John Wheeler propuso que el espacio-tiempo en la escala de Planck es una espuma cuántica. Una teoría cuántica de la gravedad que describa esta espuma cuántica debería violar la simetría de Lorentz de la teoría de la relatividad. Para explorar esta espuma cuántica, Giovanni Amelino-Camelia y varios colegas propusieron en 1998 estudiar la relación energía-momento para un fotón que haya recorrido distancias muy grandes, es decir, estudiar si la velocidad de un fotón en el vacío depende de su energía (no es constante).

Todos los objetos del Universo son el resulta de fuerzas antagónicas que, al ser iguales, se equilibran y consiguen la estabilidad. Las estrellas son el mejor ejemplo: La Gravedad trata de comprimir a la estrella que, mediante la fusión tiende a expandirse y, la lucha de esas dos fuerzas iguales en potencia crea la estabilidad. Con los átomos ocurre lo mismo, la carga positiva de los protones es  igualada por la negativa de los electrones.

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“Gases nobles excitados eléctricamente, mostrando la luz que emiten. Ocupan el lugar 18 de la Tabla Periódica. Este término surge de la traducción del nombre alemán «edelgas», empleado por vez primera en el año 1898 por Hugo Erdmann, para señalar la baja reactividad que presenta los elementos de este grupo. Dicho calificativo es debido a una analogía con la expresión «metales nobles«, como el oro, relacionado con la fortuna y la nobleza, y que de igual manera, posee baja reactividad.”

 

       Nebulosa del Cangrejo – Foto: CSIC

“Un equipo de investigadores con participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha encontrado la primera evidencia de una molécula basada en el gas noble argón en la Nebulosa del Cangrejo. El trabajo, que ha utilizado datos de infrarrojo del observatorio espacial HERSCHEL, aparece publicado en último número de la revista Science.
La Nebulosa del Cangrejo (Messier 1), ubicada en la Constelación de Tauro, a unos 6.500 años luz de la Tierra, tiene un diámetro de 11 años luz (casi 700.000 veces la distancia entre el Sol y la Tierra). Esta nebulosa es una estructura filamentosa y difusa formada tras la explosión de una supernova observada en el año 1054 por astrónomos chinos.

En el estudio realizado, los investigadores han detectado la emisión de hidrilo de argón (ArH+), un ión molecular que contiene el gas noble argón. Aunque ya se habían detectado átomos o iones de gases nobles, hasta ahora no se había encontrado ninguno de los compuestos moleculares basados en estos átomos gases nobles lo que, según los investigadores, parecía sugerir que estos elementos requieren un mayor tiempo de reacción en el espacio o que no se dan las condiciones para que se formen.”

Sí, todos hemos oído hablar de ellos, de los Gases Nobles en alguna ocasión pero, ¿sabemos algo de ellos? Asimov que era químico, lo explicaba muy bien. Los elementos que reaccionan difícilmente o que no reaccionan en absoluto con otros elementos se denominan “inertes”. El nitrógeno y el platino son ejemplos de elementos inertes.

En la última década del siglo pasado se descubrieron en la atmósfera una serie de gases que no parecían intervenir en ninguna reacción química.  Estos nuevos gases (helio, neón, argón, kripton, xenón y radón) son más inertes que cualquier otro elemento y se agrupan bajo el nombre de gases inertes.

“Los gases nobles son un conjunto de elementos que se encuentran integrando el grupo 18 de la tabla periódica. A lo largo de los años se les han llamado también gases raros o inertes, ambas denominaciones inexactas; algunos de ellos son muy abundantes fuera y dentro del planeta Tierra, y también son capaces, bajo condiciones extremas, de reaccionar.

Sus siete elementos integran quizás el grupo más singular de la tabla periódica, cuyas propiedades y escasas reactividades impresionan tanto como la de los metales nobles. Entre ellos desfilan el elemento más inerte (neón), el segundo más abundante del Cosmos (helio), y el más pesado e inestable (oganesón)”

Los elementos inertes reciben a veces el calificativo de “nobles” porque esa resistencia a reaccionar con otros elementos recordaba un poco a la altanería de la aristocracia. El oro y el platino son ejemplos de “metales nobles”, y por la misma razón se llaman a veces “gases nobles” a los gases inertes. Hasta 1.962, el nombre más común era el de gases inertes, quizá porque lo de nobles parecía poco apropiados.

Es apropiado incluir una descripción de este grupo de elementos conocido en un capítulo dedicado a los halógenos, porque el flúor es el único elemento conocido que entra en combinación química directa con los dos gases nobles más pesados, el xenón y el criptón, resultando en  compuestos estables.

Los gases nobles surgen en la naturaleza como constituyentes menos abundantes de la atmósfera. La primera indicación de la existencia de los gases nobles fue divulgada por el químico ingles Cavendish, en 1784.

La razón de que los gases inertes sean inertes es que el conjunto de electrones de cada uno de sus átomos está distribuido en capas especialmente estables. La más exterior, en concreto, tiene 8 electrones. Así la distribución electrónica del neón es (2,8) y la del argón (2,8,8). Como la adición o sustracción de electrones rompe esta distribución estable, no pueden producirse cambios electrónicos. Lo cual significa que no pueden producirse reacciones químicas y que estos elementos son inertes.

Ahora bien, el grado de inercia depende de la fuerza con que el núcleo, cargado positivamente y situado en el centro del átomo sujeta a los 8 electrones de la capa exterior. Cuantas más capas electrónicas haya entre la exterior y el centro, más débil será la atracción del núcleo central sobre los electrones de esa última capa de electrones.

Quiere esto decir que el gas inerte más complejo es también el menos inerte. El gas inerte de estructura atómica más complicada es el radón. Sus átomos tienen una distribución electrónica de (2,8,18,32,18,8). El radón, sin embargo está sólo constituido por isótopos radiactivos y es un elemento con el que difícilmente se pueden hacer experimentos químicos. El siguiente en orden de complejidad es el xenón, que es estable. Sus átomos tienen una distribución electrónica de (2,8,18,18,8).

Propiedades del xenón

“El xenón es incoloro, inodoro e insípido; es un gas en condiciones normales. El xenón es el único de los gases nobles no radiactivos que forma compuestos químicos estables a la temperatura ambiente; también forma enlaces débiles con clatratos.”

Los gases nobles como el xenón tienen poca tendencia a participar en reacciones químicas. El xenón, como el resto de gases nobles presenta las siguientes propiedades: Es incoloro, inodoro y muestra una reactividad química muy baja en condiciones normales.

El estado del xenón en su forma natural es gaseoso (no magnético). El xenón es un elmento químico de aspecto incoloro y pertenece al grupo de los gases nobles. El número atómico del xenón es 54. El símbolo químico del xenón es Xe. El punto de fusión del xenón es de 161,4 grados Kelvin o de -111,75 grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del xenón es de 165,1 grados Kelvin o de -108,05 grados celsius o grados centígrados.

Propiedades atómicas del xenón

La masa atómica de un elemento está determinado por la masa total de neutrones y protones que se puede encontrar en un solo átomo perteneciente a este elemento. En cuanto a la posición donde encontrar el mercurio dentro de la tabla periódica de los elementos, el mercurio se encuentra en el grupo 18 (VIIIA) y periodo 5. El xenón tiene una masa atómica de 131,293 u. La configuración electrónica del xenón es [Kr]4d10 5s2 5p6. La configuración electrónica de los elementos, determina la forma el la cual los electrones están estructurados en los átomos de un elemento. El radio atómico o radio de Bohr del xenón es de 1,8 pm, su radio covalente es de 1,0 pm y su radio de Van der Waals es de 2,6 pm. El xenón tiene un total de 54 electrones cuya distribución es la siguiente: En la primera capa tiene 2 electrones, en la segunda tiene 8 electrones, en su tercera capa tiene 18 electrones, en la cuarta, 18 electrones y en la quinta capa tiene 8 electrones.

Configuración de un átomo de Xenón

Los electrones más exteriores de los átomos de xenón y radón están bastante alejados del núcleo y, por consiguiente, muy sueltos. En presencia de átomos que tienen una gran apetencia de electrones, son cedidos rápidamente. El átomo con mayor apetencia de electrones es el flúor, y así fue como en 1.962 el químico canadiense Neil Bartlett consiguió formar compuestos de xenón y flúor.

Desde entonces se han conseguido formar también compuestos de radón y kriptón. Por eso los químicos rehúyen el nombre de gases inertes, porque a fin de cuentas, esos gases no son completamente inertes. Hoy día se ha impuesto la denominación de “gases nobles”, y existe toda una rama de la química que se ocupa de los “compuestos de gases nobles”.

Naturalmente, cuanto más pequeño es el átomo de un gas noble, más inerte es, y no se ha encontrado nada que sea capaz de arrancarles algún electrón. El argón, cuya distribución electrónica es de 2,8,8 y el neón, con 2,8 electrones respectivamente, sigue siendo completamente inerte. Y el más inerte de todos es el helio, cuyos átomos contienen una sola capa electrónica con dos electrones (que es lo máximo que puede alojar esta primera capa) que al estar en la primera línea cerca del núcleo positivo, están fuertemente atraídos al tener su carga eléctrica el signo negativo.

Un átomo es como una cebolla: los electrones se distribuyen en capas, llamadas K, L, M, … (indexadas por el número cuántico n=1, 2, 3, …).

A baja energía, las capas interiores de un átomo como el Neón son inaccesibles (su estructura atómica es 1s² 2s² 2p⁶).

Para ver los electrones en las capas interiores (electrones 1s² en el caso del Neón) se requiere una fuente láser de pulsos ultracortos muy intensa que permita “pelar” el átomo como si de una cebolla se tratara.

El año pasado se inauguró en EEUU una fuente de rayos X de este tipo y ahora se publica en Nature la primera vez que se logra despojar a un átomo de Neón de todos y cada uno de sus 10 electrones, permitiendo obtener todos los iones (cationes) posibles de dicho átomo.

Además, se ha logrado observar por primera vez los electrones del nivel K de átomos de Neón rodeados de “huecos” en los niveles L.

Hay que recordar que en mecánica cuántica un electrón y el “hueco” ocupado por un electrón se comporta de forma muy parecida.

La observación de electrones de nivel K rodeados de “huecos” de nivel L confirma, como era de esperar, los resultados predichos por la mecánica cuántica. Este es el primer artículo importante que se obtiene en la fuente de rayos X coherente llamada Linac (Linac Coherent Light Source) en el Laboratorio Nacional SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) en California.

El Laboratorio Nacional SLAC

Para finalizar diré que los gases nobles (gases inertes, gases raros) están clasificados en el grupo 18 (antiguamente 0) de la tabla periódica de dos elementos y se definen por símbolos que responden a: helio (He), neón  (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón (Xe) y radón (Rn).

Ya se dijo antes la configuración electrónica de cada uno de ellos y todas las capas internas están completamente ocupadas, lo que hace que estos elementos, por tanto, constituyan la terminación de un periodo y posean configuración de capa completa, por lo que sus energías de ionización son muy elevadas y su reactividad química escasa.

Como son monoatómicos, las moléculas de los gases nobles poseen simetría esférica, y las fuerzas intermoleculares son muy débiles, por lo que sus entalpías de vaporización son muy bajas.

Con todo lo anteriormente expuesto sobre los gases nobles, espero que el lector del trabajo aquí reflejado pueda tener una idea más amplia y un conocimiento más certero sobre lo que en realidad son los denominados como “gases nobles”.

En comparación con la inmensidad del universo, nos queda aún muchísimo que aprender. Si nos limitamos a nuestro entorno más cercano, la Tierra, ¿Cómo hemos podido llegar tan lejos?

El conocimiento que actualmente tenemos en las distintas ramas del saber (el conocimiento es un árbol enorme, las raíces que lo sustenta son las matemáticas, el tronco es la física, y a partir de ahí, salen las ramas que corresponden a los distintos disciplinas del saber, tales como química, biología, astronomía, etc), tiene su origen muy lejos en el pasado, en civilizaciones olvidadas que dejaron las huellas de su saber a otras que, como los griegos antiguos, hace ahora de ello 2.600 años, o 600 años a. de C., aprovecharon esos conocimientos y se dieron cuenta de que el mundo que les rodeaba y los acontecimientos naturales que ocurrían eran totalmente ajenos a los Dioses del Olimpo y a la mitología.

La ignorancia llevó en aquellos tiempos a la Humanidad a crear diez dioses ficticios sobre los que contaban toda clase de peripecias y aventuras o hechos que, no pocas veces, los involucraban con la gente normal. Sin embargo, fue también, al final de aquel período, cuando se percibieron de que, los “dioses” nada tenían que ver con el mundo que les rodeaba y, de esa manera, Thales de Mileto, uno de los siete sabios de Grecia, entendió; dejó a un lado a los Dioses y expresó sus ideas empleando la lógica observando la naturaleza.

Él fue el primero que se dio cuenta de la importancia que tenía el agua para la vida. Empédodes, otro pensador, dijo que todo estaba formado por cuatro elementos: aire, agua, tierra y fuego que, combinados en la debida proporción se convertirían en los distintos materiales de los que estaban formados todas las cosas. Demócrito de Abdera nos habló de algo invisible e indivisible como el componente más pequeño de la materia, le llamó a-tomo o átomo. Sócrates, Aristóteles o Platón (y otros) nos introdujeron en el campo de la filosofía, y Anaximandro, Anaxímedes, Pitágoras, Euclides y muchos más, nos enseñaron astronomía, matemáticas-geometría, medicina, etc.

Se podría decir, sin temor a equivocarse, que allí en la antigua Grecia comenzó a germinar la semilla sobre la que está basada y donde están asentados los pilares de la ciencia actual, de la sociología, de las Humanidades, las Artes y las letras de hoy. Si aquellos grandes hombres levantaran la cabeza y pudieran mirar lo que han hecho de su querida Grecia, sus descendientes políticos, se volvían a morir del susto.

emilio silvera

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                                 Un modelo matemático nos dice que es factible viajar en el Tiempo

He creído que no estaría mal hacer un viaje al pasado para asomarnos a los acontecimientos que tuvieron lugar para que, ahora, estemos nosotros aquí. Al buscar cómo lo podría hacer para que fuese reducido y didáctico, caí en la cuenta de que, en el Libro de Timothy Ferris, La Aventura del Universo, al final, viene una recopilación de los hechos del pasado a partir del Comienzo del Tiempo, es decir, cuando tuvo lugar el Big Bang.

Así que, creyéndolo de interés aquí lo dejo, con algunas imágenes, un repaso, y, una serie de datos que han sido acumulados (unos atienden a hechos reales y otros, son el fruto de teorías derivadas del estudio y la observación) para formar parte del saber científico que atesoramos.

La fecha (el Tiempo) y los acontecimientos notables que en cada período de produjeron

Antes del Tiempo Cero

– En el momento cero: Origen del Tiempo, el espacio y la energía del universo que conocemos.

– 10^-43 de segundo GCT (Después del Comienzo del Tiempo): Fin de la época de Planck; la radiación gravitatoria sale del equilibrio térmico con el resto del Universo.

– 10^-34 de segundo: El universo, en un estado de vacío, empieza a “inflarse”, esto es, expandirse a una tasa exponencial de unas 10⁵⁰ veces la tasa actual de expansión.

– 10^-30 de segundo: Termina la época inflacionaria; las partículas se arrojan fuera del vacío.

– 10^-11 de segundo: La transición de fase de la ruptura de la simetría escinde la fuerza electro-débil en la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil.

– 10^-6 – 10^-5 de segundo: Los Quarks y anti-quarks cesan su aniquilación mutua. Los supervivientes se unen en tríos para formar protones y neutrones, los componentes de todos los futuros núcleos atómicos.

– 10^-4 de segundo: El Universo tiene 1/10.000 de segundo de antigüedad. La constante captura de electrones y positrones convierte los neutrones en protones y a la inversa. Como se requiere un poco más de energía para hacer neutrones que protones, el proceso deja el universo con cincuenta veces más protones que neutrones.

-10^-2 de segundo: Partículas de materia y de energía interaccionan en equilibrio térmico.

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Escultura dedicada a la Entropía en los jardines centrales de la Universidad de Monterrey, México

“La entropía es una función de estado que, evaluada para todo el universo, aumenta en una transformación irreversible y permanece constante en una transformación reversible.”

 

Escenifica el desorden, es la magnitud termodinámica que indica el grado de desorden molecular de un sistema. La entropía es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se da de forma natural. La entropía describe lo irreversible y nos dice que con el paso del Tiempo todo se deteriora, como podemos constatar en nosotros mismos, o, en el mismo Universo.

En las galaxias se genera Entropía negativa cuando se crean nuevas estrellas, nuevos mundos y nueva vida

“Simbolizada como S es una magnitud física para un sistema termodinámico en equilibrio. Mide el número de microestados compatibles con el macro-estado de equilibrio, también se puede decir que mide el grado de organización del sistema, o que es la razón de un incremento entre energía interna frente a un incremento de temperatura del sistema termodinámico.”

Todos hemos visto el sistema mecánico en el cual se conserva la energía, para que sea perfectamente elástico y tenga ausencia de rozamiento.  Está claro que si queremos hablar de energía y su conservación, de termodinámica y de entropía, tendríamos que mencionar aquí muchos nombres que, como el del conde Rumford nacido en lo que entonces era colonia británica de Massachusetts en 1753 y vivió hasta 1814, se llamaba en principio Benjamín Thompson.  Fue mientras trabajaba en Baviera, supervisando la construcción de un nuevo cañón cuando planteó la idea de que el calor es una forma de trabajo.

La gestación de esta idea duró mucho tiempo, un paso decisivo fue el que dio James Joule de Gran Bretaña durante la década de 1840. Lo hizo todavía mejor que Rumford, ya que realizó experimentos precisos para medir la cantidad de trabajo necesario para producir un determina ascenso de la temperatura en una cantidad de agua. Estos trabajos y otros llevados a cabo por contemporáneos de Joule, tales como Hermann Helmholtz en Alemania, desembocaron el en el Principio de la conservación de la energía. Éste dice que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo puede transformarse.

          Conservación de la materia

Energía – Conservación

A diferencia de lo que ocurre con el momento angular de los objetos macroscópicos, a los que estamos acostumbrados, que puede tomar valores muy variados dependiendo de las acciones a las que se vean sujetos, la magnitud del espín de una partícula subatómica es siempre la misma para este tipo concreto de partícula.

Leyes de Conservación

Si un sistema no interacciona con su entorno de ninguna manera, entonces determinadas propiedades mecánicas del sistema no pueden cambiar. Algunas veces nos referimos a ellas como “constantes del movimiento”. Estas cantidades se dice que son “conservadas” y las leyes de conservación resultante se pueden considerar como los principios mas fundamentales de la mecánica. En mecánica, ejemplos de cantidades conservativas son la energía, el momento y el momento angular. Las leyes de conservación son exactas para un Sistema aislado.

Establecidas aquí como principios de la mecánica, estas leyes de conservación tiene profundas implicaciones en la simetría de la naturaleza, que no hemos visto violadas. Ellas sirven como una fuerte restricción en cualquier teoría sobre cualquier rama de la ciencia.

En la nebulosa molecular gigante de Orión, los astrónomos han observado las transformaciones que se producen al crearse nuevas estrellas y nuevos sistemas planetarios. Ahí se pueden observar continuados cambios irreversibles de destrucción y creación que escenifica el continuo renovarse del Universo.

El principio de conservación de energía llegó a conocerse también como primer principio de termodinámica y nos dice que en un sistema cerrado (pongamos por ejemplo esta Nebulosa e imaginemos que no interacción con el mundo exterior, para llevarlo hasta un Sistema cerrado ideal como, el plano sin rozamiento). Aquí la energía total permanece constante pero, ninguna transformación de trabajo en energía es perfecta, ya que el calor siempre se disipa como un subproducto, de tal forma que hay algo de energía que desaparece de la circulación. Dado que el calor siempre fluye de un lugar caliente a otro más frío (segundo principio de la termodinámica), finalmente, en cualquier sistema cerrado toda la energía acaba convirtiéndose en calor, y todas las diferencias de temperatura se irán nivelando hasta dejar un sistema templado y sin características especiales donde no sucede nada interesante.

Lo que actualmente conocemos como segundo principio de la Termodinámica se puede expresar de muchas formas diferentes, pero su primer enunciado se debe al Físico británico William Thomson (quien fuera posteriormente lord Kelvin) en 1852. La cuestión esencial sobre la que Thomson llamó la atención es esta idea de disipación -que, aunque el modo en que funciona el mundo natural se puede describir como un gran motor que convierte el calor en trabajo (o en movimiento, que viene a ser lo mismo), debe haber siempre algo de calor que se disipa durante el proceso, aunque realmente no se pierde, sino que se propaga por todo el universo, haciendo que su temperatura global suba una pizca, una cantidad casi imperceptible.

Una máquina térmica es un dispositivo que, operando de forma cíclica, toma de calor de un foco caliente, realiza un cierto trabajo (parte del cual se emplea en hacer funcionar la propia máquina) y entrega calor de desecho a un foco frío, normalmente el ambiente.

El ejemplo característico de máquina térmica es la máquina de vapor, que se emplea en la mayoría de las centrales eléctricas (sean estas térmicas, termo-solares o nucleares). En una máquina de vapor una cierta cantidad de líquido se hace hervir en un horno (foco caliente); el vapor resultante mueve una turbina, enfriándose parcialmente. El vapor enfriado pasa a un condensador, donde es enfriado a la temperatura ambiente, liberando calor y volviendo a ser líquido. Una bomba (movida por la turbina) toma ese líquido y vuelve a llevarlo al horno, manteniendo en marcha el sistema.

• El calor | Q_c | proporcionado por el foco caliente.
• El calor | Q_f | cedido al foco frío
• El trabajo | W_ext | realizado por la turbina
• El trabajo W_int necesario para hacer funcionar la máquina térmica

Esto va más allá del principio, o ley, de conservación de la energía (el primer principio de la termodinámica), porque en este caso, aunque la cantidad total de energía del mundo (expresión con la que los victorianos se referían al total del universo), se mantiene siempre igual, la cantidad de energía útil siempre está disminuyendo. Esto implica que los físicos necesitan un sofisticado sistema técnico para cuantificar la cantidad de energía útil existente en un sistema cerrado, o en el mundo (el universo en toda su amplitud), de tal modo que pudieran tenerla en cuenta y manejarla en sus ecuaciones. esto indujo a Rudolf Clausius a proponer el concepto de Entropía, lo cual hizo en Alemania a mediados de la década de 1860.

El Modo más sencillo de calcular lo que mide la Entropía es pensar en términos de la cantidad de orden que hay en un sistema, y el ejemplo clásico consiste en imaginar una caja que está dividida en dos mitades mediante una pared separadora móvil. Una mitad de la caja está llena de gas y la otra se encuentra inicialmente vacía -es el vacío-. Tenemos así un sistema que posee una cierta cantidad de orden, o de estructura, porque hay una diferencia entre las dos mitades del recipiente. Si se introduce al azar un robot consistente en una sonda microscópica, nos podrá decir en qué lado de la pared separadora se encuentra, , comprobando si está rodeado por gas o por vacío. Imaginemos que abrimos esa pared separadora. Todos sabemos lo que va a suceder. El gas se propaga hasta llenar la caja de manera uniforme. Entonces habrá en el sistema menos orden (o, si se quiere, más desorden).

La entropía mide la cantidad de orden que hay en un sistema y, si el desorden aumenta, también lo haced la entropía. Sabiendo que en el mundo real el desorden crece en todo sistema cerrado (las cosas se desgastan, se rompen, son inundadas por el polvo y la corrosión, a medida que pasa el tiempo, el inevitable aumento de la entropía define una dirección del tiempo, una flecha que parte del pasado ordenado y apunta hacia el futuro desordenado. Dado que ese proceso parecía inevitable y universal, los especialistas en termodinámica de la era victoriana preveían un destino último del Universo en el que toda la energía útil se habría convertido en calor y todo sería una mezcla templada de materia a temperatura uniforme, una situación desoladora que llamaban la “muerte térmica” del universo.

Pero, ese tenebroso pronóstico ha quedado ya descartado. El hecho de que el Universo se expande (que no se descubrió hasta finales de la década de 1920), alteró todo el contenido de tal predicción, y la constatación de que la Gravedad tiene de hecho energía negativa, que data de la década de 1940, descartó en esencia el tipo de muerte térmica que imaginaron los victorianos.

Las estrellas que brillan en el cielo, todas las nuevas que en la Nebulosas nacen, los mundos que se crean, la vida que surge, la Gravedad…Todo ello, contribuye a generar Entropía negativa que, de alguna manera, autogenera el Universo u consigue que aquella muerte térmica no llegue.

 

Sí, en nuestro universo algo cambia y,  muchas otras cosas serán distintas

 

Claro que no hay una flecha del tiempo en las leyes de Newton y, según Laplace y muchos otros, estas leyes parecen describir un mundo completamente determinista en el cual el pasado y el futuro están fijados de una manera rígida y no hay lugar para el libre albedrío.

Lo que ninguno de estos científicos parece haber observado es que el argumento fundamental se desploma si, en cualquier momento y lugar del universo, se produce una colisión simultánea entre tres partículas –aunque la valoración de si esto sería suficiente para restablecer el libre albedrío es una cuestión cuya discusión prefiero dejar a la filosofía.

En la física del movimiento y sus causas -Dinámica- las leyes de la naturaleza funcionan tanto si el tiempo transcurre “hacia adelante” como también si lo hiciera “hacia atrás”, es decir que son simétricas y reversibles en el tiempo. Si filmamos un choque entre dos partículas, o la órbita de un planeta entorno a su sol, y pasamos la película al revés, notaremos que las trayectorias están invertidas, lo cual es totalmente coherente para la física: no hay nada que nos indique que el tiempo está trascurriendo en sentido contrario. Si las leyes de la naturaleza no distinguen entre el pasado y el futuro, entonces ¿por qué notamos que el tiempo fluye en un sentido y no en otro? ¿De dónde sale esa asimetría del tiempo? ¿Por qué recordamos el pasado pero no el futuro?

 

Nos podemos sentar mirando hacia el futuro, pero, ¿veremos algo….

 

Este mismo problema relativo al tiempo se planteó a partir de uno de los mayores triunfos de la física del siglo XIX: la investigación de la naturaleza de la luz y de otras formas de radiación electromagnética, que tuvo su momento culminante en la obra del escocés James Clerk Maxwell (1831-1879). La explicación dada por Maxwell sobre la radiación electromagnética se basa en la obra de Michael Faraday, que vivió entre 1791 y 1867, y propuso la definición de los “campos” eléctrico y magnético que surgen en torno a los objetos que poseen una carga eléctrica.

 

 

 

Fue Faraday el primero en sugerir que la luz podría estar producida por algún tipo de vibración de las líneas de fuerza asociadas con imágenes y partículas “cargadas”, que vibrarían como lo hacen las cuerdas de un violín al ser pulsadas. El problema estaba en que, Faraday, carecía de los conocimientos matemáticos necesarios para desarrollar la idea de maneta tal que se desarrollara un modelo perfectamente configurado. Así, en la década de 1860, llegó Maxwell para rematar el trabajo de Faraday con sus maravillosas ecuaciones vectoriales para demostrar que todos los fenómenos eléctricos y magnéticos conocidos en aquella época, incluido el comportamiento de la luz, podía ser descrito mediante un conjunto de sólo cuatro ecuaciones, que actualmente se denominan ecuaciones de Maxwell.

Claro que, como todo, también las ecuaciones de Maxwell tenían sus limitaciones, especialmente en la descripción de fenómenos que se producen a escalas muy pequeñas, tales como el comportamiento de los átomos y de las partículas que los componen. En este caso, es preciso modificar tanto la descripción clásica de las descripciones electromagnéticas (Maxwell), como la descripción clásica de las interacciones entre partículas (Newton), fenómenos en los cuales se cumplen las reglas de la física cuántica. Así, las ecuaciones de Maxwell, como las de Newton, tampoco contienen la flecha del tiempo.

 

 

 

Lo que fue durante mucho tiempo la explicación habitual la razón por la que vemos una dirección predominante del tiempo surgió a partir de otro gran triunfo de la física del siglo XIX: la descripción de la relación entre calor y movimiento (termodinámica). Esto tuvo una importancia práctica fundamental en el mundo industrial cuando se utilizaba la fuerza de las máquinas de vapor.

Lo cierto es que, la importancia de la termodinámica reside en que permite a los físicos explicar el comportamiento de gran número de objetos –en especial, partículas de gas- que, en cierto sentido, funcionan juntos en un sistema complejo. Esto incluye el uso de promedios y estadísticas, pero se basa en gran medida en la idea de que un gas está constituido por una cantidad innumerable de partículas diminutas (átomos y moléculas) que no cesan de rebotar y chocar entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene, cumpliendo las leyes del movimiento de Newton. Esta teoría cinética de los gases fue un ejemplo importante del modo en que las leyes universales de la física ponían orden en el caos.

 

       Ludwig Boltzmann (1844-1906)

La palabra “gas” fue acuñada por el físico flamenco Joannes van Helmont a partir de la palabra griega que significa “caos”; este término apareció impreso por primera vez en el libro de van Helmont titulado Ortus medicina, publicado cuatro años después del fallecimiento de Joannes, en 1648. La idea de que los gases eran como un caos se consideró acertada durante trescientos años, hasta que Maxwell desde Gran Bretaña, y su contemporáneo Ludwig Boltzmann, desde Viena, consolidaron la teoría cinética (que hasta entonces había sido sólo una especulación), dándole una firme base científica fundamentada en las leyes de Newton.

Me proponía al comenzar este trabajo a exponer muchas más cosas pero, como siempre pasa, el espacio y el tiempo no dan para tanto en este lugar y, dejo pendiente explicar cómo surge el Caos a partir del Orden y el Orden a partir del Caos, cómo podemos llegar al borde del Caos y qué transiciones de fase tienen que producirse para que, la normalidad y la simetría vuelva a reinar a partir de ese desorden que, en un principio, podría parecer irreversible.

 

 

De todo lo que aquí hemos hablado, se puede tomar razón y llegar a tener una razonada conciencia en el estudio de una galaxia espiral que, con sus millones de estrellas brillantes en los brazos espirales y sus estrellas rojas y más viejas en el centro galáctico, nos hablan claramente de la flecha del tiempo y de la entropía al considerar, la galaxia, como el sistema cerrado que, poco a poco, va tornándose más y más compleja en la composición de la materia que la conforma que, de manera irreversible va sufriendo transformaciones de todo tipo que, finalmente, la llevará a un estado crítico que hasta se podría transformar en un inmenso agujero negro como resultado final del proceso.

 

 

 

Mucho es lo que nos queda por saber, lo que sabemos, reconociendo que no es poco para el exiguo tiempo que llevamos aquí (en la medida del reloj del universo), es aún insuficiente para lo que la Humanidad necesita saber. Nuestra ignorancia es grande, muy grande…, casi infinita, si la contraponemos con todo aquellos que nos queda por descubrir de los secretos de la Naturaleza. Nunca podremos acabar ese aprendizaje que se pierde en la lejanía de la flecha del tiempo en ese infinito que llamamos futuro.

 

emilio silvera

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“Philosophiæ naturalis principia mathematica (del latín: Principios matemáticos de la filosofía natural), también conocido simplemente como Principia,¹​ es una obra publicada por Isaac Newton el 5 de julio de 1687​ a instancias de su amigo Edmund Halley, donde recoge sus descubrimientos en mecánica y cálculo matemático. Este trabajo marcó un punto de inflexión en la historia de la ciencia y es considerada, por muchos, como la obra científica más importante de la historia.”

Para no retrotraernos muy atrás en el tiempo, fijaremos el punto de partida en 1687, fecha en que salió a la luz la Obra de Newton, sus Principias. El tiempo transcurrió hasta 1900, fecha en la que Planck publicó un artículo de ocho páginas con su idea del cuanto que sería la semilla que daría lugar al nacimiento de la mecánica cuántica. En 1905, aquel joven de la Oficina de Patentes de Berna, sorprendió al mundo de la Física con su Teoría de la Relatividad Especial. Se produjeron muchos desarrollos importantes para nuestras imágenes de la Física Fundamental. Uno de los mayores cambios ocurrido en ese período fue la comprensión, básicamente mediante los trabajos de Faraday y Maxwell en el siglo XIX, de que cierta noción de campo físico, que permea en el espacio, debe cohexistir con la previamente aceptada “realidad newtoniana” de las partículas individuales que interaccionan por medio de fuerzas instantáneas.

Conforme a lo que arriba decimos se producen fenómenos y se ponen en marcha mecanismos que hacen posible que, la imagen que vemos, pueda ser posible gracias a la presencia de fuerzas que, aunque no las podamos ver, su presencia se hace patente por los resultados que en su diversidad, son los mecanismos que llevan el ritmo del universo en el que vivimos.

Más tarde, esta noción de “campo” se convirtió también en un ingrediente crucial de la teoría de la Gravedad en un espacio-tiempo curvo a la que llegó Einstein en 1915. Lo que ahora denominamos campos clásicos son el Campo Electromagnético de Maxwell y el Campo Gravitatorio de Einstein.

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