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El límite de la información está dado por las constantes de la...

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

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Qué es la Relatividad General? | El Cultural

Einstein hizo más que cualquier otro científico por crear la imagen moderna de las leyes de la naturaleza. Desempeñó un papel principal en la creación de la perspectiva correcta sobre el carácter atómico y cuántico del mundo material a pequeña escala, demostró que la velocidad de la luz introducía una relatividad en la visión del espacio de cada observador, y encontró por sí solo la teoría de la gravedad que sustituyó la imagen clásica creada por Isaac Newton más de dos siglos antes que él. Su famosa fórmula de      E = mc2 es una fórmula milagrosa, es lo que los físicos definen como la auténtica belleza. Decir mucho con pocos signos y, desde luego, nunca ningún físico dijo tanto con tan poco. En esa reducida expresión de E = mc2, está contenido uno de los mensajes de mayor calado del universo: masa y energía, son la misma cosa.

100 años de la Teoría de la Relatividad General | Space science,  Astrophysics, Albert einstein

Einstein siempre estuvo fascinado por el hecho de que algunas cosas deben parecer siempre iguales, independientemente de cómo se mueva el que las ve, como la luz en el vacío, c.

Él nos dijo el límite con que podríamos recibir información en el universo, la velocidad de c.

Él reveló todo el alcance de lo que Stoney y Planck simplemente habían supuesto: que la velocidad de la luz era una constante sobrehumana fundamental de la naturaleza. También sabía el maestro que, en el proceso de nuevas teorías, la búsqueda de la teoría final que incluyera a otras fuerzas de la naturaleza distintas de la gravedad, daría lugar a teorías nuevas y cada vez mejores que irían sustituyendo a las antiguas teorías. De hecho, él mismo la buscó durante los 30 últimos años de su vida pero, desgraciadamente, sin éxito. Ahora se ha llegado a la teoría de supercuerdas que sólo funciona en 10 y 26 dimensiones y es la teoría más prometedora para ser la candidata a esa teoría final de la que hablan los físicos.

Las constantes de la Naturaleza : Blog de Emilio Silvera V.Ciencias Planetarias y Astrobiología : La constante de estructura fina en  nuestro Universo

El número 137, es un número puro y adimensional de la constant3e de estructura fina. El Nobel Lederman decía: Todos los físicos del mundo deberían tener un cuadro en el lugar más destacados de sus casas, en el que pusiera un sólo número: 137 para que les recordara lo que no sabían.

La magia del número 137 - Blog de UnicoosLa Mecánica Cuántica: La estructura fina del hidrógeno

El físico espera que las constantes de la naturaleza respondan en términos de números puros que pueda ser calculado con tanta precisión como uno quiera. En ese sentido se lo expresó Einstein a su amiga Ilse Rosenthal-Schneider, interesada en la ciencia y muy amiga de Planck y Einstein en la juventud.

Lo que Einstein explicó a su amiga por cartas es que existen algunas constantes aparentes que son debidas a nuestro hábito de medir las cosas en unidades particulares. La constante de Boltzmann es de este tipo. Es sólo un factor de conversión entre unidades de energía y temperatura, parecido a los factores de conversión entre las escalas de temperatura Fahrenheit y centígrada. Las verdaderas constantes tienen que ser números puros y no cantidades con “dimensiones”, como una velocidad, una masa o una longitud.  Las cantidades con dimensiones siempre cambian sus valores numéricos si cambiamos las unidades en las que se expresan.

Tabla 2: Unidades de Planck básicas
Nombre Dimensión Expresión
Longitud de Planck Longitud (L) {\displaystyle l_{P}=c\ t_{P}={\sqrt {\frac {\hbar G}{c^{3}}}}} 1.616 252(81) × 10−35 m [1]
Masa de Planck Masa (M) {\displaystyle m_{P}={\sqrt {\frac {\hbar c}{G}}}} 2.176 44(11) × 10−8 kg (21  \mug) [2]
Tiempo de Planck Tiempo (T) {\displaystyle t_{P}={\sqrt {\frac {\hbar G}{c^{5}}}}} 5.391 24(27) × 10−44 s
Carga de Planck Carga eléctrica (Q)  {\displaystyle q_{P}={\sqrt {\hbar c4\pi \epsilon _{0}}}} 1.875 545 870(47) × 10−18 C
Temperatura de Planck Temperatura (ML2T-2/k) {\displaystyle T_{P}={\frac {m_{P}c^{2}}{k}}={\sqrt {\frac {\hbar c^{5}}{Gk^{2}}}}} 1.416 785(71) × 1032 K [4]

La interpretación de las unidades naturales de Stoney y Planck no era en absoluto obvia para los físicos. Aparte de ocasionarles algunos quebraderos de cabeza al tener que pensar en tan reducidas unidades, y sólo a finales de la década de 1.960 el estudio renovado de la cosmología llevó a una plena comprensión de estos patrones extraños. Uno de los curiosos problemas de la Física es que tiene dos teorías hermosamente efectivas (la mecánica cuántica y la relatividad general)  pero gobiernan diferentes dominios de la naturaleza.

MECÁNICA CUANTICALa Mecánica Cuántica

La mecánica cuántica domina en el micro-mundo de los átomos y de las partículas “elementales”. Nos enseña que en la naturaleza cualquier masa, por sólida o puntual que pueda parecer, tiene un aspecto ondulatorio. Esta onda no es como una onda de agua. Se parece más a una ola delictiva o una ola de histeria: es una onda de información. Nos indica la probabilidad de detectar una partícula. La longitud de onda de una partícula, la longitud cuántica, se hace menor cuanto mayor es la masa de esa partícula.

Por el contrario, la relatividad general era siempre necesaria cuando se trataba con situaciones donde algo viaja a la velocidad de la luz, o está muy cerca o donde la gravedad es muy intensa. Se utiliza para describir la expansión del universo o el comportamiento en situaciones extremas, como la formación de agujeros negros. Sin embargo, la gravedad es muy débil comparada con las fuerzas que unen átomos y moléculas y demasiado débil para tener cualquier efecto sobre la estructura del átomo o de partículas subatómicas, se trata con masas tan insignificantes que la incidencia gravitatoria es despreciable. Todo lo contrario que ocurre en presencia de masas considerables como planetas, estrellas y galaxias, donde la presencia de la gravitación curva el espacio y distorsiona el tiempo.

Dos verdades incompatibles? La Cuántica y la Relatividad : Blog de Emilio  Silvera V.

Como resultado de estas propiedades antagónicas, la teoría cuántica y la teoría relativista gobiernan reinos diferentes, muy dispares, en el universo de lo muy pequeño o en el universo de lo muy grande. Nadie ha encontrado la manera de unir, sin fisuras, estas dos teorías en una sola y nueva de Gravedad-Cuántica.

¿Cuáles son los límites de la teoría cuántica y de la teoría de la relatividad general de Einstein? Afortunadamente, hay una respuesta simple y las unidades de Planck nos dicen cuales son.

Schrodinger equationFunción de onda - Wikipedia, la enciclopedia libre

Supongamos que tomamos toda la masa del universo visible y determinamos su longitud de onda cuántica. Podemos preguntarnos en qué momento esta longitud de onda cuántica del universo visible superará su tamaño.  La respuesta es: cuando el universo sea más pequeño en tamaño que la longitud de Planck, es decir, 10-33 centímetros, más joven que el tiempo de Planck,  10-43 segundos y supere la temperatura de Planck de 1032 grados.  Las unidades de Planck marcan la frontera de aplicación de nuestras teorías actuales. Para comprender en que se parece el mundo a una escala menor que la longitud de Planck tenemos que comprender plenamente cómo se entrelaza la incertidumbre cuántica con la gravedad. Para entender lo que podría haber sucedido cerca del suceso que estamos tentados a llamar el principio del universo, o el comienzo del tiempo, tenemos que penetrar la barrera de Planck. Las constantes de la naturaleza marcan las fronteras de nuestro conocimiento existente y nos dejan al descubierto los límites de nuestras teorías.

La importancia de la información en la toma de decisiones

En los intentos más recientes de crear una teoría nueva para describir la naturaleza cuántica de la gravedad ha emergido un nuevo significado para las unidades naturales de Planck. Parece que el concepto al que llamamos “información” tiene un profundo significado en el universo. Estamos habituados a vivir en lo que llamamos “la edad de la información”.  La información puede ser empaquetada en formas electrónicas, enviadas rápidamente y recibidas con más facilidad que nunca antes. Nuestra evolución en el proceso rápido y barato de la información se suele mostrar en una forma que nos permite comprobar la predicción de Gordon Moore, el fundador de Intel, llamada ley de Moore, en la que, en 1.965, advirtió que el área de un transistor se dividía por dos aproximadamente cada 12 meses. En 1.975 revisó su tiempo de reducción a la mitad hasta situarlo en 24 meses. Esta es “la ley de Moore” cada 24 meses se obtiene una circuitería de ordenador aproximadamente el doble, que corre a velocidad doble, por el mismo precio, ya que, el coste integrado del circuito viene a ser el mismo, constante.

Co-Creacion de SemiconductoresSamsung desarrolla nueva tecnología de empaquetamiento de chips TSV de 12  capas | Geektopia3-D Chip Design ChallengesPaquetes de laminados - Henkel Adhesives

Los límites últimos que podemos esperar para el almacenamiento y los ritmos de procesamiento de la información están impuestos por las constantes de la naturaleza. En 1.981, el físico israelí, Jacob Bekenstein, hizo una predicción inusual que estaba inspirada en su estudio de los agujeros negros.  Calculó que hay una cantidad máxima de información que puede almacenarse dentro de cualquier volumen. Esto no debería sorprendernos.

Los límites de las teorías actuales : Blog de Emilio Silvera V.

  No podemos negar la inmensa imaginación de la Mente Humana

Lo que debería hacerlo es que el valor máximo está precisamente determinado por el área de la superficie que rodea al volumen, y no por el propio volumen. El número máximo de bits de información que puede almacenarse en un volumen viene dado precisamente por el cómputo de su área superficial en unidades de Planck. Supongamos que la región es esférica. Entonces su área superficial es precisamente proporcional al cuadrado de su radio, mientras que el área de Planck es proporcional a la longitud de Planck al cuadrado, 10-66 cm2.  Esto es muchísimo mayor que cualquier capacidad de almacenamiento de información producida hasta ahora. Asimismo, hay un límite último sobre el ritmo de procesamiento de información que viene impuesto por las constantes de la naturaleza.

emilio silvera

 

  1. 1
    Ramon Marquès
    el 9 de octubre del 2009 a las 19:30

    Hola Emilio:
    La fórmula de Einstein e = mc2 puede deducirse de la fórmula que propongo yo:
    e = mW (energía igual a masa por la fuerza expansiva del Universo) y apelando a la fórmula cinética clásica e = 1/2 mv2, considerando que la velocidad de expansión del espacio es la velocidad de la luz.
    Un abrazo. Ramon Marquès

    Responder
    • 1.1
      emilio silvera
      el 1 de febrero del 2021 a las 6:58

      ¡Hola, amigo ramón!

      El ver que estás bien es una alegría, dados los tiempos que corren y la cantidad de victimas (aunque el desorden del Gobierno tenga una parte de ellas sobre su conciencia). Espero que la suerte siga en tu compañía.

      Y, en lo que se refiere a tu propuesta, ya sabes, hay distintas maneras de decir lo mismo. Precisamente la ecuación que nos habla de la constante de estructura fina (σ), fue diseñada por varios físicos de distintas formas, y todas, llegaban al mismo resultado: 

      Por otra parte, lo que conocemos como Constante de Huble (la expansión del Universo), en la actualidad tiene un valor de 70 Km por segundo por Megaparsec, lo que significa que el Universo se expande 70 Km más deprisa por cada 3,26 millones de años luz más de distancia.

      Parece que nuestra región está dentro de una zona enorme de 250 millones de años luz que es una Burbuja en la que existe menos materia que en otros lugares, y, esa baja densidad de materia hace que la expansión sea un 50% más baja que en el resto del Universo, con lo cual, la expansión de las galaxias en nuestra región sería diferente.

      Lo cierto es que, cuanto más profundizamos en el conocimiento de las cosas, más conscientes somos de lo poco que sabemos, nuestros conocimientos son limitados, y, nuestra ignorancia… ¡Infinita!

      Un fuerte abrazo.

      Responder
  2. 2
    Pedro
    el 31 de enero del 2021 a las 21:07

     
    Primera ley de la termodinamica: “La energia ni se crea ni se destruye, sino que se transforma”. 
    Y todos tan anchos, entonces una vez consumida  x energia (transformada en trabajo, movimiento, potencia temperatura, reaciones fisico-quimicas, etc) , ¿Su valor potencial inicial a que queda reducida? Saldo residual energetico = o, problema resuelto
    Osea tenemos un universo que se mantiene por la confrontacion entre una obstinacion (relacion de magnitudes/constantes universales) frente a un ensamblaje de interacciones muy dispares, (leyes fundamentales). 
    ¿Y la argamasa en todo ello? , la energia suscitando gracia. 
    No hay interaccion posible sin nada que lo suscite, por tanto aquello que llamamos mundo no es mas que una encrucijada de energia sutilizada.
    Lo que distingue unos objetos u otros, unas interacciones de otras, amen de su interaccion energetica, su enmascaramiento energetico. 
    Las constantes universales  el piñon fijo de ese  escenico energetico y las leyes  fisico-quimico la gracia de esa encrucijada. 
    Conclusion:
    “Llamamos fisico, a aquel que desenmascara la energia en todas sus formas, esto es que toda encrucijada energetica quede resuelta en una guaritmica narrativa”. 

    Responder
    • 2.1
      emilio silvera
      el 1 de febrero del 2021 a las 7:11

      Amigo mío:

      Hasta el momento (al menos que yo sepa), ningún científico en la Historia de la Humanidad ha sido capaz de decirnos lo que es la energía. Sí, en términos generales y coloquiales lo suponemos y la colocamos en diferentes lugares según la situación de la que hablemos. El mismo comentario que haces más arriba:

      “… y todos tan anchos, entonces una vez consumida x energía (transformada en trabajo, movimiento, potencia, temperatura, reacciones físico-químicas, etc.), ¿Su valor potencial inicial a qué queda reducida? Saldo residual energético = 0, problema resuelto”.

      “La Energía ni se crea ni se destruye, sino que se transforma” Nos pone ante un gran dilema.

      Si lleno el depósito del coche para hacer 500 Km, he transformado la materia energética en velocidad. Sin embargo, al final del viaje, el depósito está vacío y, si quiero regresar, hay que llenarlo de nuevo. Esta simple verdad, nos tiene que hacer pensar en esa “verdad” que la Ciencia pregona: Ni se crea ni se destruye… ¡Qué cosas!

      Responder

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