viernes, 30 de septiembre del 2022 Fecha
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¡Una Singularidad! Extraño Objeto

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo dinámico    ~    Comentarios Comments (1)

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El concepto mismo de “singularidad” desagradaba a la mayoría de los físicos, pues la idea de una densidad infinita se alejaba de toda comprensión.  La naturaleza humana está mejor condicionada a percibir situaciones que se caracterizan por su finitud, cosas que podemos medir y pesar, y que están alojadas dentro de unos límites concretos; serán más grande o más pequeñas pero, todo tiene un comienzo y un final pero… infinito, es difícil de digerir.  Además, en la singularidad,  según resulta de las ecuaciones, ni existe el tiempo ni existe el espacio. Parece que se tratara de otro universo dentro de nuestro universo toda la región afectada por la singularidad que, eso sí, afecta de manera real al entorno donde está situada y además, no es pacífica, ya que se nutre de cuerpos estelares circundantes que atrae y engulle.

La noción de singularidad empezó a adquirir un mayor crédito cuando Robert Oppenheimer, junto a Hartlan S. Snyder, en el año 1.939 escribieron un artículo anexo de otro anterior de Oppenheimer sobre las estrellas de neutrones. En este último artículo, describió de manera magistral la conclusión de que una estrella con masa suficiente podía colapsarse bajo la acción de su propia gravedad hasta alcanzar un punto adimensional; con la demostración de las ecuaciones descritas en dicho artículo, la demostración quedó servida de forma irrefutable que una estrella lo suficientemente grande, llegado su final al consumir todo su combustible de fusión nuclear, continuaría comprimiéndose bajo su propia gravedad, más allá de los estados de una enana blanca o de estrella de neutrones, para convertirse en una singularidad.

Los cálculos realizados por Oppenheimer y Snyder para la cantidad de masa que debía tener una estrella para terminar sus días como una singularidad estaban en los límites másicos de M =~ masa solar, estimación que fue corregida posteriormente por otros físicos teóricos que llegaron a la conclusión de que sólo sería posible que una estrella se transformara en singularidad la que al abandonar su fase de gigante roja retiene una masa residual como menos de 2 – 3 masas solares.

Modelo OS
La figura de la izquierda representa a la nube de polvo en colapso de Oppenhieimer y Snyder, que ilustra una superficie atrapada.
El modelo de Oppenhieimer y Snyder posee una superficie atrapada, que corresponde a una superficie cuya área se iOppenheimer y Snyder desarrollaron el primer ejemplo explícito de una solución a las ecuaciones de Einstein que describía de manera cierta a un agujero negro al desarrollar el planteamiento de una nube de polvo colapsante.

En su interior, existe una singularidad, pero no es visible desde el exterior, puesto que está rodeada de un horizonte de suceso que no deja que nadie se asome, la vea, y vuelva para contarlo. Lo que traspasa los límites del horizonte de sucesos, ha tomado el camino sin retorno. Su destino irreversible, la singularidad, de la que pasará a formar parte.

Desde entonces, muchos han sido los físicos que se han especializado profundizando en las matemáticas relativas a los agujeros negros. John Wheeler (que los bautizó como agujeros negros), Roger Penrose, Stephen Hawking, Kip S. Thorne, Kerr y muchos otros nombres que ahora no recuerdo, han contribuido de manera muy notable al conocimiento de los agujeros negros.

Se afirma que las singularidades se encuentran rodeadas por un horizonte de sucesos, pero para un observador, en esencia, no puede ver nunca tal singularidad desde el exterior. Específicamente implica que hay alguna región incapaz de enviar señales al infinito exterior. La limitación de esta región es el horizonte de sucesos, tras ella se encuentra atrapado el pasado y el infinito nulo futuro. Lo anterior nos hace distinguir que en esta frontera se deberían reunir las características siguientes:

  • Debe ser una superficie nula donde es pareja, generada por geodésicas nulas,
  • contiene una geodésica nula de futuro sin fin, que se origina a partir de cada punto en el que no es pareja, y que
  • el área de secciones transversales espaciales jamás pueden disminuir a lo largo del tiempo.

 

 

Pueden existir agujeros negros supermasivos (de 105 masas solares) en los centros de las galaxias activas. En el otro extremo, mini agujeros negros con un radio de 10-10 m y masas similares a las de un asteroide pudieron haberse formado en las condiciones extremas que se dieron poco después del big bang. Diminutos agujeros negros podrían ser capaces de capturar partículas a su alrededor, formando el equivalente gravitatorio de los átomos.

Todo esto ha sido demostrado matemáticamente por Israel, 1.967; Carter, 1.971; Robinson, 1.975; y Hawking, 1.978 con límite futuro asintótico de tal espaciotiempo como el espaciotiempo de Kerr, lo que resulta notable, pues la métrica de Kerr es una hermosa y exacta formulación para las ecuaciones de vacío de vacío de Einstein y, como un tema que se relaciona con la singularidad en los agujeros negros.

No resulta arriesgado afirmar que existen variables en las formas de las singularidades que, según las formuladas por Oppenheimer y su colaborador Snyder, después las de Kerr y más tarde otros, todas podrían existir como un mismo objeto que se presenta en distintas formas o maneras.

Ahora bien, para que un ente, un objeto o un observador pueda introducirse dentro de un agujero negro,  en cualquiera que fuese su forma, tendría que traspasar el radio de Schwarzschild (las fronteras matemáticas del horizonte de sucesos), cuya velocidad de escape es igual a la de la luz, aunque ésta tampoco puede salir de allí una vez atrapada dentro de los límites fronterizos determinados por el radio. Este radio de Schwarzschild puede ser calculado usándose la ecuación para la velocidad de escape:

Para el caso de u objeto sin masa, tales como los neutrinos, se sustituye la velocidad de escape por la de la luz c2. “En el modelo de Schrödinger se abandona la concepción de los electrones como esferas diminutas con carga que giran en torno al núcleo, … Es cierto que en mecánica cuántica quedan muchos enigmas por resolver. Pero hablando de objetos de grandes masas, veámos lo que tenemos que hacer para escapar de ellos.

Podemos escapar de la fuerza de gravedad de un planeta pero, de un A.N., será imposible.

La velocidad de escape está referida a la velocidad mínima requerida para escapar de un campo gravitacional. Así hemos comprendido que, a mayor masa del cuerpo del que se pretende escapar, mayor será la velocidad que necesitamos para escapar de él. Veamos algunas:

Objeto

Velocidad de escape

La Tierra

………….11,18 Km/s

El Sol

………….617,3 Km/s

Júpiter

………….59,6 Km/s

Saturno

………….35,6 Km/s

Venus

………….10,36 Km/s

Agujero negro

…….+ de 299.000 Km/s

Como se ve en el cuadro anterior, cada objeto celeste, en función de su masa, tiene su propia velocidad de escape para que cualquier cosa pueda salir de su órbita y escapar de él. El caso de la singularidad, es decir, la inmensa masa que está presente en las entrañas de un Agujero negro, genera una fuerza de gravedad tal que, nada está a salvo en sus inmediaciones, cualquier objeto, sea estrella, polvo estelar, planeta o lo que pudiera ser, será engullido por el “monstruo”, sin que nada pueda evitarlo.

La excepción está en el último ejemplo, la velocidad de escape necesaria para vencer la fuerza de atracción de un agujero negro que, siendo preciso superar la velocidad de la luz en el vacío  igual a  299.792’458 Km/s, es algo que no está permitido, ya que todos sabemos que conforme determina la teoría de la relatividad especial esa velocidad es un límite impuesto por nuestro universo.

Existen aspectos del A.N. que influyen en el mundo cuántico, y, por ejemplo, el máximo radio que puede tener un agujero negro virtual está dado aproximadamente por:

que equivale a unos 10-³³ centímetros. Esta distancia se conoce como la Longitu de Planck y es la única unidad de distancia que se puede construir con las tres constantes fundamentales de la naturaleza: G, h y c. La Longitud de Planck es tan extremadamente pequeña (10²° veces menor que el radio de un electrón) que debe ser la distancia característica de otro nivel de la naturaleza, subyacente al mundo subatómico, donde rigen las leyes aún desconocidas de la gravedad cuántica.

Así como el océano presenta un aspecto liso e inmóvil cuando se observa desde una gran distancia, pero posee fuertes turbulencias y tormentas a escala humana, el espacio-tiempo parece “liso” y estático a gran escala, pero es extremadamente turbulento en el nivel de la Longitud de Planck donde los hoyos negros se forman y evaporan continuamente. En el mundo de Planck, las leyes de la física deben ser muy distintas de las que conocemos hasta ahora.

La estructura macroscópica del espacio-tiempo parece plana, pero éste debe ser extremadamente turbulento en el nivel de la escala de Planck. Escala en la que parece que entramos en otro mundo… ¡El de la mecánica cuántica! que se aleja de ese mundo cotidinao que conocemos en el que lo macroscópico predomina por todas partes y lo infinitesimal no se deja ver con el ojo desnudo.

¡Existen tántos secretos! ¡Es tan grande nuestra ignorancia!

emilio silvera

¡Nuestro cerebro! Un gran misterio

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El cerebro    ~    Comentarios Comments (1)

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Aunque es mucho lo que hemos conseguido conocer de los mecanismos del cerebro y su funcionamiento, mucho más es lo que nos queda por descubrir. Ahí, en todo ese conglomerado de complejas estructuras que juntas, forman un todo, es de donde surge la Conciencia y, para poder entender como ocurre tal maravilla, debemos antes y es preciso que entendamos primero como funciona el cerebro: su arquitectura, su desarrollo y sus funciones dinámicas, su organización anatómica y la increíble dinámica que llega a generar. Todo ello nos llevará a tener una idea del por qué , a partir de esta increíble “maquina de la naturaleza” llega a  surgir la conciencia.

Lo hemos comentado aquí en muchas ocasiones. El cerebro se entre los objetos más complicados del Universo y es, sin duda, una de las estructuras más notables que haya podido producir la evoluciòn y, si pensamos, que toda esa inmensa complejidad ha tenido su origen en los materiales creados en las estrellas, no tendremos otra opción que la del asombro. ¿A partir de la materia “inerte” llegaron los pensamientos?

Antes incluso del advenimiento de la moderna neurociencia, se sabía ya que el cerebro era necesario para la percepción, los sentimientos y los pensamientos. Lo que no está tan claro es por qué la conciencia se encuentra causalmente asociada a ciertos procesos cerebrales pero no a otros.

En tanto que objeto y sistema, el cerebro humano es especial: su conectividad, su dinámica, su de funcionamiento, su relación con el cuerpo al que ordena qué funciones debe desarrollar en cada momento dependiendo de tal o cual situación dada y también su relación con el mundo exterior a él que, por medio de los sentidos, le hace llegar información de todo lo que ocurre para que pueda ado0ptar en cada momento, las medidas más adecuadas. Su carácter único hace que ofrecer una imagen fidedigna del cerebro, que pueda expresar todo lo que es, se convierta en un reto extraordinario que, en este momento, la ciencia no puede cumplir. Sin embargo, sí que puede, al menos, dar alguna que otra pista de lo que el cerebro y la conciencia puedan llegar a ser y aunque, aún lejos de una imagen completa, sí se puede dar una imagen parcial que siempre será mejor que nada, especialmente si nos da la suficiente información como para tener, una idea aproximada, de lo que el cerebro y la conciencia que surge de él, pueden llegar a ser.

                              Universo y Red neuronal ¿dónde está lña diferencia? en ninguna parte, ya que, a menor escala, nosotros también somos universo.

Es como una inmensa galaxia en sí mismo, el cerebro humano es una obra notable de la Naturaleza y se calcula que en su interior, cien mil millones de neuronas hacen posible una maravilla que aún, la Ciencia, no ha llegado a comprender. El diez por ciento de esas neuronas son células piramidales que generan una red muy compleja (intercambio e interacciones entre ellas, lo que se conoce como diálogo neuronales) y llegan a construir mil millones de millones de conexiones sinápticas que logran que nosotros, los poseedores de tal maravilla, estemos logrando comprender, a medida que esa “máquina” evoluciona, lo que el Universo es.

Si nos paramos a pensar en el hecho cierto de que, el cerebro humano adulto, con poco más de un kilo de peso, contiene unos cien mil millones de células nerviosas o neuronas, La capa ondulada más exterior o corteza cerebral, que es la del cerebro de evolución más reciente, contiene alrededor de 30 mil millones de neuronas y más de un billón de conexiones o sinapsis. Si contarámos una sinapsis cada segundo, tardaríamos 32 millones de años en completar el recuento. Si consideramos el posible recorrido de los circuitos neuronales, tenemos que habérnosla con cifras hiperastronómicas: 10 seguido de un millón de ceros. No existe en el Universo ninguna otra cosa de la que pueda resultar una cantidad igual. Incluso el número de partículas del universo conocido es de 10 seguido de tan sólo 79 ceros. En comparación con el número de circuitos neuronales…¡No es nada!

Las neuronas de las que existen una gran variedad de formas, poseen unas proyecciones arborescentes llamadas dendritas mediante las cuales realizan las conexiones sinápticas. posee asímismo una proyección única más larga, el axón, que establece conexiones sinápticas con las dendritas o directamente con el cuerpo celular de otras neuronas. Nadie ha contado con precisión los diferentes tipos de neuronas del cerebro, una estima groso modo de unos cincuenta tipos seguramente no sería excesiva. La longitud y patrones de ramificación de las dendritas y el axón de un tipo determinado de neurona caen dentro de un rango de variación determinado, pero incluso dentro de un mismo tipo, no existen dos células iguales.

Neurona.svg

Cada una de las neuronas tiene un cuerpo celular.  Del cuerpo de la célula se proyectan unas largas fibras en la raíz.  Como hemos dicho, hay dos tipos de fibra: axones y dendritas.  Cada neurona tiene un axón largo que envía impulsos eléctricos a otras neuronas.  Cada neurona tiene un variable de dendritas las cuales tienen muchas ramas.  El axón de una neurona se conecta a las dendritas de otras neuronas.  El punto en el que conectan se llama sinapsis (vamos a explorarla más adelante). Las dendritas recogen la información la célula y los axones envían la información a otras células.

Todos estos entramados tienen mucho que ver con los pensamientos. Aquí se fraguan los procesos del pensamiento.  Al aprender, tener una idea, recordar algo, sentirse activado sexualmente, comunicar, etc. las neuronas están recibiendo y transmitiendo información a través del cerebro.  Las células del cerebro se comunican así a través de un proceso electroquímico.  Cada vez que pensamos, aprendemos y nos comunicamos, una neurona envía un impulso nervioso por su axón. El axón de una célula cerebral hace varios miles de conexiones con muchos miles de otras células cerebrales. El punto donde una neurona se conecta a otra se llama sinapsis. Cuando un impulso nervioso (mensaje bioquímico electro-magnético) surge por el axón, es disparado a través del espacio sináptico a través de un mensajero químico, llamado neurotransmisor, hacia la dendrita de la neurona receptora.

El impulso nervioso viaja a lo largo del axón de la célula del cerebro, a través del espacio sináptico a otra célula del cerebro y así sucesivamente. Cuando una neurona se activa a otra de manera, es como si un interruptor se encendiera. Las neuronas se encienden, como una línea de fichas de dominó cayendo.  Esta actividad es el proceso que crea el camino del pensamiento complejo, llamado también trazas de la memoria o caminos neuronales.

            Como en una inmensa nebulosa en la que se encienden aquí y allí el resplandor de las estrellas

Una caracterísitica clave de los patrones neuronales que se puede observar al estudiarlos es su densidad y extensión y se vislumbran los puntos luminosos donde fotones energéticos sirven de enlaces con electrones para transmitir los impulsos eléctricos necesarios que transportan la informacion. El cuerpo de una neurona mide cincuenta micrones (milesimas de milímetro) de diámetro, si bien la longitud del axón puede variar entre unos micrones y más de un metro, En un tejido como la corteza cerebral,  las neuronas se encuentran en paquetadas con una enorme densidad; si todas se tiñeran con la plata utilizada en la llamada tinción de Golgi, que se utiliza para verlas al microscopio, la sección microscópica teñida sería completamente negra.

Otra de las características primordiales es el extraordinario aporte sanguíneo que sustenta a esta jungla. A través de grandes arterias que alimentan una extensa red de capilares, el cerebro recibe una gran cantidad de oxígeno y la glucosa que precisa para ser el órgano metabólicamente más activo del cuerpo. La regulación del flujo sanguineo es de una exquisita perfección incluso hasta el nivel de las neuronas individuales, dado que la actividad sináptica depende fuertemente del aporte sanguineo y de la oxigenación.

Entrando de lleno en toda esta complejidad que aún, no hemos podido llegar a desvelar en toda su inmensidad y sólo conocemos pequeñas parcelas de su estructura y funcionamiento, podemos tener una idea (más o menos) acertada de lo muchom que nos queda por aprender de nosotros mismos, de nuestro cerebro y de nuestro centro neurálgico dónde se fabrican los pensamientos, surgen los sentimientos, se delata el dolor y la tristeza y, en fín, podríamos decir sin el menor temnor a equivocarnos que, aquí, en este complejo entramado que llamamos cerebro, en el que reside la conciencia y de donde surge la mente, está todo lo importante que nos hace diferentes a otros seres que, con nosotros comparten el mismo planeta. Gracias a ésta compleja “maquina” creada por la Naturaleza, podemos ser conscientes y “saber” del mundo, de nosotros, del universo en toda su magnitud y esplendor.

No pocas veces hemos podido oir: “El cerebro es como una gran computadora”. Lo cierto es que, no es verdad, nuestro cerebro, nuestra mente, es mucho más que ese algo artificial creado por el hombre y que, simplemente, trata de “imitar” de manera grosera, lo que el cerebro es. ¿Cómo una máquina podría generar sentimientos? Y, ¿Cómo puede pensar? Bueno, la inteligencia del ser humano (precisamente basada en este maravilloso cerebro del que hablamos), podrá crear sistemas que imiten y pretendan recrear lo que es un cerebro pero, al final del camino, será otra cosa muy diferente. No digo si mejor o peor, pero distinta.

Hemos examinado la escasa bibliografía fisiológioca existente que no es ucha más que la que había en la època de William James, por ejemplo, y hay que concluir diciendo que no existen pruebas suficientes para poder limitar los correlatos neuronales de la cionciencia al menos del cerebro completo. Eso sí, se ha podido descubrir que sólo una porción determinada de la actividad neuronal del cerebro, contribuye de manera directa a la conciencia (así se ha podido determinar de complejos y profundos experimentos con estimulación y lesiones o está relacionada de forma directa con aspectos de la experiencia consciente) como indican los estudios de registros de actividad neuronal. ¿Quiere esto decir que, en realidad, todavía sólo utilizamos una mínima parte del cerebro? No lo sabemos con certeza.

Mi propio criterio a tal respecto es que, utilizamos el cerebro al completo pero, dicho complejo, no está lo suficientemente evolucionado como para poder desarroollar ideas hasta el punto de que podamos saber, todos los secretos que el universo esconde. Nos queda mucho tiempo por delante hasta que podamos comprender lo que realmente somos y hacia dónde vamos.

Decir, a ciencia cierta, como surgen los pensamientos…¡No podemos! muchas son las hipótesis y teorías que al respecto circulan y que están directamente vinculadas a la experiencia, al mundo que nos rodea y a la informaciòn que el cerebro recibe de sus ayudantes, los sentidos. Todo lo que el cerebro, de una u otra manera recibe, es debidamente archivado en su compartimento especial y, ahí se queda para cuando, habiendo surgido una situación que lo requiera, sacarlo a la superficie en forma de pensamiento actuante que, nos sirve para dar solución a este o aquel problema que se nos pueda plantear. El cerebro, escoge en fracciones de segundo, una de las miles de posibles soluciones que se puedan aplicar a un específico problema, y, siempre, elige (como lo hace la naturaleza) el que mejor pueda dar cumplida solución del problema.

Los procesos que realiza nuestro cerebro,  son infinitamente superiores a los que realiza una computadora. Aunque, al igual que ésta, nuestro cerebro requiere de “programas”, sin los cuales sería imposible generar respuestas exitosas, ante los sucesos a los que estamos expuestos todos los días.

Tenemos un programa para cada una de las cosas que hacemos a diario, que nos levantamos por la mañana hasta que nos acostamos por la noche. Incluso más allá de estas cosas que hacemos de manera parcialmente conciente, tenemos un programa para cada una de las actividades que nuestro cuerpo ejecuta de manera totalmente inconsciente. Entre estas, se encuentra la respiración, el latir del corazón, la circulación de la sangre, la división celular, la digestión, nuestra respuesta ante el peligro y el combate de los agentes infecciosos, por mencionar algunas; todas ellas, bajo el control de estructuras profundas de nuestro cerebro.

cerebro y computadora

Requerimos programas para todo,  incluso para cosas aparentemente tan sencillas como atarnos el cordón de los zapatos, la cual sin embargo, para alguien no familiarizado con esto, como un niño pequeño, resultaría una tarea casi imposible. En actividades más complejas, como fabricar un teléfono celular, conducir un auto o pilotear un avión, es muy evidente que se requiere contar con el programa adecuado, para el éxito en dichas actividades.

Claro que, nuestro cerebro es capaz de muchas más cosas que nunca podrá llevar a cabo ninguna computadora que, al fin y al cabo, siempre hará aquello para lo que la tengamos programada. Nunca una computadora (al menos eso creo en mi ignorancia), podrá de manera individual e independiente, generar ideas nuevas y originales que vayan encaminadas a desvelar como funciona este o aquel misterio de la naturaleza como, por ejemplo, hacen a dirio los físicos del mundo. La computadora siempre se limitará a producir actividades para las que esté programada previamente.

Por extrañas razones y aunque es evidente que nuestro cerebro es mucho más importante que una computadora, cuando de asegurar su correcto funcionamiento se trata, seguimos muy pocas o ninguna recomendación para su cuidado. En principio, recibimos información o “programas” de todo a través de  familiares, amigos, maestros, estudios, experiencias, observación del mundo que nos rodea, medios de comunicación o cualquier persona con la que interaccionamos.Y, de esa manera, evolucionamos y seguimos nuestro camino hacia un destino que no conocemos.

                 Las ideas nacen como estrellas en una inmensa nebulosa

A todo esto, tenemos que convenir en un hecho cierto: ¡La energía del Universo está en nosotros! Se nos da un tiempo (si no surgen problemas) para que podamos desplegar la parte alicuota de intelecto que nos tocó en “suerte”, por “azar”, “genética” o vaya usted a saber el motivo de que, algunos tengan dotes superiores a las que otros tenemos y puedan “ver” con más facilidad la verdadera razón del comportamiento de la Naturaleza. Creo que, todos los misterios del Universo, residen en nuestras mentes en las que, se encuentran todas las respuestas que podremos encontrar… con el Tiempo. Precisamente por eso, se nos ha otorgado el don de poder luchar contra la entropía y, junto con las galaxias espirales, podemos generar entropía negativa que impide el deterioro ininterrumpido del “mundo”. ¿Estaremos llamados a más grandes proyectos?

Bueno, es una ilusión como otra cualquiera. Lo cierto es que, cuando muramos, ninguna estrella dejará de brillar por nosotros y, el Universo, seguirá inmutable su ritmo.

emilio silvera