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¡Conocer la Naturaleza! Nunca resultó fácil

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (3)

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Sus dimensiones y masa le permiten ¡lo imposible! nosotros. La tensión superficial es una consecuencia de que todas las moléculas y los átomos se atraen unos a otros con una que nosotros llamamos fuerza de Van der Vaalls. fuerza tiene un alcance muy corto. para ser más precisos, diremos que la intensidad de esta fuerza a una distancia r es 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. 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 micromundo 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 una onda de agua. Se parece más a una ola de histeria que se expande: es una onda de . 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 , 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 para describir la expansión del universo o el comportamiento en situaciones extremas, como la 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 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.

¿Cuáles son los límites de la teoría cuántica y de la teoría de la relatividad de Einstein? Afortunadamente, hay una respuesta y las unidades de Planck nos dicen cuales son. En realidad, es la propia Naturaleza la que marca esos límites que Stoney-Planck, supieron plasmar en ecuaciones que los marcan.

Supongamos que tomamos toda la masa del universo visible y determinamos su longitud de cuántica. Podemos preguntarnos en qué 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 de centímetros, más joven que el tiempo de Planck,  10-43 segundos y supere la temperatura de Planck de 1032 grados.  Las unidades de Planck marcan la frontera de de nuestras teorías actuales. 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 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 significado para las unidades naturales de Planck. Parece que el concepto al que llamamos “” tiene un profundo significado en el universo. Estamos habituados a vivir en lo que llamamos “la edad de la información”.  La información 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 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 1.975 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 , ya que, el coste integrado del circuito viene a ser el mismo, constante.

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 definir al intervalo llamado año luz. La se transmitirá a esa velocidad máximo, nuestro Universo, no permite mayor rapidéz, al menos, por los métodos convencionales.

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 1.981, 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 almacenarse dentro de cualquier volumen. Esto no debería sorprendernos.

 

Existen límites a los que aún no han podido llegar nuestras teorías, y, el Límite de Planck es el que marca las fronteras de las teorías actuales que, nunca han podido llegar tan lejos como lo que nos dice simple ecuación:

\ell_P =\sqrt\frac{\hbar G}{c^3} \approx 1.616 199 (97) \times 10^{-35} \mbox{ metros} (Longitud de Planck que al cuadrado sería de 10-66 cm2)

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 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 producida hasta . Asimismo, hay un límite último sobre el ritmo de procesamiento de información que viene impuesto por las constantes de la naturaleza.

                                      Stoney                                                                        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, el mundo de las partículas elementales hasta las más grandes estructuras astronómicas.  Este fenómeno se puede representar en un que recree la escala logarítmica de tamaño desde el átomo a las galaxias.

Todas las estructuras del universo 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 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 mprotón

Ilustración de la variación de la . UNSW.

“Tras medir alfa en unas 300 galaxias lejanas, vimos un patrón constante: este , 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 nos dicen que esa constante, no ha variado a lo largo de los miles de millones de del Universo y, así debe ser, o, si varió, lo hizo en una escala ínfima.

α = 2πe2 / hc ≈ 1/137

αG = (Gmp2)2 / hc ≈ 10-38

Si varian 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 a (alfa) y aG, junto con los números que desempeñan el mismo papel definitorio 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 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 llegar a saber, porque todos los números puros definidos por las razones de cualquier par de masas son invariables.

“Todos los físicos del mundo, deberían tener un letrero en el lugar más visible de sus casas, 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 de constante de estructura fina”

Lederman

 

guarda relación con la posibilidad de que un electrón emita un fotón o lo absorba. La constante de estructura fina responde también al de “alfa” y sale de dividir el cuadrado de la carga del electrón, por el de la velocidad de la luz y la constante de Planck. Tanta palabrería y numerología no significan otra cosa sino que ese 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).

Todo eso está relacionado: leyes fundamentales, constantes, materia y espacio tiempo… ¡nosotros!

emilio silvera

 

  1. 1
    emilio silvera
    el 2 de julio del 2014 a las 10:36

    ¡Conocer la Naturaleza!
    Es algo que la Humanidad ha venido persiguiendo desde tiempos inmemoriales, en la noche de los tiempos están las pruebas de que eso es así. Civilizaciones antiguas del pasado como la Sumeria, Babilónica, Egipcia, China, o, Hindú entre otras, dejaron los rastros de que, las hombres y mujeres más sobresalientes de sus culturas, hicieron todo lo posible porcontestar a las preguntas de muchos de los secretos escondidos y que no podían desvelar. Sin embargo, trataron de hacerlo y, en alguna ocasión, pudieron hallar las respuestas a preguntas planteadas.
    Aquellos filósofos naturales del pasado, los antiguos científicos, nos dejaron muchos argumentos (no todos ciertos), que aunque no siempre se ajustaban a la realidad del mundo, de la Naturaleza, del Universo en fin, si que marcaron el camino a seguir para llegar a esa verdad que incansables perseguimos.
    En estos momentos, después de milenios elucubrando sobre el por qué de las cosas, de cómo se comporta la materia y de qué está constituida, cómo es posible que los objetos celestes se constituyan en Sistemas y otras estructuras aún mayores como Galaxias y supercúmulos de galaxias, qué son esos mostruosos objetos que llamamos agujeros negros, Cómo y por qué nacen las inmensas fuentes de radiación Gamma, y en fín, en cúmulo de preguntas interminables que, cuando unas quedan contestadas… ¡Aparecen muchas más que, no tienen contestación!
    Nuestros conocimientos, como decía Popper y otros antes que él, son muy limitados y, nuestra ignorancia, ¡infinita! Siguen siendo muchas más las preguntas que las respuestas que podemos dar. El Universo es demasiado grande para que, nuestro limitado Intelecto, lo pueda abarcar todo. Vamos ganando parcelas del saber, avanzando poco a poco y, como el que no quiere la cosa, hemos podido construir un encomiable y considerable conjunto de “saberes” que nos acercan a la Naturaleza, hasta tal punto es así que, ahora comprendemos que somos parte de ella.
    El Universo seguirá asombrándonos durante mucho, mucho, muchísimo tiempo por venir, y, las generaciones del futuro, apoyadas en lo que los demás, los que antes que ellos estuvieron aquí, lograran construir otra forma de mirar las cosas, nuevas teorías más avanzadas que nos acerquen a esos misterios insondables ahora y cotidianos después.
    El futuro, ese lugar en el que nunca podremos estar, será algo maravillo, o, también podría ser tenbroso… ¡Depende de tántas cosas! Y, algunas de ellas, nunca las podremos controlar, ya que, la Naturaleza sigue su camino y lo que tenga que ser será, no se parará a pensar que una colonia de seres inteligentes está habitando un planeta de agua y roca en el que han podido establecer una civilización ¿aceptable? que, podría llegar lejos si, ellos mismos eligen el correcto camino y, la misma Naturaleza les respeta.
    Mientras tanto, inmersos en esa incertidumbre (que en todo está presente -no sólo en la mecánica cuántica-), seguiremos nuestra andadura por este mundo, más tarde por este Sistema solar y, si las cosas no se tuercen, por el Espacio exterior más lejano, cuando podamos conseguir las respuestas que ahora se nos escapan.
     

    Responder
  2. 2
    abdel majluf
    el 3 de julio del 2014 a las 3:39

    Amigo mío, cuanto de razón tienes en tu comentario, conocer la naturaleza, ese sueño que tenemos desde tiempos inmemoriales y aunque algo hemos aprendido de esta, también  cada vez nos vamos dando cuenta, que esta se va guardando muchos de sus misterios.
    Sabes, hace poco estuve de vacaciones en la ciudad de la serena, acá en chile, hogar de los telescopios de la silla, tololo y varios otros, pero nunca me había topado con sus cielos tan despejados y luna llena, la verdad es que fue maravilloso ver una luna agigantada en un cielo negro despejado, en donde a simple vista se podía observar su superficie, en la quietud de la noche, como si estuviéramos en una nave muy cerca de ella, daba como para cerrar los ojos a ratos e iniciar ese viaje imaginario hacia ella. He visitado varios telescopios y de noche, la vista es maravillosa del cielo estrellado, la vía láctea se ve muy bien, pero en medio de una ciudad de mas de 500 mil habitantes, encontrar un cielo negro y tan amplio, no me había tocado, allí trabajan con la luminosidad hacia abajo para no contaminar el cielo, lo han hecho muy bien.
     
    un abrazo.
     
    Abdel majluf
    Bueno, solo venia de pasada rápida, pero no pude no parar y dejarte un pequeño comentario.
     
    Recibe un gran abrazo y espero pronto dejarte un comentario mas adecuado.
     
     
    saludos.

    Responder
    • 2.1
      emilio silvera
      el 3 de julio del 2014 a las 6:30

      ¡Hola, amigo Abdel!
      Primero te diré que es grata tu presencia por estos lares, y, en segundo lugar, te diré que, tu comentario me ha producido una sana envidia, ¡quién hubiera podido estar allí contigo! ¿Te imaginas los comentarios que la vista hubiera provocado entre nosotros dos?
      Sí, amigo mío, nunca dejaremos de asombrarnos de la belleza que el Universo nos muestra y que nos empuja a querer saber sobre la magia que en él se produce en forma de transformaciones y energías que, no siempre sabemos explicar.
      Un abrazo.

      Responder

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