El mundo que nos rodea parece ser un lugar complicado. Aunque hay algunas verdades sencillas que parecen eternas (las manzanas caen siempre hacia el suelo y no hacia el cielo; el Sol se levanta por el este, nunca por el oeste), nuestras vidas, a pesar de las modernas tecnologías, están todavía, con demasiada frecuencia, a merced de los complicados procesos que producen cambios drásticos y repentinos. La predicción del tiempo atmosférico tiene todavía más de arte adivinatorio que de ciencia; los terremotos y las erupciones volcánicas se producen de manera impredecible y aparentemente aleatorias; las fluctuaciones de la economía siguen ocasionando la bancarrota de muchos y la fortuna de unos pocos.

En la distancia “infinita” el Hubble sólo ha podido captar una imagen parcial de lo que allí está presente. Vemos un inmenso agujero negro que ocupa el centro galáctivo y el inmenso espacio de 150.000 años-luz de diámetro cuajado de estrellas azuladas. La lejanía nos impide contemplar los detalles y no son visibles la infinidad de objetos que ahí se encuentran y pueblan las regiones inconmensurables de la Galaxia:  Nebulosas, quásares, radiogalaxias, miles de millones de planetas, estrellas de neutrones y enanas blancas en el centro de las nebulosas planetarias… ¡Un sin fin de maravillas!, que perdidas en la distancia se esconden a nuestros ojos que sólo están posibilitados para contemplar lo cercano.

Un viaje en tren en el ferrocarril transiberiano a Novosibirsk dio lugar a esta impresionante vista a lo largo del borde del Sol registró durante el eclipse total de sol de un mes de agosto. La imagen es una composición de dos imágenes tomadas en momentos especiales en la secuencia del eclipse, que corresponde al principio y el final de la fase total del mismo. Perlas brillantes alrededor de la silueta oscura de la Luna son los rayos de la luz del sol brillando a través de valles lunares en el borde del disco lunar. Pero la vista compuesta también captura las prominencias solares, la estructura del bucle de plasma caliente suspendidos en campos magnéticos, que se extiende más allá del borde del Sol. Algunos le llaman el collar de diamantes.

La inusual forma de la galaxia Rueda de Carro es probablemente debido a una colisión con una de las galaxias más pequeñas en la parte inferior izquierda de varios cientos de millones de años atrás con la que finalmente terminará fusionándose. Esta extraña galaxia con forma atípica, al ser descubierta por Fritz Zwicky en 1941, éste dijo que era una de las estructuras más complicadas que, al menos de momento, no tenían explicación. Desde entonces, han sido muchas las conjjeturas que los astrónomos han formulado de la imagen pero… ¿Dónde estátá la verdad? Nadie lo sabe.

Esta imagen de astronomía de la NASA de nuestra Galaxia la Vía Láctea fue tomada en Chile, es absolutamente impresionante. Hay lugares privilegiodos de nuestro planeta desde los que se pueden contemplar el Universo de otra manera más cercana, más hermosa y, Chile, es uno de ellos.

Los importantes descubrimientos de los últimas décadas han transformado la imagen que la Humanidad tenía del Universo. El Cosmos ha dejado de ser un lugar desconocido y tranquilo, atravesado por estrellas relucientes que junto a nebulosas y planetas se mueven en una procesión majestuosa. Hoy hemos llegado a saber de los cientos de miles de millones de galaxias que lo pueblan, de la existencia de objetos exóticos y lugares plagados de sorpresas. Extraños y fascinantes Quásares iluminan los rincones más lejanos del Universo.

Concepción artística de cómo el nuevo quásar se vería de cerca. El cuásar muy caliente muy luminoso en el centro de la imagen es muy brillante en longitudes de onda ultravioleta y la luz del quásar está ionizando el gas circundante, produciendo el color rojo, que es el color característico del hidrógeno ionizado. En el fondo, se pueden ver tenues galaxias compactas que acaban de nacer, estas contienen las estrellas calientes que también están ionizando su entorno, pero mucho menos eficazmente ya que son mucho menos luminosas. Información sobre la imagen: Observatorio Gemini/AURA por Lynette Cook.  El descubrimiento salió a la luz a partir de datos de un estudio del cielo en curso que se está realizando en el Telescopio Infrarrojo del Reino Unido (UKIRT) y de observaciones de seguimiento de confirmación con el telescopio Gemini Norte, ambos en Mauna Kea, en Hawái.

Las galaxias másivas recorren los abismos siderales unidas por la fuerza de Gravedad y formando cúmulos enormes. Explosiones titánicas de inimaginables energías tienen lugar por todos los rincones del universo que se ven invadidos por la radiación gamma que ionizan los materiales de las nebulosas cercanas. Estas explosiones, en la mayoría de los casos tienen un origen desconocido y son captadas por nuestros ingenios espaciales para el estudio por los expertos que quieren saber de dónde parten y qué las producen. Púlsares que como faros cósmicos girán a velocidades increíbles.

                                               Imagen más aclaratoria del PSR 1913+16

El primer púlsar binario conocido, PSR 1913+16, fue descubierto en 1974. Consiste en un púlsar que tiene 17 pulsaciones por segundo, en una órbita altamente excéntrica con un período de 7,75 horas alrededor de una segunda estrella de neutrones en la que no se han observado pulsaciones. Cada estrella tiene unas 1,4 masas solares, próxima al límite de Chandrasekhar, y el período orbital se está acortando gradualmente debido a la pérdida de energía a través de radiación gravitacional. Cuando se fusionan dos púlsares se producen fenómenos energéticos de gran intensidad y, finalmente, lo que puede resultar es, un agujero negro. Objetos tan extraños que nunca podrían haber sido imaginados por las mentes científicas. De hecho, cuando Einstein publicó la segunda parte de su teoría de la relatividad, los expertos vieron que, de sus ecuaciones, se podía deducir la existencia de los Agujeros Negros y, el autor se negaba a creer que monstruos semejantes pudieran existir pero, ahí están.

El Universo es mucho más grande de lo que podemos imaginar. Sí, hablamos de las distancias que nos separan de los objetos que nuestros telescopios han podido captar en el ancho Cosmos pero, aunque sepamos pronunciar las cifras de esas distancias, aunque para describirlas hallamos inventado las unidades especiales de Unidad Astronómica, Año-Luz, Parsec, Giga parsec… y otras, lo cierto es que, nuestras mentes, no pueden ubicar esas distancias en una imagen real que pueda ser asimilada como, por ejemplo, asimilamos las distancias que recorremos en nuestro pequeño mundo. El Universo es mucho más grande de lo que podemos imaginar. Sí, hablamos de las distancias que nos separan de los objetos que nuestros telescopios han podido captar en el ancho Cosmos pero, aunque sepamos pronunciar las cifras de esas distancias, aunque para describirlas hallamos inventado las unidades especiales de Unidad Astronómica, Año-Luz, Parsec, Giga parsec… y otras, lo cierto es que, nuestras mentes, no pueden ubicar esas distancias en una imagen real que pueda ser asimilada como, por ejemplo, asimilamos las distancias que recorremos en nuestro pequeño mundo.

Hoy podemos contemplar las distintas regiones del Universo y lo que es aún mucho más impresionante: Los Astrónomos han podido llegar a la conclusión de que el Universo (dicen haber encontrado las pruebas), hizo su aparición mediante una inmensa explosión que, de manera abrupta, en un acto de creación repentino, surgió a partir de una singularidad que poseía densidades y energías infinitas. Para que es ya un hecho evidente que el lugar del nacimiento de nuestra especie (como el de otras muchas en nuestro mismo planeta y en otros mundos -probablemente-), tiene su origen en las estrellas que, en sus hornos nucleares, crearon los materiales de los que estamos hechos.

Si pudiéramos coger una Gran Nave superlumínica y recorriéramos el espacio interestelar paseando por las distintas regiones del Universo, veríamos que, todo es igual en todas partes: Cúmulos y supercúmulos de Galaxias, Galaxias cuajadas de estrellas en cúmulos y sueltas con sus sistemas planetarios, púlsares de giros alucinantes, magnéteres creando inmensos campos electromagnéticos, agujeros negros que se tragan todo lo que traspasa el Horizonte de suscesos, Hermosas y brillantes Nebulosas de las que surgen las nuevas estrellas.

Nuestro universo es igual en todas partes.  Las leyes que rigen en todo el Universo son las mismas.  La materia que puebla el Universo, Gases estelares, polvo cósmico, Galaxias con cientos de miles de millones de estrellas y sistemas planetarios, también es iguales en cualquier confín del Universo.   Todo el Universo, por lo tanto, está plagado de Agujeros Negros y de estrella de neutrones.  En realidad, con el transcurso del tiempo, el número de estos objetos masivos estelares irá en aumento, ya que, cada vez que explota una estrella supermasiva, nace un nuevo agujero negro o una estrella de neutrones, transformándose así en un objeto distinto del que fue en su origen.

Poco a poco fuímos aumentando nuestros conocimientos y, a medida que el universo se expande, también nuestras menten lo hacen y acumulan los conocimientos que el estudio y la observación, unidos al experimento y la experiencia les va proporcionando.  Acumulados a través de miles de años, el hombre de las distintas civilizaciones desde los Sumerios, babilonios, persas, egipcios, chinos, hindúes, griegos… y tantas otras antes que nosotros fueron logrando para que ahora nosotros, sepamos un poco más del lugar en el que nos encontramos y, posiblemente, al lugar hacia el que nos dirigimos.

              El Universo se ha ensanchado más y más a medida que lo hemos podido ir descubriendo

Esta es la imagen que de un púlsar tenemos pero… ¿Qué son las galaxias y de cuántas maneras se pueden conformar? Con los modernos telescopios y que ven más y también mucho más lejos, hemos llegado a poder captar imágenes de galaxias de increíble y extraña belleza.

La Galaxia espiral que acoge a nuestro Sol y a las estrellas visibles a simple vista durante la noche; es escrita con G mayúscula para distinguirla de las demás galaxias.  Su disco es visible a simple vista como una débil banda alrededor del cielo, la Vía Láctea; de ahí que a la propia Galaxia se la denomine con frecuencia Vía Láctea.

El Universo está plagado de maravillas que nos resultan exóticas y que los científicos estudian para saber de su origen, de cómo se pudieron formar y de las energías que emiten que no pueden ser comparables a nada que conozcamos aquí en nuestro planeta. En el espacio interestelar se producen los acontecimientos más increíbles que imaginar podamos y allí están presentes los objetos más extraños.

Las Teorías:

Una nos habla del Cosmos y de como el espacio se curva ante la presencia de masas, la otra, nos habla de funciones de ondas, entrelazamientos cuánticos, de diminutos objetos que conforman la materia y hacen posibles los átomos y la vida.

Entre los teóricos, el casamiento de la relatividad general y la teoría cuántica es el problema central de la física moderna. A los esfuerzos teóricos que se realizan con ese propósito se les llama “supergravedad”, “súpersimetría”, “supercuerdas” “teoría M” o, en último caso, “teoría de todo o gran teoría unificada”.

Ahí tenemos unas matemáticas exóticas que ponen de punta hasta los pelos de las cejas de algunos de los mejores matemáticos del mundo (¿y Perelman? ¿Por qué nos se ha implicado?).  Hablan de 10, 11 y 26 dimensiones, siempre, todas ellas espaciales menos una que es la temporal.  Vivimos en cuatro: tres de espacio (este-oeste, norte-sur y arriba-abajo) y una temporal. No podemos, ni sabemos o no es posible instruir, en nuestro cerebro (también tridimensional), ver más dimensiones. Pero llegaron Kaluza y Klein y compactaron, en la longitud de Planck las dimensiones que no podíamos ver. ¡Problema solucionado!

La longitud de Planck (ℓ_P) u hodón (término acuñado en 1926 por Robert Lévi) es la distancia o escala de longitud por debajo de la cual se espera que el espacio deje de tener una geometría clásica. Una medida inferior previsiblemente no puede ser tratada adecuadamente en los modelos de física actuales debido a la aparición de efectos de Gravedad Cuántica.

¿Quién puede ir a la longitud de Planck para verla? A distancias comparables con la longitud de Planck, se cree que están sucediendo cosas muy curiosas que rebasan ampliamente los límites de nuestra imaginación. A diferencia de la filosofía reduccionista que propone que lo más complejo está elaborado -axiomáticamente- a partir de lo más elemental, lo que está sucediendo en la escala de Planck no parece tener nada de elemental o sencillo. Se cree que a esta escala la continuidad del espacio-tiempo en vez de ir marchando sincronizadamente al parejo con lo que vemos en el macrocosmos de hecho stá variando a grado tal que a nivel ultra-microscópico el tiempo no sólo avanza o se detiene aleatoriamente sino inclusive marcha hacia atrás, una especie de verdadera máquina del tiempo. Las limitaciones de nuestros conocimientos sobre las rarezas que puedan estar ocurriendo en esta escala en el orden de los 10^-35 metros, la longitud de Planck, ha llevado a la proposición de modelos tan imaginativos y tan exóticos como la teoría de la espuma cuántica que supuestamente veríamos aún en la ausencia de materia-energía si fuésemos ampliando sucesivamente una porción del espacio-tiempo plano.

La puerta de las dimensiones más altas quedó abierta y, a los teóricos, se les regaló una herramienta maravillosa.  En el Hiperespacio, todo es posible.  Hasta el matrimonio de la relatividad general y la mecánica cuántica, allí si es posible encontrar esa soñada teoría de la Gravedad cuántica.

Así que, los teóricos, se han embarcado a la búsqueda de un objetivo audaz: buscan una teoría que describa la simplicidad primigenia que reinaba en el intenso calor del universo en sus primeros tiempos, una teoría carente de parámetros, donde estén presentes todas las respuestas.  Todo debe ser contestado a partir de una ecuación básica.

¿Dónde radica el problema?

El problema está en que la única teoría candidata no tiene conexión directa con el mundo de la observación, o no lo tiene todavía si queremos expresarnos con propiedad. La energía necesaria para ello, no la tiene ni el nuevo acelerador de partículas LHC que mencioné en páginas anteriores.

La verdad es que, la teoría que ahora tenemos, el Modelo Estándar, concuerda de manera exacta con todos los datos a bajas energías y contesta cosas sin sentido a altas energías.

¡Necesitamos algo más avanzado!

     Cada partícula tiene encomendada una misión

Se ha dicho que la función de la partícula de Higgs es la de dar masa a las demás partículas. Cuando su autor lanzó la idea al mundo, resultó además de nueva muy extraña.  El secreto de todo radica en conseguir la simplicidad: el átomo resulto ser complejo lleno de esas infinitesimales partículas electromagnéticas que bautizamos con el nombre de electrones, resultó que tenía un núcleo que contenía, a pesar de ser tan pequeño, casi toda la masa del átomo.  El núcleo, tan pequeño, estaba compuesto de otros objetos más pequeños aún, los quarks que estaban instalados en nubes de otras partículas llamadas gluones y, ahora, queremos continuar profundizando, sospechamos, que después de los quarks puede haber algo más.

Bueno, la idea nueva que surgió es que el espacio entero contiene un campo, el campo de Higgs, que impregna el vacío y es el mismo en todas partes. Es decir, que si miramos a las estrellas en una noche clara estamos mirando el campo de Higgs.  Las partículas influidas por este campo, toman masa.  Esto no es por sí mismo destacable, pues las partículas pueden tomar energía de los campos (gauge) de los que hemos comentado, del campo gravitatorio o del electromagnético.  Si llevamos un bloque de plomo a lo alto de la Torre Eiffel, el bloque adquiriría energía potencial a causa de la alteración de su posición en el campo gravitatorio de la Tierra.

Cuando los físicos hablan de la belleza de algunas ecuaciones, se refieren a las que, como ésta, dicen mucho con muy pocos caracteres. De hecho, puede que ésta sea la ecuación más famosa conocida en nuestro mundo.

Como E=mc², ese aumento de la energía potencial equivale a un aumento de la masa, en este caso la masa del Sistema Tierra-bloque de plomo.  Aquí hemos de añadirle amablemente un poco de complejidad a la venerable ecuación de Einstein.  La masa, m, tiene en realidad dos partes.  Una es la masa en reposo, m₀, la que se mide en el laboratorio cuando la partícula está en reposo.  La partícula adquiere la otra parte de la masa en virtud de su movimiento (como los protones en el acelerador de partículas, o los muones, que aumentan varias veces su masa cuando son lanzados a velocidades cercanas a c) o en virtud de su energía potencial de campo. Vemos una dinámica similar en los núcleos atómicos.  Por ejemplo, si separamos el protón y el neutrón que componen un núcleo de deuterio, la suma de las masas aumenta.

Pero la energía potencial tomada del campo de Higgs difiere en varios aspectos de la acción de los campos familiares. La masa tomada de Higgs es en realidad masa en reposo. De hecho, en la que quizá sea la versión más apasionante de la teoría del campo de Higgs, éste genera toda la masa en reposo.  Otra diferencia es que la cantidad de masa que se traga del campo es distinta para las distintas partículas.

Los teóricos dicen que las masas de las partículas de nuestro modelo estándar miden con qué intensidad se acoplan éstas al campo de Higgs.

La influencia de Higgs en las masas de los quarks y de los leptones, nos recuerda el descubrimiento por Pieter Zeeman, en 1.896, de la división de los niveles de energía de un electrón cuando se aplica un campo magnético al átomo.  El campo (que representa metafóricamente el papel de Higgs) rompe la simetría del espacio de la que el electrón disfrutaba.

Hasta hace bien poco no teniamos ni idea de que reglas controlan los incrementos de masa generados por el Higgs (de ahí la expectación creada por el nuevo acelerador de partículas LHC cuando la buscaba). Pero el problema es irritante: ¿por qué sólo esas masas -Las masas de los W⁺, W^–, y Z^º, y el up, el down, el encanto, el extraño, el top y el bottom, así como los leptones – que no forman ningún patrón obvio?

Las masas van de la del electrón 0’0005 GeV, a la del top, que tiene que ser mayor que 91 GeV.  Deberíamos recordar que esta extraña idea (el Higgs) se empleó con mucho éxito para formular la teoría electrodébil (Weinberg-salam).  Allí se propuso el campo de Higgs como una forma de ocultar la unidad de las fuerzas electromagnéticas y débiles.  En la unidad hay cuatro partículas mensajeras sin masa -los W⁺, W^–, Z^º y fotón que llevan la fuerza electrodébil.  Además está el campo de Higgs, y, rápidamente, los W y Z chupan la esencia de Higgs y se hacen pesados; el fotón permanece intacto. La fuerza electrodébil se fragmenta en la débil (débil porque los mensajeros son muy gordos) y la electromagnética, cuyas propiedades determina el fotón, carente de masa.  La simetría se rompe espontáneamente, dicen los teóricos.  Prefiero la descripción según la cual el Higgs oculta la simetría con su poder dador de masa.

Las masas de los W y el Z se predijeron con éxito a partir de los parámetros de la teoría electrodébil. Y las relajadas sonrisas de los físicos teóricos nos recuerdan que Gerard ^t Hooft y Veltman dejaron sentado que la teoría entera esta libre de infinitos.

Pero, encierra tantos misterios la materia que, a veces me hace pensar en que la podríamos denominar de cualuquier manera menos de inerte ¡Parece que la materia está viva!

Son muchas las cosas que desconocemos y, nuestra curiosidad nos empuja continuamente a buscar esas respuestas.

El electrón y el positrón son notables por sus pequeñas masas (sólo 1/1.836 de la del protón, el neutrón, el antiprotón o antineutrón), y, por lo tanto, han sido denominados leptones (de la voz griega lentos, que significa “delgado”).

Aunque el electrón fue descubierto en 1.897 por el físico británico Josepth John Thomson (1856-1940), el problema de su estructura, si la hay, no está resuelto.  Conocemos su masa y su carga negativa que responden a 9,1093897 (54) x 10^-31 Kg la primera y, 1,602 177 33 (49) x 10^-19 culombios, la segunda, y también su radio clásico: r₀ = e²/mc² = 2’82 x 10^-13 m. No se ha descubierto aún ninguna partícula que sea menos cursiva que el electrón (o positrón) y que lleve  una carga eléctrica, sea lo que fuese (sabemos como actúa y cómo medir sus propiedades, pero aun no sabemos qué es), tenga asociada un mínimo de masa, y que esta es la que se muestra en el electrón.

Lo cierto es que, el electrón, es una maravilla en sí mismo.  El Universo no sería como lo conocemos si el electrón (esa cosita “insignificante”), fuese distinto a como es, bastaría un cambio infinitesimal para que, por ejemplo, nosotros no pudiéramos estar aquí ahora.

              ¡No por pequeño, se es insignificante!

Recordémoslo, todo lo grande está hecho de cosas pequeñas.

En realidad, existen partículas que no tienen en absoluto asociada en ellas ninguna masa (es decir, ninguna masa en reposo).  Por ejemplo, las ondas de luz y otras formas de radiación electromagnéticas se comportan como partículas (Einstein en su efecto fotoeléctrico y De Broglie en la difracción de electrones*.

Esta manifestación en forma de partículas de lo que, de ordinario, concebimos como una onda se denomina fotón, de la palabra griega que significa “luz”.

El fotón tiene una masa de 1, una carga eléctrica de o, pero posee un espín de 1, por lo que es un bosón. ¿Cómo se puede definir lo que es el espín? Los fotones toman parte en las reacciones nucleares, pero el espín total de las partículas implicadas antes y después de la reacción deben permanecer inmutadas (conservación del espín).  La única forma que esto suceda en las reacciones nucleares que implican a los fotones radica en suponer que el fotón tiene un espín de 1. El fotón no se considera un leptón, puesto que este termino se reserva para la familia formada por el electrón, el muón y la partícula Tau con sus correspondientes neutrinos: V_e, V_u y V_T.

Existen razones teóricas para suponer que, cuando las masas se aceleran (como cuando se mueven en órbitas elípticas en torno a otra masa o llevan a cabo un colapso gravitacional), emiten energía en forma de ondas gravitacionales.  Esas ondas pueden así mismo poseer aspecto de partícula, por lo que toda partícula gravitacional recibe el nombre de gravitón.

La fuerza gravitatoria es mucho, mucho más débil que la fuerza electromagnética.  Un protón y un electrón se atraen gravitacionalmente con sólo 1/10³⁹ de la fuerza en que se atraen electromagnéticamente. El gravitón (aún sin descubrir) debe poseer, correspondientemente, menos energía que el fotón y, por tanto, ha de ser inimaginablemente difícil de detectar.

De todos modos, el físico norteamericano Joseph Weber emprendió en 1.957 la formidable tarea de detectar el gravitón.  Llegó a emplear un par de cilindros de aluminio de 153 cm. De longitud y 66 de anchura, suspendidos de un cable en una cámara de vacío.  Los gravitones (que serían detectados en forma de ondas), desplazarían levemente esos cilindros, y se empleó un sistema para detectar el desplazamiento que llegare a captar la cienmillonésima parte de un centímetro.

Han llevado años captarlas, las ondas gravitatorias llevadas por el gravitón son débiles

Las débiles ondas de los gravitones, que producen del espacio profundo, deberían chocar contra todo el planeta, y los cilindros separados por grandes distancias se verán afectados de forma simultánea.  En 1.969, Weber anunció haber detectado los efectos de las ondas gravitatorias.  Aquello produjo una enorme excitación, puesto que apoyaba una teoría particularmente importante (la teoría de Einstein de la relatividad general).  Desgraciadamente, nunca se pudo comprobar mediante las pruebas realizadas por otros equipos de científicos que duplicaran el hallazgo de Weber.

De todas formas, no creo que, a estas alturas, nadie pueda dudar de la existencia de los gravitones, el bosón mediador de la fuerza gravitatoria.  La masa del gravitón es o, su carga es o, y su espín de 2.  Como el fotón, no tiene antipartícula, ellos mismos hacen las dos versiones.

Tenemos que volver a los que posiblemente son los objetos más misteriosos de nuestro Universo: Los agujeros negros.  Si estos objetos son lo que se dice (no parece que se pueda objetar nada en contrario), seguramente serán ellos los que, finalmente, nos faciliten las respuestas sobre las ondas gravitacionales y el esquivo gravitón.

La onda gravitacional emitida por el agujero negro produce una ondulación en la curvatura del espacio-temporal que viaja a la velocidad de la luz transportada por los gravitones.

Hay aspectos de la física que me dejan totalmente sin habla, me obligan a pensar y me transporta de este mundo material nuestro a otro fascinante donde residen las maravillas del Universo.  Hay magnitudes asociadas con las leyes de la gravedad cuántica. La longitud de Planck-Wheeler,  es la escala de longitud por debajo de la cual el espacio tal como lo conocemos deja de existir y se convierte en espuma cuántica.  El tiempo de Planck-Wheeler (1/c veces la longitud de Planck-Wheeler o aproximadamente 10^-43 segundos), es el intervalo de tiempo más corto que puede existir; si dos sucesos están separados por menos que esto, no se puede decir cuál sucede antes y cuál después. El área de Planck-Wheeler (el cuadrado de la longitud de Planck-Wheeler, es decir, 2,61×10^-66cm²) juega un papel clave en la entropía de un agujero negro.

Me llama poderosamente la atención lo que conocemos como las fluctuaciones de vacío, esas oscilaciones aleatorias, impredecibles e ineliminables de un campo (electromagnético o gravitatorio), que son debidas a un tira y afloja en el que pequeñas regiones del espacio toman prestada momentáneamente energía de regiones adyacentes y luego la devuelven.

Ordinariamente, definimos el vacío como el espacio en el que hay una baja presión de un gas, es decir, relativamente pocos átomos o moléculas.  En ese sentido, un vacío perfecto no contendría ningún átomo o molécula, pero no se puede obtener, ya que todos los materiales que rodean ese espacio tienen una presión de vapor finita.  En un bajo vacío, la presión se reduce hasta 10^-2 pascales, mientras que un alto vacío tiene una presión de 10^-2-10^-7 pascales.  Por debajo de 10^-7 pascales se conoce como un vacío ultraalto.

No puedo dejar de referirme al vaciotheta (vació θ) que, es el estado de vacío de un campo gauge no abeliano (en ausencia de campos fermiónicos y campos de Higgs).

El vacío theta es el punto de partida para comprender el estado de vacío de las teoría gauge fuertemente interaccionantes, como la cromodinámica cuántica. En el vacío theta hay un número infinito de estados degenerados con efecto túnel entre estos estados.  Esto significa que el vacío theta es análogo a una fundón de Bloch* en un cristal.

Se puede derivar tanto como un resultado general o bien usando técnicas de instantón.  Cuando hay un fermión sin masa, el efecto túnel entre estados queda completamente suprimido.

Cuando hay campos fermiónicos con masa pequeña, el efecto túnel es mucho menor que para campos gauge puros, pero no está completamente suprimido.

Nos podríamos preguntar miles de cosas que no sabríamos contestar.  Nos maravillan y asombran fenómenos naturales que ocurren ante nuestros ojos pero que tampoco sabemos, en realidad, a que son debidos.  Si, sabemos ponerles etiquetas como, por ejemplo, la fuerza nuclear débil, la fisión espontánea que tiene lugar en algunos elementos como el protactinio o el torio y, con mayor frecuencia, en los elementos que conocemos como transuránidos.

A medida que los núcleos se hacen más grandes, la probabilidad de una fisión espontánea aumenta.  En los elementos más pesados de todos (einstenio, fermio y mendelevio), esto se convierte en el método más importante de ruptura, sobre pasando a la emisión de partículas alfa.

emilio silvera

La idea de que el Universo puede ser en realidad un vasto y complejo holograma, un tipo de representación de un objeto tridimensional en una superficie bidimensional, tal como explicó Stephen Hawking, no es nueva. La polémica teoría de cuerdas, un gran marco teórico que pretende explicar el comportamiento de las partículas y las fuerzas de la Naturaleza, se ha inspirado desde hace décadas en la holografía para tratar de explicar el comportamiento de uno de los fenómenos que más intriga a los científicos: la gravedad. Según esta idea, se puede explicar este fenómeno con una teoría que no incluya este parámetro, lo que implica en definitiva eliminar una dimensión, la de la gravedad, en ese complejo Universo que observamos. Si una imagen bidimensional puede transformarse en una tridimensional en el cine, ¿una imagen más simple y sin gravedad puede explicar el comportamiento del Cosmos, tan influido por la gravedad?

En un artículo publicado en Physical Review Letters este lunes, un equipo de investigadores italianos, británicos y canadienses ha presentado la que dicen es la primera evidencia observacional de que el Universo es un complejo y vasto holograma. Dicho de otra forma, proponen que se puede explicar su comportamiento a partir de teoría cuánticas que no incorporan la dimensión de la gravedad.

«La holografía es un enorme paso adelante para entender la forma como el Universo se formó y adquirió su estructura», ha explicado en un comunicado Kostas Skenderis, investigador en la Universidad de Southampton. «Durante décadas los científicos han tratado de combinar la teoría de Einstein de la gravedad (explica el funcionamiento del Universo a gran escala) con la teoría cuántica (explica el funcionamiento de las pequeñas partículas que componen la materia). Algunos creen que el concepto de un Universo holográfico podría reconciliar ambas. Espero que nuestra investigación sea un paso adelante en esa dirección».

La teoría general de la Relatividad de Einstein explica el Universo a gran escala, pero no puede sumergirse en el misterioso mundo cuántico, habitado por partículas de extraño comportamiento. Y ese es el motivo por el que algunos proponen eliminar el escollo de la gravedad para tratar de unificar la física de lo extremadamente pequeño con la de lo extremadamente grande.

Ecos de la creación

En esta ocasión, los astrofísicos encontraron pruebas que, según ellos, apoyan la interpretación del Universo holográfico, o sea, que se puede explicar sin la dimensión de la gravedad. Descubrieron estas evidencias en algunas irregularidades de la radiación de fondo de microondas, ese eco de calor que queda hoy en día después del Big Bang.

«Imagina que todo lo que ves, sientes y oyes en tres dimensiones, (junto a tu percepción del tiempo), en realidad surge de un campo plano de dos dimensiones. Esta idea es similar a los hologramas típicos donde una imagen tridimensional se forma a partir de una superficie bidimensional, como en el holograma de una tarjeta de crédito. Pero en este caso, este holograma codifica al Universo entero».

¿Explica lo cuántico el Cosmos?

 

 

 

 

 

Gracias a los cada vez más sensibles telescopios y sensores, en las últimas décadas los investigadores han ido accediendo poco a poco a nuevas capas de información hallada en la radiación de fondo de microondas. En esta ocasión, estos científicos pudieron hacer complejas comparaciones entre esta red y lo predicho por la teoría de campos cuánticos. Así, concluyeron que algunas de las teorías cuánticas de campos podrían explicar casi todas las observaciones cosmológicas del Universo temprano.

La esperanza de los investigadores es poder explicar desde la física de lo más pequeño cómo surgió el tiempo y el espacio en el Universo, cuando este era un recién nacido.

Este esfuerzo de recurrir a la holografía, y explicar el comportamiento de las partículas quitando la dimensión de la gravedad, es especialmente importante para entender los misteriosos agujeros negros o las interacciones de las partículas. Sin embargo, esto no es precisamente una tarea sencilla: junto a la complejidad de las matemáticas asociada a este tipo de estudios, hay que contar con el desconocimiento que hay sobre la física de partículas y sobre los orígenes del Universo.

 

 

 

La investigación ha sido realizada por científicos de la Universidad de Southampton (Reino Unido), de la Universidad de Waterloo (Canadá), del Instituto Perimeter (también Canadá), del Instituto Nacional de Física Nuclear (Italia) y de la Universidad de Salento (también Italia).