pod\u00eda atravesar grandes distancias sin ser dispersada.\u00a0 En otras palabras, el Universo se hizo repentinamente mayor y transparente.<\/p>\n

Terminar\u00e9 esta parte comentando que un aut\u00e9ntico cuerpo negro es un concepto imaginario, un peque\u00f1o agujero en la pared de un recinto a temperatura uniforme es la mejor aproximaci\u00f3n que se puede tener de \u00e9l en la pr\u00e1ctica.<\/p>\n

La radiaci\u00f3n de cuerpo negro es la radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica emitida por un cuerpo negro.\u00a0 Se extiende sobre todo el rango de longitud de onda y la distribuci\u00f3n de energ\u00edas sobre este rango tiene una forma caracter\u00edstica con un m\u00e1ximo en una cierta longitud de onda, desplaz\u00e1ndose a longitudes de onda m\u00e1s cortas al aumentar las temperaturas.<\/p>\n

Hablar, sin m\u00e1s especificaciones, radiaci\u00f3n, es estar refiri\u00e9ndonos a una energ\u00eda que viaja en forma de ondas electromagn\u00e9ticas o fotones<\/a> por el Universo.\u00a0 Tambi\u00e9n nos podr\u00edamos estar refiriendo a un chorro de part\u00edculas, especialmente part\u00edculas alfa<\/a> o beta de una fuente radiactiva o neutrones<\/a> de un reactor nuclear.<\/p>\n

La radiaci\u00f3n act\u00ednida es la electromagn\u00e9tica que es capaz de iniciar una reacci\u00f3n qu\u00edmica.\u00a0 El t\u00e9rmino es usado espec\u00edficamente para la radiaci\u00f3n ultravioleta y tambi\u00e9n para denotar radiaci\u00f3n que podr\u00eda afectar a las emulsiones fotogr\u00e1ficas.<\/p>\n

Radiaci\u00f3n blanda, radiaci\u00f3n c\u00f3smica, radiaci\u00f3n de calor, radiaci\u00f3n de fondo, de fondo de microondas, radiaci\u00f3n dura, electromagn\u00e9tica, radiaci\u00f3n gamma, infrarroja, ionizante, monocrom\u00e1tica, poli crom\u00e1tica, de sincrotr\u00f3n, ultravioleta, de la teor\u00eda cu\u00e1ntica, de radiactividad<\/a>\u2026\u00a0\u00a0\u00a0 y, como se puede ver, la radiaci\u00f3n en sus diversas formas, es, un Universo en s\u00ed misma.<\/p>\n

Siempre me llam\u00f3 la atenci\u00f3n y se gan\u00f3 mi admiraci\u00f3n el f\u00edsico alem\u00e1n Max Planck (1858-1947), responsable, entre otros muchos logros, de la ley de radiaci\u00f3n de Planck que, da la distribuci\u00f3n de energ\u00eda radiada por un cuerpo negro.\u00a0 Introdujo en F\u00edsica el concepto novedoso de que la energ\u00eda es una entidad que es radiada por un cuerpo en peque\u00f1os paquetes discretos, en vez de una emisi\u00f3n continua.<\/p>\n

Estos peque\u00f1os paquetes se conocieron como cuantos<\/span> y la ley formulada es la base de la teor\u00eda cu\u00e1ntica.<\/p>\n

Einstein<\/a> se inspir\u00f3 en este trabajo para a su vez, presentar el suyo propio sobre el efecto fotoel\u00e9ctrico donde la energ\u00eda m\u00e1xima cin\u00e9tica del fotoelectr\u00f3n<\/a>, Em\u2019 esta dada por la ecuaci\u00f3n que lleva su nombre:<\/p>\n

Planck public\u00f3 en 1.900, un art\u00edculo sobre la radiaci\u00f3n de cuerpo negro que, sent\u00f3 las bases para la teor\u00eda de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica que m\u00e1s tarde desarrollaron otros, como el mismo Einstein<\/a>, Heisemberg, Schr\u00f6rdinger, Dirac, Feymann, etc.<\/p>\n

Todos los f\u00edsicos son conocedores de la enorme contribuci\u00f3n que Max Planck hizo en f\u00edsica: la constante de Planck<\/a>, radiaci\u00f3n de Planck, longitud de Planck<\/a>, unidades de Planck, etc.\u00a0 Es posible que sea el f\u00edsico de la historia que m\u00e1s veces ha dado su nombre a conceptos de la f\u00edsica.<\/p>\n

Pongamos un par de ejemplos de su ingenio:<\/p>\n

1. Longitud de Planck que\u00a0\u00a0vale 10-35<\/sup> metros<\/p>\n

Esta escala de longitud (veinte ordenes de magnitud menor que el tama\u00f1o del prot\u00f3n<\/a> 10-15<\/sup> m.) es a la que la descripci\u00f3n cl\u00e1sica de la gravedad cesa de ser v\u00e1lida y deber ser tenida en cuenta la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica.<\/p>\n

En la formula que la describe, G es la constante gravitacional, \u0127 es la constante de Planck<\/a> racionalizada y c es la velocidad de la luz.<\/p>\n

2. Masa de Planck:\u00a0 vale 10-8<\/sup> kg.<\/p>\n

Es la masa de una part\u00edcula cuya longitud de onda Compton es igual a la longitud de Planck<\/a>.\u00a0 Est\u00e1 dada por la ecuaci\u00f3n 2), donde \u0127 es la constante de Planck<\/a> racionalizada, c es la velocidad de la luz y G es la constante gravitacional (los mismos t\u00e9rminos de la ecuaci\u00f3n 1), pero intercambi\u00e1ndolos de manera que tienen otro significado).<\/p>\n

La descripci\u00f3n de una part\u00edcula elemental de esta masa, o part\u00edculas que interaccionan con energ\u00edas por part\u00edculas equivalentes a ella (a trav\u00e9s de ), requiere una teor\u00eda cu\u00e1ntica de la gravedad.\u00a0 Como la masa de Planck<\/a> es del orden de 10-8<\/sup> Kg (equivalente a una energ\u00eda de 1019<\/sup> GeV) y, por ejemplo, la masa del prot\u00f3n<\/a> es del orden de 10-27<\/sup> kg y las mayores energ\u00edas alcanzables en los aceleradores de part\u00edculas actuales son del orden de 103<\/sup> GeV, los efectos de gravitaci\u00f3n cu\u00e1ntica no aparecen en los laboratorios de f\u00edsica de part\u00edculas.<\/p>\n

\u00danicamente, en un laboratorio aparecieron part\u00edculas que ten\u00edan energ\u00edas del orden de la masa de Planck<\/a>: en el Universo primitivo, de acuerdo con la teor\u00eda del Big Bang<\/a>, motivo este por el que es necesaria una teor\u00eda cu\u00e1ntica de la gravedad para estudiar aquellas condiciones.<\/p>\n

Esta energ\u00eda de la que estamos hablando, del orden de 1019<\/sup> GeV (inalcanzable para nosotros), es la que necesitamos para verificar la teor\u00eda de supercuerdas<\/a>.<\/p>\n

Siempre, desde que puedo recordar, me llam\u00f3 la atenci\u00f3n los misterios y secretos encerrados en la Naturaleza y, la innegable batalla mantenida, a lo largo de la historia, por los cient\u00edficos para descubrirlos.<\/p>\n

emilio silvera<\/em><\/p>\n

\r\n\t\t\r\n\t\t
<\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span>hotmail correo<\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span><\/a><\/span>[?]<\/a><\/span><\/td><\/tr><\/table><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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