domingo, 19 de septiembre del 2021 Fecha
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¿La teoría cuántica y la Gravedad, dentro de las cuerdas

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Mecánica cuántica    ~    Comentarios Comments (0)

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                 Sí, a veces la Física, parece un Carnaval. Imaginamos universos que… ¿serán posibles?

Las teorías de cuerdas [TC's] no son una invención nueva, ni mucho menos. La primera TC se inventó a finales de los años sesenta del siglo XX en un intento para encontrar una teoría para describir la interacción fuerte. La idea medular consistía en que partículas como el protón y el neutrón podían ser consideradas como ondas de «notas de una cuerda de violín». La interacción fuerte entre las partículas correspondería a fragmentos de cuerda que se extenderían entre pequeños pedacitos de cuerda, como las telas que forman algunos simpáticos insectos. Para que esta teoría proporcionase el valor observado para la interacción fuerte entre partículas, las cuerdas tendrían que ser semejantes a las de un violín, pero con una tensión de alrededor de unas diez toneladas.

La primera expresión de las TC’s fue desarrollada por Jöel Scherk, de París, y John Schwuarz, del Instituto de Tecnología de California, quienes en el año 1974 publicaron un artículo en el que demostraban que la TC podía describir la fuerza gravitatoria, pero sólo si la tensión en la cuerda se tensiometrara alrededor de un trillón de toneladas métricas. Las predicciones de la teoría de cuerdas serían las mismas que las de la relatividad general a escala de longitudes normales, pero diferirían a distancias muy pequeñas, menores que una trillonésima de un cm. Claro está, que en esos años, no recibieron mucha atención por su trabajo.

Ahora se buscan indicios de la teoría de cuerdas en los grandes aceleradores de partículas donde parece que algunos indicios nos dicen que se va por el buen camino, sin embargo, nuestros aceleradores más potentes necesitarían multiplicar por un número muy elevado su potencia para poder, comprobar la existencia de las cuerda situadas a una distancia de 10-35 m, lugar al que nos será imposible llegar en muchas generaciones. Sin embargo, en las pruebas que podemos llevar a cabo en la actualidad, aparecen indicios de una partlicula de espín 2 que todos asocian con el esquivo Gravitón, y, tal indicio, nos lleva a pensar que, en la teoría de supercuerdad, está implícita una Teoría Cuántica de la Gravedad.

Los motivos que tuvo la comunidad científica, entonces, para no brindarle la suficiente atención al trabajo de Scherk y Schwuarz, es que, en esos años, se consideraba más viable para describir a la interacción fuerte a la teoría basada en los quarks y los gluones, que parecía ajustarse mucho mejor a las observaciones. Desafortunadamente, Scherk murió en circunstancias trágicas (padecía diabetes y sufrió un coma mientras se encontraba solo en su estudio). Así, Schwuarz se quedó solo, en la defensa de la teoría de cuerdas, pero ahora con un valor tensiométrico de las cuerdas mucho más elevado.

Pero con los quarks, gluones y también los leptones, en la consecución que se buscaba, los físicos entraron en un cuello de botella. Los quarks resultaron muy numerosos y los leptones mantuvieron su número e independencia existencial, con lo cual seguimos con un número sustancialmente alto de partículas elementales (60), lo que hace que la pregunta ¿son estos los objetos más básicos?

Si esos sesenta objetos fuesen los más básicos, entonces también aflora otra pregunta ¿por qué son como son y por qué son tantos? Los físicos quisieran poder decir «salen de esto», o «salen de esto y aquello», mencionar dos principios bien fundamentales y ojalá tan simples que puedan ser explicados a un niño. La respuesta «porque Dios lo quiso así» posiblemente a muchos les cause «lipotimia»,  ya que esa respuesta nos lleva a reconocer nuestra ignorancia y, además, la respuesta que esperamos no pertenece al ámbito de la religión. Por ahora, ¿cuál es la última que puede dar la ciencia?

El cuello de botella incentivó a que se encendiera una luz de esperanza. En 1984 el interés por las cuerdas resucitó de repente. Se desempolvaron las ideas de Kaluza y Klein, como las que estaban inconclusas de Scherk y Schwuarz. Hasta entonces, no se habían hecho progresos sustanciales para explicar los tipos de partículas elementales que observamos, ni tampoco se había logrado establecer que la supergravedad era finita.

El ser humano –en función de su naturaleza– cuando se imagina algo muy pequeño, piensa en un puntito de forma esférica. Los físicos también son seres de este planeta y, para ellos, las partículas elementales son como puntitos en el espacio, puntos matemáticos, sin extensión. Son sesenta misteriosos puntos y la teoría que los describe es una teoría de puntos matemáticos. La idea que sugieren las TC’s es remplazar esos puntos por objetos extensos, pero no como esferitas sino más bien como cuerdas. Mientras los puntos no tienen forma ni estructura, las cuerdas tienen longitud y forma, extremos libres como una coma “,” (cuerda abierta), o cerradas sobre sí misma como un circulito. Si el punto es como una esferita inerte de la punta de un elastiquito, la cuerda es el elástico estirado y con él se pueden hacer círculos y toda clase de figuras. Está lleno de posibilidades.

Muchas son las imágenes que se han elaborado para representar las cuerdas y, como nadie ha visto nunca ninguna, cualquiera de ellas vale para el objetivo de una simple explicación y, las cuerdas que se han imaginado han tomado las más pintorescas conformaciones para que, en cada caso, se adapten al modelo que se expone.

diferencia entre un punto y una coma. Según la teoría de cuerdas importa, y mucho. Por su extensión, a diferencia del punto, la cuerda puede vibrar. Y hacerlo de muchas maneras, cada modo de vibración representando una partícula diferente. Así, una misma cuerda puede dar origen al electrón, al fotón, al gravitón, al neutrino y a todas las demás partículas, según cómo vibre. Por ello, la hemos comparado con la cuerda de un violín, o de una guitarra, si se quiere.

Al dividir la cuerda en dos, tres, cuatro, cinco, o más partes iguales, se generan las notas de la escala musical que conocemos, o técnicamente, los armónicos de la cuerda. En general, el sonido de una cuerda de guitarra o de piano es una mezcla de armónicos. Según la mezcla, la calidad (timbre) del sonido. Si distinguimos el tono de estos instrumentos, es por la «receta» de la mezcla en cada caso, por las diferentes proporciones con que cada armónico entra en el sonido producido. Pero, también es posible hacer que una buena cuerda vibre en uno de esos armónicos en particular, para lo cual hay que tocarla con mucho cuidado. Los concertistas lo saben, y en algunas obras como los conciertos para violín y orquesta, usan este recurso de «armónicos». Así, la naturaleza, con su gran sabiduría y cuidado para hacer las cosas, produciría electrones, fotones, gravitones, haciendo vibrar su materia más elemental, esa única y versátil cuerda, en las diversas (infinitas) formas que la cuerda permite.

Una partícula ocupa un punto del espacio en todo momento. Así, su historia puede representarse mediante una línea en el espaciotiempo que se le conoce como «línea del mundo». Por su parte, una cuerda ocupa una línea en el espacio, en cada instante de tiempo. Por tanto, su historia en el espaciotiempo es una superficie bidimensional llamada la «hoja del mundo». Cualquier punto en una hoja del mundo puede ser descrito mediante dos números: uno especificando el tiempo y el otro la posición del punto sobre la cuerda. Por otra parte, la hoja del mundo es una cuerda abierta como una cinta; sus bordes representan los caminos a través del espaciotiempo (flecha roja) de los extremos o comas de la cuerda (figura 12.05.03.02). La hoja del mundo de una cuerda cerrada es un cilindro o tubo (figura 12.05.03.03); una rebanada transversal del tubo es un círculo, que representa la posición de la cuerda en un momento del tiempo.

No cabe duda que, de ser ciertas las TC’s, el cuello de botella queda bastante simplificado. Pasar de sesenta objetos elementales a una sola coma o circulito es un progreso notable. Entonces, ¿por qué seguir hablando de electrones, fotones, quarks, y las demás?

Que aparentemente las cosas se simplifican con las TC’s, no hay duda, pero desafortunadamente en física las cosas no siempre son como parecen. Para que una teoría sea adoptada como la mejor, debe pasar varias pruebas. No basta con que simplifique los esquemas y sea bella. La teoría de las cuerdas está –se puede decir– en pañales y ha venido mostrado distintas facetas permeables. Surgen problemas, y se la deja de lado; se solucionan los problemas y una avalancha de trabajos resucitan la esperanza. En sus menos de treinta años de vida, este vaivén ha ocurrido más de una vez.

Uno de los problemas que más afecta a la cuerda está ligado con su diminuto tamaño. Mientras más pequeño algo, más difícil de ver. Es una situación que se agudiza en la medida que se han ido corrigiendo sus permeabilidades. En sus versiones más recientes, que se llaman supercuerdas, son tan superpequeñas que las esperanzas de ubicarlas a través de un experimento son muy remotas. Sin experimentos no podemos comprobar sus predicciones ni saber si son correctas o no. Exagerando, es como una teoría que afirmara que los angelitos del cielo tienen alitas. ¿Quién la consideraría seriamente?

La propia base conceptual de la teoría comporta problemas. Uno de ellos, es el gran número de dimensiones que se usan para formularla. En algunos casos se habla de 26 o, en el mejor, de 10 dimensiones para una cuerdita: espacio (son 3), tiempo (1) y otras seis (o 22) más, que parecen estar enroscadas e invisibles para nosotros. Por qué aparecieron estas dimensiones adicionales a las cuatro que nos son familiares y por qué se atrofiaron en algún momento, no lo sabemos. También, la teoría tiene decenas de miles de alternativas aparentemente posibles que no sabemos si son reales, si corresponden a miles de posibles universos distintos, o si sólo hay una realmente posible. Algunas de estas versiones predicen la existencia de 496 fuerzones, partículas como el fotón, que transmiten la fuerza entre 16 diferentes tipos de carga como la carga eléctrica. Afirmaciones como éstas, no comprobables por la imposibilidad de hacer experimentos, plagan la teoría de cuerdas. Quienes alguna vez intentaron trabajar matemáticamente en las cuerdas, muchas veces deben haber pensado de que lo que estaban calculando más se asemejaba a juegos de ejercicios que la consecución de una base matemática teórica tras objetivo de dar un paso trascendental en el conocimiento de la naturaleza. Ahora, los que tienen puesta su fe en ella suelen afirmar que se trata de una teoría que se desfasó de la natural evolución de la física, que su hallazgo fue un accidente, y no existe aún el desarrollo matemático para formularla adecuadamente.

En las teorías de cuerdas, lo que anteriormente se consideraba partículas, se describe ahora como ondas viajando por las cuerdas, como las notas musicales que emiten las cuerdas vibrantes de un violín. La emisión o absorción de una partícula por otra corresponde a la división o reunión de cuerdas.

 

 

La Teoría de cuerdas trata de incorparar la Gravedad a las otras tres fuerzas y completar asíel panorama actual de la Física de Partículas en el Modelo Estándar en el que sólo están incluídas estas tres interacciones de arriba, la Gravedad queda fuera por surgir infinitos no renormalizables que, desaparecen en la Teoría de supercuerdas de 26 dimensdiones de espacio tiempo para los Bosones y de 10 y 11 dimensiones de espacio tiempo para los Ferniones.

El trabajo que aquí hemos leido lo he obtenido de fuentes diversas y, como tantos otros, nos dice más o menos lo que todos. La realidad de la Teoría de supercuerdas está en que no podemos llegar a ese límite necesario de los 10-35 m, donde supuestamente, está instalada la cuerda, y, como llegar a esa distancia nos exige una energía de 1019 GeV con la que no podemos ni soñar. Seguirán, por mucho tiempo, las especulaciones y cada cual, tendrá su idea, su propia teoría, toda vez que, ninguna de ellas podrá ser verificadas y mientras eso sea así (que lo es), todas las teorías tendrán la posibilidad de ser refrendadas…algún día.

 

 

 

  • ¿Dónde estarán las respuestas?

 

Sin embargo, una cosa es cierta, es la única teoría, la de supercuerdas, que nos da cierta garantía de que vamos por el buen camino, en su desarrollo aparecen indicios confirmados por los experimentos, como por ejemplo, la aparici´çon de una partícula de espín 2, el Gravitón que nos lleva a pensar que, en la teoría de supercuerdas está integrada una teoría Cuántica de la Gravedad que nos, podrá llevar, hasta esos primeros momentos del Big Bang que ahora quedan tan oscuros a la vista de los observadores y, de la misma manera, nos dejará entrar en la Singularidad de un Agujero Negro para poder ver (al fin) lo que allí pueda haber, qué clase de partículas o de materia se ha podido formar en un material tan extremadamente denso como el de la singularidad.

Habrá que tener paciencia con la Teoría de cuerdas y con el hallazgo tan esperado del Gravitón que nos confirmará, al fín, que la Gravedad como las demás interacciones, también está cuantizada y tiene su Bosón transmisor. De lo que no acabo de estar seguro es…del hecho en sí, de que podamos univer la Gravedad con la cuántica…¡son tan dispares! y habitan en reinos tan diferentes.

emilio silvera

¡Los pensamientos! Nos hacen saber y crear

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Los Pensamientos    ~    Comentarios Comments (0)

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Es curioso observar como cuando mi mente está libre y divagando sobre una gran diversidad de cuestiones que sin ser a propósito, se enlazan o entrecruzan en un revoltijo de ideas las unas con las otras, y lo mismo estoy tratando de sondear sobre el verdadero significado del número 137 (sí, ese número puro, adimensional, que encierra los misterios del electromagnetismo, de la luz y de la constante de Planck – se denomina alfa (α) y lo denotamos 2πe2/hc), o que me sumerjo en las profundidades del número atómico para ver de manera clara y precisa el espesor de los gluones que retienen a los quarks. Sin embargo, mi visión mental no se detiene en ese punto, continúa avanzando y se encuentra con una sinfonía de colores que tiene su fuente en miles y miles de cuerdas vibrantes que, en cada vibración o resonancia, producen minúsculas partículas que salen disparadas para formar parte en otro lugar, de algún planeta, estrella, galaxia e incluso del ser de un individuo inteligente.

Me pregunto por el verdadero significado de la materia, y cuanto más profundizo en ello, mayor es la certeza de que allí están encerradas todas las respuestas. ¿Qué somos nosotros? Creo que somos materia evolucionada que ha conseguido la conquista de un nivel evolutivo en el que ya se tiene conciencia de ser, de estar, de comprender para poder generar ideas propias sobre las cosas de la Naturaleza que nos creó.

Las dos imágenes representan la materia: Una es Naturaleza “inerte” y, la otra, de pensamientos

Pienso que toda materia en el universo está cumpliendo su función para conformar un todo que, en definitiva, está hecho de la misma cosa, que interaccionan con las fuerzas que rigen el Cosmo y toda la naturaleza del universo que nos acoge. La luz, la gravedad, la carga eléctrica y magnética, las fuerzas nucleares, todo, absolutamente todo, se puede entender a partir del comportamiento de la materia en sus distintos estadios y situaciones, tanto a niveles microscópicos como en nuestro más cotidiano mundo macroscópico, todo son aspectos y escenarios distintos, en los que la materia, se pone distintos ropajes para representar su papel en la más grande función del Teatro del Universo: para que existan estrellas y galaxias, planetas, árboles, desiertos, océanos y multitud de espacies de seres vivos y, algunas como la nuestra por ejemplo, hemos podido evolucionar hasta alcanzar la Conciencia de Ser.

Todos somos iguales pero… ¡Con pensamientos tan diversos!

Mirando a mi alrededor, de manera clara y precisa, puedo comprobar que el mundo está compuesto por una variedad de personas que, siendo iguales en su origen de especie, son totalmente distintas en sus mentes, en sus costumbres, en sus creencias y en sus conocimientos del mundo que nos rodea localmente y en ese otro que saliendo de nuestras fronteras nos lleva hasta el microscópico mundo del átomo, o, al extremo opuesto, el de las grandes estructuras de las galaxias. Desgraciadamente, no todos conocemos de cuestiones esenciales que conforman el “mundo” y, consecuentemente, también a nosotros.

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Las imágenes representan la parte más amable de nuestra realidad pero… Hay otra

La mayor parte, se aplica en sus vidas cotidianas y sin grandes sobresaltos: al trabajo, la familia y dejar transcurrir el tiempo. Es la mayoría silenciosa. Una parte menor, conforman el grupo de los poderosos; sus afanes están centrados en acumular poder, dirigir las vidas de los demás y de manera consciente o inconsciente, dañan y abusan de aquella mayoría. Son los grandes capitalistas y políticos, que con sus decisiones hacen mejor o peor las vidas del resto. Por último, existe una pequeña parte que está ajena y “aislada” de los dos grupos anteriores; se dedican a pensar y a averiguar el por qué de las cosas. La mayor preocupación de este grupo de “elegidos” es saber, quiero decir ¡SABER!, de todo y sobre todo; nunca están satisfechos y gracias a ellos podemos avanzar y evitar el embrutecimiento de nuestra especie que, a pesar de todo… ¡Se puede salvar!

Su trabajo es pensar, experimentar, buscar la verdad de la Naturaleza para saber, el por qué de las cosas

Pensando en el cometido de estos tres grupos me doy cuenta de lo atrasados que aún estamos en la evolución de la especie. El grupo mayor, el de la gente corriente, es muy necesario; de él se nutren los otros dos. Sin embargo, el grupo de mayor importancia “real”, el de los pensadores y científicos, está utilizado y manejado por políticos, militares y capitalistas que, en definitiva, aprueban los presupuestos y las subvenciones de las que se nutren los investigadores. Si el dinero empleado en inútiles ejercitos y armas, se empleara en investigación y desarrollo… ¿Dónde estaríamos ya?

La II Guerra Mundial de mal recuerdo. ¿Qué sacamos de ella? ¿Destrucción y muerte? En las dos grandes guerras mundiales (sobre todo en la segunda), tenemos un ejemplo de cómo se utilizaron a los científicos con fines militares. Los que no se prestaron a ello, lo pasaron mal y fueron marginados en no pocos casos.

Es una auténtica barbaridad el ínfimo presupuesto que se destina al fomento científico en cualquiera de los niveles del saber. Cada presupuesto, cada proyecto y cada subvención conseguida es como un camino interminable de inconvenientes y problemas que hay que superar antes de conseguir el visto bueno definitivo, y lastimosamente, no son pocos los magníficos proyectos que se quedan olvidados encima de la mesa del político o burócrata de turno, cuyos intereses particulares y partidistas miran en otra dirección.

En España, se paraliza en seco la Investigación y, nuestros jovenes científicos, faltos de incentivo y trabajo, tienen que marcharse fuera a buscar, lo que aquí no encuentran. Años de estudios y sacrificio para que, al final, tengan que dejar sus casas y sus familias para buscar el futuro en otros paises que, como EE. UU., Alemania y otros, recogen los frutos del empuje inteligente de mentes con un potencial incalculable.

La I+D española no solo sufre los ajustes presupuestarios, sino que además tiene partidas sin utilizar. La ciencia y la tecnología, incluidas actividades civiles y militares, sufrirán el año próximo una reducción de la financiación de un 8,4% respecto a 2010, según el proyecto presupuestario, lo que se acumula al 5,5% de recorte de este año respecto a 2009. “Esto entierra definitivamente la etapa de crecimiento del gasto en I+D+i de la anterior legislatura”, señala un análisis sobre la política de investigación realizado por CC OO a partir de datos oficiales.

España partió de un retraso en este ámbito respecto a los países más desarrollados, “atraso que se corrige muy lentamente y, al ritmo actual, la convergencia con Europa tardará aún muchos años”, advierte el estudio. Igualmente se aleja el ansiado cambio del modelo productivo.

¡Qué lastima! Haber llegado a esta situación tiene un motivo de todos conocido. Sin embargo, muchos son los interesados en que el tiempo pase y no se hable de ello. Los responsables están bien instalados, tienen muy alta e inmerecidas pensiones y, mientras tanto, el Pueblo llano, la Ciencia, y la gente de la calle en general, padecen y sufren lo que otros hicieron que, además, no sólo no pagaron su culpa, sino que se encuentran tan ricamente en sus mansiones, sus viajes, sus abultadas cuentas corrientes… ¡Qué canallas y miserables! Es la peor condición humana a la que podemos llegar.

A pesar de ello, milagrosamente, el avance continúa implacable gracias a personajes que, como Ramón y Cajal -en su momento-, con medios insuficientes pero con sacrificio e inteligencia, triunfan sobre estas adversidades materiales que superan por amor a la ciencia, con trabajo y con ingenio.

Prof Cirac office klein.jpg

Un ejemplo de lo que digo: “Juan Ignacio Cirac Sasturain (11 de octubre de 1965, Manresa, provincia de Barcelona, Cataluña) es un físico español reconocido por sus investigaciones en computación cuántica y óptica cuántica, enmarcadas en la teoría cuántica y en la física teórica. Desde 2001 es director de la División Teórica del Instituto Max-Planck de Óptica Cuántica (Max-Planck-Institut für Quantenoptik) en Garching, Alemania“.

Einstein nos decía algo parecido a:

el hombre encuentra su verdad detrás de cada puerta que la ciencia logra abrir”.

 

 

                                                    Ese momento mágico de comprobar que la teoría coincide con la Naturaleza

Ese encuentro maravilloso con la luz suprema del saber es un momento mágico, que reciben y el precio que pagan al científico por sus esfuerzos, y es el incentivo que necesitan para seguir trabajando en la superación de los muchos secretos que la naturaleza pone ante sus ojos para que sean desvelados.

Cuando me pongo a escribir sin un programa previamente establecido, vuelco sobre el papel en blanco todo lo que va fluyendo en mis pensamientos, y a veces me sorprendo a mí mismo al darme cuenta de cómo es posible perder la noción del tiempo inmerso en los universos que la mente puede recrear para hacer trabajar la imaginación sin límites de un ser humano.

¡Nuestra Imaginación! ¿Dónde estará el límite? NO, no hay límites, el único límite está impuesto por el conocimiento de la propia Naturaleza

Aunque es cierto que nuestras limitaciones son enormes y enorme nuestra ignorancia, también lo es que, son inmensamente enormes las posibilidades que tenemos de poder ir desvelando los secretos del Universo.  Las carencias se pueden compensar con la también enorme ilusión de aprender y la inagotable curiosidad y espíritu de sacrificio que tenemos en nuestro interior, que finalmente, van ganando pequeñas batallas en el conocimiento de la naturaleza, y que sumados hacen un respetable bloque de conocimientos que, a estas alturas de comienzos del siglo XXI, parecen suficientes como punto de partida para despegar hacia el interminable viaje que nos espera.

A veces tengo que sonreir al ver el esfuerzo de mi mujer: Pone delante de mí un reloj para que sea consciente del tiempo. Sin embargo, sumergido en las cuestiones que me inquietan, el tiempo transcurre tan lentamente que… ¡No parece transcurrir! Lo que no deja de ser una maravilla si consideramos que, estoy en total reposo y es, únicamente mi mente, la que desbocada, corre mucho más rápido que lo pueda hacer la luz.

Es tal la pasión que pongo en estas cuestiones que, literalmente, cuando estoy pensando en el nacimiento y vida de una estrella y en su final como enana blanca, estrella de neutrones o agujero negro (dependiendo de su masa), siento cómo ese gas y ese polvo cósmico estelar se junta y gira en remolinos, cómo se forma un núcleo donde las moléculas, más juntas cada vez, rozan las unas con las otras, se calientan e ionizan y, finalmente, se fusionan para brillar durante miles de millones de años y, cuando agotado el combustible nuclear degeneran en enanas blancas, veo con claridad cómo la degeneración de los electrones impide que la estrella continúe cediendo a la fuerza de gravedad y queda así estabilizada. Lo mismo ocurre en el caso de las estrellas de neutrones, que se frena y encuentra el equilibrio en la degeneración de los neutrones, que es suficiente para frenar la enorme fuerza gravitatoria. Y, cuando llego a la implosión que dará lugar a una singularidad, ahí quedo perdido, mi mente no puede, como en los casos anteriores, “ver” lo que realmente ocurre en el corazón del agujero negro, ya  que, lo que llamamos singularidad, parece como si desapareciera de este mundo.

emilio silvera

El Universo asombroso

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo asombroso    ~    Comentarios Comments (0)

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universo

En lugares como este, los astrofísicos encuentran un lugar ideal para estudiar sus componentes como si de un Laboratorio natural se tratara. Moléculas de diversos pelajes y elementos aquí presentes que sorprenden en no pocas ocasiones al ver que, en este medio inhóspito de radiación y viento estelares, pueden surgir los ingredientes necesarios para la vida. Los astrónomos tienen localizadas una buena variedad de Nubes Moleculares Gigantes. Son Nubes masivas de gas y polvo interestelar compuesto fundamentalmente por moléculas. Su diámetro típico es de más de 100 años-luz y las masas varian entre unos pocos cientos de miles hasta diez millones de masas solares.

                     Las primeras estrellas aparecieron después de cientos de millonesde años

Al principio, cuando el universo era simétrico, sólo existía una sola fuerza que unificaba a todas las que ahora conocemos, la gravedad, las fuerzas electromagnéticas y las nucleares débil y fuerte, todas emergían de aquel plasma opaco de alta energía que lo inundaba todo. Más tarde, cuando el universo comenzó a enfriarse, se hizo transparente y apareció la luz, las fuerzas se separaron en las cuatro conocidas, emergieron los primeros quarks para unirse y formar protones y neutrones, los primeros núcleos aparecieron para atraer a los electrones que formaron aquellos primeros átomos.Doscientos millones de años más tarde, se formaron las primeras estrellas y galaxias. Con el paso del tiempo, las estrellas sintetizaron los elementos pesados de nuestros cuerpos, fabricados en supernovas que estallaron, incluso antes de que se formase el Sol. Podemos decir, sin temor a equivocarnos, que una supernova anónima explotó hace miles de millones de años y sembró la nube de gas que dio lugar a nuestro sistema solar, poniendo allí los materiales complejos y necesarios para que algunos miles de millones de años más tarde, tras evolucionar a partir de la “materia inerte”,  apareciéramos nosotros.

Todo en el Universo tiene un principio y un final y, el mismo universo tuvo que nacer y evolucionar para que hoy podamos contemplar, mediante nuestros sofisticados telescopios, un universo en expansión lleno de galaxias que contienen estrellas nuevas y viejas estrellas, muchas de ellas rodeadas de mundos que, aún no hemos podido determinar de qué criaturas estarán poblados muchos de ellos.

Antes de alrededor de un minuto y cuarenta segundos desde el comienzo del tiempo,  no hay núcleos atómicos estables.  El nivel de energía en el ambiente es mayor que la energía de unión nuclear. Por consiguiente, todos los núcleos que se forman, se destruyen rápidamente.

Alrededor de un segundo desde el comienzo del tiempo, llegamos a la época de desacoplamiento de los neutrinos.  Aunque en esa época el Universo es más denso que las otras (y tan caliente como la explosión de una bomba de hidrógeno), ya ha empezado a parecer vacío a los neutrinos.  Puesto que los neutrinos sólo reaccionan a la fuerza débil, que tiene un alcance extremadamente corto, pueden escapar de sus garras y volar indefinidamente sin experimentar ninguna otra interacción.

Aunque parezca mentira, al día de hoy no sabemos, a ciencia cierta, como se formaron las galaxias y si el Big Bang, el modelo de universo que hemos adoptado, es cierto. Es decir, si fue realmente lo que ocurrió aquí para que naciera nuestro universo, o, por el contrario, este pudo surgir de una fluctuación de vacío que rasgo el espacio-tiempo en otro universo. Pero, sigamos con la historia.

Así, emancipados, en lo sucesivo son libres de vagar por el Universo a su manera indiferente, volando a través de la materia como si no existiese. (Diez trillones de neutrinos atravesarán sin causar daños el cerebro y el cuerpo del lector en el tiempo que le lleve leer esta frase.  Y en el tiempo en que usted haya leído esta frase estarán más lejos que la Luna).

En menos de un siglo, el neutrino pasó de una partícula fantasma – propuesta en 1930 por el físico austríaco Wolfgang Pauli (1900-1958) a explicar el balance de energía en una forma de radioactividad,  el llamado decaimiento beta, en una sonda capaz de escrutar el interior de estrellas y de la propia Tierra.

Decaimiento β- de un núcleo. Se ilustra cómo uno de los neutrones se convierte en un protón que a la vez que emite un electrón  (β-) y un antineutrino electroníco. Es un proceso mediante el cual un nucleido o núcleo inestable  emite una partícula beta (un electrón o positrón) para compensar la relación de neutrones y protones del núcleo atómico.  Esta desintegración viola la paridad.

De esa manera, oleadas de neutrinos liberados en un segundo después del big bang persiste aún después, formando una radiación cósmica de fondo de neutrinos semejante a la radiación de fondo de microondas producida por el desacoplamiento de los fotones.

Si estos neutrinos “cósmicos” (como se los llama para diferenciarlos de los neutrinos liberados más tarde por las supernovas) pudiesen ser observador por un telescopio de neutrinos de alguna clase, proporcionarían una visión directa del Universo cuando sólo tenía un segundo.

A medida que retrocedemos en el tiempo, el Universo se vuelve más denso y más caliente, y el nivel de  estructura que puede existir se hace cada vez más rudimentario.

        Sólo una sustancia cósmica lo invadía todo antes de que formara la materia

Por supuesto, en ese tiempo, no hay moléculas, ni átomos, ni núcleos atómicos, y, a 10-6 (0.000001) de segundo después del comienzo del tiempo, tampoco hay neutrones ni protones.  El Universo es un océano de quarks libres y otras partículas elementales.

Si nos tomamos el de contarlos, hallaremos que por cada mil millones de antiquarks existen mil millones y un quark. La asimetría es importante.  Los pocos quarks en exceso destinados a sobrevivir a la aniquilación general quark-antiquark formaran todos los átomos de materia del Universo del último día.  Se desconoce el origen de la desigualdad; presumiblemente obedezca a la ruptura de una simetría materia antimateria en alguna etapa anterior.

Nos aproximamos a un tiempo en que las estructuras básicas de las leyes naturales, y no sólo las de las partículas y campos cuya conducta dictaban, cambiaron a medida que evolucionó el Universo.

La primera transición semejante se produjo en los 10-11 de segundo después del comienzo del tiempo, cuando las funciones de las fuerzas débiles y electromagnéticas se regían por una sola fuerza, la electrodébil.  hay bastante energía ambiente para permitir la creación y el mantenimiento de gran de bosones w y z.

Estas partículas –las mismas cuya aparición en el acelerador del CERN verificó la teoría electrodébil– son las mediadoras intercambiables en las interacciones de fuerzas electromagnéticas y débiles, lo que las hace indistinguibles.  En ese tiempo, el Universo está gobernando sólo por tres fuerzas: la gravedad, la interacción nuclear fuerte y la electrodébil.

Más atrás de ese tiempo nos quedamos en el misterio y envueltos en una gran nebulosa de ignorancia.  Cada uno se despacha a su gusto para lanzar conjeturas y teorizar sobre lo que pudo haber sido.   Seguramente, en el futuro, será la teoría M (de supercuerdas) la que contestará esas preguntas sin respuestas ahora.

En los 10-35 de segundo desde el comienzo del tiempo, entramos en un ámbito en el que las cósmicas son aún menos conocidas.  Si las grandes teorías unificadas son correctas, se produjo una ruptura de la simetría por la que la fuerza electronuclear unificada se escindió en las fuerzas electrodébil y las fuertes.  Si es correcta la teoría de la supersimetría, la transición puede haberse producido antes, había involucrado a la gravitación.

En el universo temprano la primera materia (hidrógeno y Helio) era llevada por la fuerza de gravedad a conformarse en grandes conglomerados de gas y polvo que interacioban, producían calor y formaron las primeras estrellas.

Elaborar una teoría totalmente unificada es tratar de comprender lo que ocurrió en ese tiempo remoto que, según los últimos estudios está situado entre 15.000 y 18.000 millones de años, cunado la perfecta simetría que, se pensaba, caracterizó el Universo, se hizo añicos para dar lugar a los simetrías rotas que hallamos a nuestro alrededor y que, nos trajo las fuerzas y constantes Universales que, paradójicamente, hicieron posible nuestra aparición para que , sea posible que, alguien como yo esté contando lo que pasó.

Pero hasta que no tengamos tal teoría no podemos esperar comprender lo que realmente ocurrió en ese Universo bebé.  Los límites de nuestras conjeturas actuales cuando la edad del Universo sólo es de 10-43 de segundo, nos da la única respuesta de encontrarnos ante una puerta cerrada.

Del otro lado de esa puerta está la época de Plank, un tiempo en que la atracción gravitatoria ejercida por cada partícula era comparable en intensidad a la fuerza nuclear fuerte.

La fuerza nuclear fuerte hizo posible la existencia de los núcleos que atraían electrones para formar átomos

Así que, llegados a este punto podemos decir que la clave teórica que podría abrir esa puerta sería una teoría unificada que incluyese la gravitación, es decir, una teoría cuántica-gravitatoria que uniese, de una vez por todas, a Planck y Einsteins que, aunque eran muy amigos, no parece que sus teorías (la Mecánica Cuántica) y (la Relatividad General) se lleven a las mil maravillas.

A partir del momento en que se formaron los primeros átomos, estos se unieron para formar moléculas y cuerpos. Pasados cientos de miles de años, millones y millones que el Universo necesitó para forjarse como un un Sistema cerrado coherente, lleno de materia situada en grandes espacios vacíos, donde las cuatro fuerzas fundamentales lo regían todo. Desde entonces, el universo se pobló de fantásticas configuraciones surgidas de la energía devastadoras de las primeras supernovas y colisiones de agujeros negros y un sin fin de fenómenos que ahora podemos observar con los grandes telescopios.

                 Galaxias que atraídas por la fuerza de gravedad se fusionan

Bellas Nebulosas que son el resultado de grandes explosiones de estrellas moribundas que lanzan sus materiales al espacio interestelar.

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       Formaciones en cúmulos de estrellas que producen  el asombro de los Astrónomos

Monstruos cósmicos que, en forma de agujeros negros, enguyen a las estrellas vecinas para hacerse más y más grande

     Miles y millones de galaxias que se reparten por todas las regiones del Universo “infinito”

La Humanidad forma parte indisoluble, indistinguible del cosmos. Todo lo que somos surgió con el mismo universo y en el corazón de las estrellas. En palabras de Sagan, somos polvo de estrellas.

Y pasado más de 13.000 millones de años, en un planeta rocoso de escasa importancia en el contexto del universo inmenso, aparecímos nosotros, unas criaturas egoistas e instintivas que, caminamos por el planeta durante milenios forjando Civilizaciones, inventando la escritura y las matemáticas, logrando forjar un saber encomiable sobre la Astronomía que nos cuenta, lo que pudo pasar desde el comienzo del Tiempo.

Sí, es cierto que, si somos sinceros, hay que reconocer que andamos un poco perdidos y que las preguntas, son infinitamente más que las pocas respuestas que podemos dar. Nuestra ignorancia es grande pero, nuestra imaginación es mayor y, poco a poco, ésta última le está ganando la batalla a la primera, ese peso que la Humanidad lleva sobre sus hombros desde la noche de los tiempos.

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¡La Luz! 2015 ha sido nombrado año de la Luz

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en La Luz esconde muchos secretos    ~    Comentarios Comments (0)

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                                                       Científicos consiguen congelar la luz y hacerla sólida. Al m,enos así ha sido publicado en distintos medios

Los fotones, las partículas de las que está hecha la luz, no se comportan como muchas otras partículas porque no tienen masa. Esto hace que no interaccionen entre ellas y por tanto no se unan unas a otras para formar elementos mayores y más complejos, como sí hacen otras partículas fundamentales.

Sin embargo, en los últimos años varios equipos científicos de todo el mundo han logrado jugar con esta característica y, de alguna forma, burlarla, deteniendo la luz y congelándola, convirtiéndola en un sólido. Se trata de un fenómeno que nos recuerda a las películas de ciencia ficción (piensen en los sables láser de La guerra de las galaxias), pero en cuyo conocimiento los investigadores avanzan cada día más. Los últimos, un equipo de la Universidad de Princeton que ha logrado convertir la luz en cristal, según sus conclusiones.

Nos interesa explorar, y eventualmente controlar y dirigir, los flujos de energía a niver atómicoLo han conseguido interconectando fotones, las partículas elementales de la luz, de forma que se quedasen fijos en un lugar como si estuviesen congelados. Los resultados de sus experimentos podrían servir para desarrollar nuevos y exóticos metamateriales, además de ayudar a avanzar en el conocimiento sobre el estudio fundamental de la materia.

“Es algo que nadie había visto antes, un nuevo comportamiento de la luz”, explica Andrew Houck, profesor asociado de ingeniería eléctrica y uno de los investigadores. “Nos interesa explorar, y eventualmente controlar y dirigir, los flujos de energía a niver atómico”, dice Hakan Türeci, uno de los miembros del equipo.

Para lograrlo, construyeron una estructura hecha de materiales superconductores con más de cien mil millones de átomos ensamblados para funcionar como uno solo y la situaron junto a un cable superconductor por el que transitaban fotones. Esos fotones, debido a mecanismos propios de la física cuántica, adoptaron algunas de las propiedades del átomo, como por ejemplo las interacciones entre ellos, algo que normalmente no ocurre con los fotones. Así, el equipo logró que fluyesen como si fuesen parte de un líquido o que se congelasen como si fuesen un cristal sólido.

Los científicos han estudiado el comportamiento de la luz durante años, que a veces corresponde al de una onda y otras al de una partícula. Con este experimento, han podido inventarle uno nuevo. “Hemos provocado una situación en la que la luz se comporta efectivamente como una partícula, en el sentido de que dos fotones pueden interaccionar con fuerza. En un momento oscila de delante hacia atrás como si fuera un líquido, y en otro directamente se congela”, explica Türeci.

Los ordenadores actuales no ‘entienden’ la física cuántica

Esta investigación es parte del esfuerzo que científicos de todo el mundo están poniendo para intentar responder algunas preguntas fundamentales del comportamiento de las partículas subatómicas, cuestiones que no es posible contestar ni siquiera utilizando los ordenadores más potentes de los que disponemos hoy en día.

Es como resolver preguntas sobre aerodinámica observando un modelo de aeroplano en un túnel de viento, es decir, a través de una simulación física en vez de con cálculos digitalesLos equipos de computación con los que trabajan los científicos no sirven porque funcionan siguiendo la mecánica tradicional, que describe cómo es el mundo de los objetos cotidianos en una escala muy amplia, desde los planetas hasta los átomos y moléculas. Pero el mundo de los fotones y otras partículas de tamaño inferior al átomo funciona siguiendo las reglas de la mecánica cuántica, que incluye propiedades en apariencia imposibles e incomprensibles, como por ejemplo que varias partículas estén relacionadas en cuanto a su comportamiento a pesar de estar distanciadas por cientos de kilómetros.

Esa diferencia en cuanto a sus características limita la capacidad de los ordenadores de trabajar con estos componentes subatómicos. Simplemente, no puede calcular qué harán ante unos u otros estímulos. De forma que la comunidad científica lleva tiempo intentando crear un nuevo tipo de ordenador basado en las normas de la física cuántica, con el convencimiento de que así podrán responder a muchas de las preguntas que les intrigan de esta rama del conocimiento. Para crear esa nueva computadora, sin embargo, hace falta tiempo y profundizar en la investigación de estos fenómenos, creándose así un círculo que retrasa las respuestas.

Otra corriente dentro del estudio de la física cuántica, dentro de la que se enmarca el trabajo de los científicos de Princeton, apuesta por dejar de lado los ordenadores y desarrollar nuevas herramientas que imiten el comportamiento de las subpartículas. El inconveniente es que estas herramientas tendrán una utilidad más limitada que la de un ordenador cuántico, pero la ventaja está en que en teoría podrán crearse sin necesidad de responder previamente a cuestiones más complejas y avanzadas.

“Es como resolver preguntas sobre aerodinámica observando un modelo de aeroplano en un túnel de viento, es decir, a través de una simulación física en vez de con cálculos digitales”, explica una entrada en el blog Scienceblog.

En este caso, la herramienta desarrollada es muy pequeña y sus posibilidades son limitadas, pero los investigadores confían en poder ampliarla, así como aumentar el número de interacciones entre fotones, aumentando su capacidad de simular situaciones complejas. En el futuro esperan poder observar la luz en estados aún más extraños, como por ejemplo un superfluido o un aislante.”

Cuando sepamos lo que es la luz… ¡Sabremos lo que es el Universo… y, también nosotros! Porque, al fin y al cabo, ¿No somos luz?