sábado, 19 de junio del 2021 Fecha
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El Principio antrópico, el gato de Schrödinger

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (4)

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El físico Alan Harvey Guth dijo

:

“El principio antrópico es algo que la gente propone si no pueden pensar en algo mejor que hacer.”

 

Para Richard Feynman, el objetivo de un físico teórico es “demostrarse a sí mismo que está equivocado en cuanto sea posible”. Sin embargo, el principio antrópico es estéril y no puede ser refutado. Weinberg dijo: “aunque la ciencia es claramente imposible sin científicos, no está claro que el universo sea imposible sin ciencia.

En cosmología el principio antrópico establece que cualquier teoría válida sobre el universo tiene que ser consistente con la existencia del ser humano.

El debate sobre el principio antrópico (y por consiguiente sobre Dios) estuvo en letargo durante muchos años, aunque fue reactivado recientemente por la función de onda del universo de Hawking. Si Hawking está en lo cierto, entonces existen en realidad un número infinito de universos paralelos, muchos de ellos con diferentes constantes físicas. En algunos de ellos, quizá los protones se desintegran con demasiada rapidez, o las estrellas no pueden fabricar los elementos pesados por encima del hierro, o el Big Crunch tiene lugar demasiado deprisa porque su densidad crítica sobrepasa en mucho a la ideal y no da tiempo a que pueda comenzar la germinación de la vida, y así sucesivamente. De hecho, un número infinito de estos universos paralelos están muertos, sin las leyes físicas que puedan hacer posible la vida tal como la conocemos.

Hace tiempo ya que muchos piensan en la existencia de universos paralelos. Muchas estrellas y galaxias, muchos mundos, y, también, muchos universos. Claro que, es tan grande el nuestro que sería impensable poder salir de él para visitar otros universos vecinos, cuando la realidad es que, ni podemos visitar las galaxias más cercanos o los mundos que nos rodean en el propio Sistema solar. ¡Qué atrasados estamos todavía!

En tal universo paralelo (el nuestro), las leyes de la física eran compatibles con la vida que conocemos. La prueba es que nosotros estamos aquí para tratar esta cuestión. Si esto es cierto, entonces quizá no haya que invocar a Dios para explicar por qué la vida, por preciosa que sea, es posible en nuestro universo. Sin embargo, esto reabre la posibilidad del principio antrópico débil, es decir, que coexistimos con nuestros universos muertos y que el nuestro sea el único compatible para vida.

La segunda controversia estimulada por la función de onda del universo de Hawking es mucho más profunda y, de hecho, aun está sin resolver. Se denomina el Gato de Schrödinger.

La teoría cuántica, recordémoslo, afirma que para todo objeto existe una función de onda que mide la probabilidad de encontrar dicho objeto en un cierto punto del espacio y del tiempo. La teoría cuántica afirma también que nunca se conoce realmente el estado de una partícula hasta que se haya hecho una observación. Antes de que haya una medida, la partícula puede estar en uno de entre una diversidad de estados, descritos por la función de onda de Schrödinger. Por consiguiente, antes de que pueda hacerse una observación o medida, no se puede conocer realmente el estado de la partícula.  De hecho, la partícula existe en un estado ultramundano, una suma de todos los estados posibles, hasta que se hace una medida.

Cuando esta idea fue propuesta por primera vez por Niels Bohr y Werner Heisemberg, Einstein se revolvió contra ella. “¿Existe la luna sólo porque la mira un ratón?”, le gustaba preguntar. Según la teoría cuántica, en su más estricta interpretación, la Luna, antes de que sea observada, no existe realmente tal como la conocemos. “La Luna puede estar, de hecho, en uno cualquiera de entre un número infinito de estados, incluyendo el estado de estar en el cielo, de estar explotando, o de no estar allí en absoluto. Es el proceso de medida que consiste en mirarla el que decide que la Luna está girando realmente alrededor de la Tierra”. Decía Einstein con ironía.

De la resolución de la ecuación de onda de Schrödinger se obtiene una serie de funciones de onda (ó probabilidades de distribución de los electrones) para los diferentes niveles energéticos que se denominan orbitales atómicos.

Edwin Schrödinger, autor de la ecuación con su función de onda, se disgustó con estas interpretaciones de su ecuación. Para demostrar lo absurdo de la situación creada, Schrödinger colocó un gato imaginario en una caja cerrada. El gato estaba frente a una pistola, que está conectada a un contador Geiger, que a su vez está conectado a un fragmento de uranio. El átomo de uranio es inestable y sufrirá una desintegración radiactiva. Si se desintegra un núcleo de uranio, será detectado por el contador Geiger que entonces disparará la pistola, cuya bala matará al gato.

Para decidir si el gato está vivo o muerto, debemos abrir la caja y observar al gato. Sin embargo, ¿cuál es el estado del gato antes de que abramos la caja? Según la teoría cuántica, sólo podemos afirmar que el gato esta descrito por una función de onda que describe la suma de un gato muerto y un gato vivo.

Para Schrödinger, la idea de pensar en gatos que no están ni muertos ni vivos era el colmo del absurdo, pero la confirmación experimental de la mecánica cuántica nos lleva inevitablemente a esta conclusión. Hasta el momento, todos los experimentos han verificado, favorablemente, la teoría cuántica.

La paradoja del gato de Schrödinger es tan extraña que uno recuerda a menudo la reacción de Alicia al ver desaparecer el gato de Cheshire en el centro del cuento de Lewis Carroll: “Allí me verás”, dijo el Gato, y desapareció, lo que no sorprendió a Alicia que ya estaba acostumbrada a observar cosas extrañas en aquel lugar fantástico. Igualmente, los físicos durante años se han acostumbrados a ver cosas “extrañas” en la mecánica cuántica.

Existen varias maneras de abordar esta dificultad de lo incomprensible en mecánica cuántica. En primer lugar, podemos suponer que Dios existe.   Puesto que todas las “observaciones” implican un observador, entonces debe haber alguna “conciencia” en el universo. Algunos físicos como el premio Nobel Eugene Wigner, han insistido en que la teoría cuántica prueba la existencia de algún tipo de conciencia cósmica universal.

La segunda forma de tratar la paradoja es la preferida por la gran mayoría de los físicos en activo: ignorar el problema.

El físico Richard Feynman dijo en cierta ocasión:

“Creo que es justo decir que nadie comprende la mecánica cuántica. No siga diciéndose a sí mismo, si puede evitarlo, “¿pero cómo puede ser así?” porque usted se meterá “hasta el fondo” en un callejón sin salida del que nadie ha escapado.  Nadie sabe como puede ser eso.”

 

 

 

 

De hecho, a menudo se ha dicho que de todas las teorías propuestas en el siglo XX, la más absurda es la teoría cuántica. Algunos dicen que la única cosa que la teoría tiene a su favor es que “es indudablemente correcta”.

Sin embargo, existe una tercera forma de tratar esta paradoja, denominada teoría de los muchos universos. Esta teoría (como el principio antrópico) no gozó de mucho favor en la última década, pero está siendo revitalizada por la función de onda del universo de Stephen Hawking.

Existe un principio de la física denominado Navaja de Occam, que afirma que siempre deberíamos tomar el camino más sencillo posible e ignorar las alternativas más complicadas, especialmente si las alternativas no pueden medirse nunca.

Para seguir fielmente el consejo contenido en la navaja de Occam, primero hay que tener el conocimiento necesario para poder saber elegir el camino más sencillo, lo que en la realidad, no ocurre. Nos faltan los conocimientos necesarios para hacer las preguntas adecuadas.

Hugo Everett, Bryce DeWitt y ahora Hawking (también otros), han propuesto la teoría de los universos múltiples. En unos universos los protones se desintegran antes haciendo inestable la materia, en otros, el átomo de uranio se desintegra mediante un proceso sin radiaciones, y en otros universos las constantes universales que existen en el nuestro, son totalmente diferentes y no dan posibilidad alguna para la existencia de seres vivos. Está claro que cualquier variación que en principio pudiera parecer sin importancia, como por ejemplo la carga del electrón, podría transformar radicalmente nuestro universo.

Como apuntó el físico Frank Wilczek:

“Se dice que la historia del mundo sería totalmente distinta si Helena de Troya hubiera tenido una verruga en la punta de su nariz.”

 

Hasta el momento, se han celebrado varias conferencias internacionales sobre la función de onda del universo. Sin embargo, como ocurre en la teoría de supercuerdas, las matemáticas implicadas en la función de onda del universo, parecen estar más allá de la capacidad de cálculo que cualquier humano en este planeta pudiera resolver, y tendríamos que esperar años antes de que aparezca un individuo genial que pudiera encontrar una solución rigurosa a las ecuaciones de Hawking.

emilio silvera

Los Pilares de la Creación, Revelados en 3D

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

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Utilizando el instrumento MUSE, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, los astrónomos han producido la primera imagen tridimensional completa de los famosos Pilares de la Creación, en la nebulosa del Águila (Messier 16). Las nuevas observaciones demuestran cómo se distribuyen en el espacio los diferentes pilares polvorientos de este objeto icónico y revelan muchos detalles nuevos, incluyendo un inédito chorro procedente de una estrella joven que hasta ahora no se había visto. Con el tiempo, la intensa radiación y los vientos estelares de las brillantes estrellas del cúmulo han esculpido los polvorientos Pilares de la Creación, que acabarán evaporándose completamente en unos tres millones de años.

La imagen original de los famosos Pilares de la Creación, obtenida por el Telescopio Espacial de la NASA/ESA, fue tomada hace dos décadas y se convirtió inmediatamente en una de sus imágenes más famosas y evocadoras. Desde entonces, estas nubes vaporosas, que se extienden unos cuantos años luz , han asombrado por igual a científicos y público en general.

Tanto las estructuras salientes como el cúmulo de estrellas cercano, NGC 6611, forman parte de una región de formación estelar llamada la nebulosa del Águila, también conocida como Messier 16 o M16. La nebulosa y sus objetos asociados se encuentran a unos 7.000 años luz, en la constelación de Serpens (la serpiente).

Los Pilares de la Creación son un clásico ejemplo de las típicas formas de columna que se desarrollan en las nubes gigantes de gas y polvo, los lugares donde nacen nuevas estrellas. Las columnas surgen cuando las inmensas estrellas blancoazuladas de tipo O y B recién formadas emiten una intensa radiación ultravioleta y vientos estelares que empujan el material menos denso, expulsándolo de su vecindad.

Visualización de los datos 3D de los Pilares de la Creación
Visualización de los datos 3D de los Pilares de la Creación. Image Credit: ESO

Sin embargo, los grumos más densos de gas y polvo pueden resistir esta erosión durante más tiempo. Detrás de estos grumos más gruesos de polvo, el material está protegido del duro y fulminante fulgor de las estrellas O y B. Este blindaje crea oscuras “colas” o “trompas de elefante”, y es lo que vemos como el cuerpo oscuro de un pilar que apunta hacia las brillantes estrellas.

El instrumento MUSE, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, ha ayudado a ilustrar, con un detalle sin precedentes, la evaporación constante de los Pilares de la Creación, revelando su orientación.

MUSE ha mostrado que la punta de la columna izquierda está de frente, en la cima de un pilar que se encuentra en realidad detrás de NGC 6611, a diferencia de los otros pilares. Esta punta se lleva la peor parte de la radiación de las estrellas de NGC 6611 y, como resultado, la vemos más brillante que los pilares de las partes inferior izquierda, centro y derecha, cuyos extremos apuntan fuera de nuestro campo de visión.

Asociación OB2. Los grupos y asociaciones contienen enormes cantidades de jóvenes estrellas calientes y masivas, conocidas como estrellas O y B. El cúmulo estelar Cygnus OB2 en la constelación Cygnus, contiene más de 60 estrellas de tipo O y cerca de mil estrellas de tipo B. Cygnus OB2 es el cúmulo masivo más cercano a nuestro sistema.

Los astrónomos esperan comprender mejor cómo las estrellas jóvenes de tipo O y B, como las de NGC 6611, influyen en la formación de estrellas de generaciones posteriores. Numerosos estudios han identificado protoestrellas formándose en estas nubes, por lo que sí son pilares de creación. El nuevo estudio también aporta nuevas pruebas de la existencia de dos estrellas en gestación en los pilares de la izquierda y el centro, así como de un chorro generado por una joven estrella en la que no nos habíamos fijado hasta ahora.

Para el proceso de formación de estrellas en ambientes como el que se da en los Pilares de la Creación, se trata de una carrera contra el tiempo, ya que la intensa radiación procedente de las potentes estrellas ya existentes sigue haciendo estragos en el entorno.

Al medir la velocidad de evaporación en los Pilares de la Creación, MUSE ha dado a los astrónomos un plazo de tiempo para calcular su final: pierden unas setenta veces la masa del Sol cada millón de años, más o menos. Basándonos en su masa actual (cerca de 200 veces la del Sol), se espera que los Pilares de la Creación tengan una vida útil de quizás tres millones de años más — un pestañeo en tiempo cósmico. Parece que un nombre igualmente apto para estas icónicas columnas cósmicas podría ser “los pilares de la destrucción”.

Fuente: NASA en Español

 

Cosas del Universo

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

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Biografía de M17

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 En Sagitario se encuentra una nebulosa de emisión con tantos nombres que en ocasiones podríamos pensar que estamos hablando de objetos distintos. Muy al contrario, la nebulosa Omega, conocida como M17 en el catálogo de Messier, es una única formación de gas y polvo cuya extraña forma permite encontrar numerosas similitudes con objetos conocidos, e incluso con seres vivos.

M17 fue descubierta por Philippe Loys de Chéseaux en el año 1745, e incorporada por Messier a su catálogo en 1764. Si hacemos recuento, no es la única nebulosa de Sagitario que el astrónomo incluyó en su lista (lo hizo con otras catorce). Lejos de extrañarnos, al mirar en esa dirección lo estamos haciendo también hacia el centro de la galaxia, donde abundan el polvo y el gas, así como las estrellas. Y M17 es precisamente una aglomeración en la que hay un poco de cada cosa.

Como se ha mencionado, M17 es una nebulosa de emisión, en este caso HII, en la que hay mucho hidrógeno disponible para la formación de estrellas, y donde podemos encontrar varias de ellas, muy jóvenes y calientes, formando un cúmulo estelar abierto que ilumina sus alrededores.

De esta iluminación se derivan las formas que adoptan los velos gaseosos, que algunas personas han bautizado como nebulosa Omega, nebulosa Interrogante, nebulosa Herradura o nebulosa Cisne, entre otros nombres que tratan de describir aquello que estamos viendo.

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La nebulosa M17. (Foto: ESO)

Los astrónomos han estimado una distancia a la Tierra de la nebulosa que se acerca a los 5.000 años-luz. El diámetro de la zona visible (la iluminada o irradiada por las estrellas cercanas) alcanzaría los 15 años-luz, conteniendo tanta materia como 800 masas solares. El tamaño de la nebulosa real, incluyendo aquellas zonas que no pertenecerían a la nebulosa Omega y que sólo se ven prestando mucha atención, probablemente llega a los 40 años-luz, y estaría formada por más de 30.000 masas solares de gas y polvo.

Si descontamos a la de Orión, M17 es la nebulosa más brillante que los observadores del hemisferio norte pueden contemplar. Tiene una magnitud aparente de 6.0, y ello la hace visible a ojo desnudo o prismáticos, si bien sólo como una mancha de luz. Si disponemos de un cierto poder óptico, podremos verla con mucha mayor claridad, y es entonces cuando nos recordará a un cisne flotando en un estanque, con sus zonas brillantes poniendo de manifiesto el cuello y el propio cuerpo del animal.

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M17, vista por el telescopio Chandra en el rango de los rayos-X. (Foto: NASA/CXC/PSU/L.Townsley et al.)

Como zona formadora de estrellas, la nebulosa tiene ya su propia cohorte de cuerpos estelares jóvenes. Se han contado 35 con una magnitud de 9 o menos, las cuales son consideradas miembros del cúmulo estelar abierto, cuya edad es de aproximadamente 1 millón de años. Ahora bien, la región es mucho más activa de lo que podríamos imaginar viendo este relativamente pequeño grupo. Los grandes telescopios espaciales han hallado un millar de estrellas en proceso de formación, las cuales “emergerán” pronto del interior de la nebulosa, más otras 800 que se encuentran en varias localizaciones. Otros autores hablan de hasta 10.000 estrellas, lo que significa que la nebulosa es un auténtico nido estelar.

Las estrellas del cúmulo son las responsables, con su radiación, de excitar el gas de la nebulosa para que brille tal como lo hace. Las de tipo espectral O4V, muy calientes, son especialmente aptas para esta labor. Entre las 35 del cúmulo abierto, al menos 2 son de este tipo.

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M17, en el infrarrojo cercano. (Foto: ESO)

La nebulosa, a la que estaríamos viendo de costado, disfruta también de la presencia de estrellas gigantescas. Se han catalogado un par de ellas, HD 168607 y HD 168625, aunque quizá sólo la primera, una variable, está asociada a ella. Se trata de estrellas hipergigantes azules.

Con su escaso millón de años de vida, M17 es tan joven que aún no había producido estrellas cuando surgió el ser humano. Su juventud, pues, es ideal para el estudio de la fase temprana de este proceso. Si utilizamos la luz infrarroja, la nebulosa se convierte en solo una parte de una nube molecular gigante que domina la zona, en la que las imágenes pueden revelar la presencia de objetos estelares en plena formación, calentando sus alrededores y con una masa tres veces superior a la solar.

[Img #27531]

Los astrofísicos creen que la actual fase formadora y algunas anteriores que dieron forma a las estrellas asociadas a la nebulosa fueron desencadenadas quizá por la expansión de la burbuja de esta última. Es decir, se han producido varias oleadas que han dependido de agentes externos, las cuales podrían estar propagándose desde la nube molecular gigante.

El telescopio espacial Chandra ha detectado gas caliente fluyendo desde las estrellas jóvenes masivas en el centro de la nebulosa. Dicho gas se halla a temperaturas muy altas, de 1,5 a 7 millones de grados Celsius. Otras zonas de gas y polvo más frías, con su baja luminosidad ayudan a dibujar las formas que vemos en ella y que le dan sus múltiples nombres. El gas caliente entra en el frío y crea cavidades, que a su vez pueden servir como punto de inicio para la creación de más estrellas. Las demás son demasiado jóvenes como para poder haber estallado como supernovas y haber inducido, con su onda de choque, esa formación.

DATOS BÁSICOS:

Nombres: M17, NGC 6618, Nebulosa Omega, Nebulosa Cisne, Nebulosa Herradura
Constelación: Sagitario
Distancia a la Tierra: Unos 5.000 años-luz
Magnitud: 6,0
Diámetro: 15 años-luz
Características especiales: Nebulosa de emisión HII en la que se están formando estrellas. Todas ellas son muy jóvenes, de menos de 1 millón de años. Contiene un cúmulo estelar abierto.