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El micromundo de los átomos

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

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Cuando por primera vez se puso este trabajo, dio lugar a comentarios que nos llevan hasta la realidad de hasta donde, resulta para nosotros incomprensible ese micro mundo de la cuántica, ese “universo” infinitesimal donde ocurren cosas que, no llegamos a comprender.

Los paquetes de onda – Física cuántica en la redLa primera compilación, corrida y resultados | Escuela de Ciencias Físicas  y Matemáticas USAC

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.  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.

séptimo atómico

 Aquí la fuerza de gravedad no incide casi nada. Los átomos tienen una masa infinitesimal

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.

http://elojocondientes.files.wordpress.com/2011/03/la-tierra-no-es-redonda.pngGOCE, el satélite que "surfea" mapeando la gravedad - BBC News Mundo

La Gravedad hace que la Tierra se vea como un mapa. Es una vista altamente exagerada, pero ilustra a las claras cómo la atracción gravitatoria que se manifiesta desde la masa de roca bajo nuestros pies no es la misma en todo lugar. La gravedad es más fuerte en áreas amarillas y más débil en las azules. (Imagen tomada por el satélite Goce)

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.

Qué tamaño tiene el Universo?

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.

De la órbita al orbital – ConCiencia2

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.

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Las Unidades de Planck

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.

Los tiempos cambian y la manera de informar también, lejos nos queda ya aquellos toscos aparatos impresores del pasado, ahora, en espacios muy reducidos, tenemos guardada más información que antes había en una colección de libros.

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 circuiteria 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.

Cloud Computing vs Grid Computing | by wanderlishan | Medium

 

 

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. 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.

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No debemos descartar la posibilidad de que seamos capaces de utilizar las unidades de Planck-Stoney para clasificar todo el abanico de estructuras que vemos en el universo, desde el mundo de las partículas elementales hasta las más grandes estructuras astronómicas.  Este fenómeno se puede representar en un gráfico que recree la escala logarítmica de tamaño desde el átomo a las galaxias.

El bing bang creó un anti-universo paralelo que se expande hacia atrás en  el tiempo – UNIVERSITAMCientíficos de la NASA hallan evidencias de que pueda existir un universo  paralelo dónde el tiempo va hacia atrásQué es Universo? » Su Definición y Significado [2021]Qué es Universo? » Su Definición y Significado [2021]

Todas las estructuras del universo existen porque son el equilibrio de fuerzas dispares y competidoras que se detienen o compensan las unas a las otras; la atracción y la repulsión. Ese es el equilibrio de las estrellas donde la repulsión termonuclear tiende a expandirla y la atracción (contracción) de su propia masa tiende a comprimirla; así, el resultado es la estabilidad de la estrella. En el caso del planeta Tierra, hay un equilibrio entre la fuerza atractiva de la gravedad y la repulsión atómica que aparece cuando los átomos se comprimen demasiado juntos. Todos estos equilibrios pueden expresarse aproximadamente en términos de dos números puros creados a partir de las constantes e, h, c, G y mprotón.

α = 2πehc ≈ 1/137

αG = (Gmp2)/ hc ≈ 10-38

La identificación de constantes adimensionales de la naturaleza como a (alfa) y aG, junto con los números que desempeñan el mismo papel definitorio para las fuerzas débil y fuerte de la naturaleza, nos anima a pensar por un momento en mundos diferentes del nuestro.

Estos otros mundos pueden estar definidos por leyes de la naturaleza iguales a las que gobiernan el universo tal como lo conocemos, pero estarán caracterizados por diferentes valores de constantes adimensionales. Estos cambios numéricos alterarán toda la fábrica de los mundos imaginarios. Los átomos pueden tener propiedades diferentes. La gravedad puede tener un papel en el mundo a pequeña escala.  La naturaleza cuántica de la realidad puede intervenir en lugares insospechados.

Lo único que cuenta en la definición del mundo son los valores de las constantes adimensionales de la naturaleza (así lo creían Einstein y Planck).  Si se duplica el valor de todas las masas no se puede llegar a saber, porque todos los números puros definidos por las razones de cualquier par de masas son invariables.

La magia del número 137 - Blog de UnicoosCiencias Planetarias y Astrobiología : La constante de estructura fina en  nuestro Universo

Decía León Lederman: “Todos los físicos del mundo deberían tener en el sitio más visible de sus casas, un letrero con el número 137, para que cada vez que lo vieran recordaran lo que no sabían.”

Cuando surgen comentarios de números puros y adimensionales, de manera automática aparece en mi mente el número 137. Ese número encierra más de lo que estamos preparados para comprender; me hace pensar y mi imaginación se desboca en múltiples ideas y teorías. Einstein era un campeón en esta clase de ejercicios mentales que él llamaba “libre invención de la mente”. El gran físico creía que no podríamos llegar a las verdades de la naturaleza sólo por la observación y la experimentación. Necesitamos crear conceptos, teorías y postulados de nuestra propia imaginación que posteriormente deben ser explorados para averiguar si existe algo de verdad en ellos. Con los adelantos actuales, estudiando la luz lejana de cuásares muy antiguos, se estudia si la constante de estructura fina (α) ha variado con el paso del tiempo.

Así luce el universo y su inmensidad desde un pequeño pueblo suizoLa vía láctea: Grupos y cúmulos de galaxiasEvolución de Galaxias en Cúmulos | Instituto de Astrofísica de Canarias •  IAC

El Universo es muy grande, inmensamente grande y, probablemente, todo lo que nuestras mentes puedan imaginar podrá existir en alguna parte de esas regiones perdidas en las profundidades cósmicas, en los confines del Espacio- Tiempo, en lugares ignotos de extraña belleza en los que otros mundos y otras criaturas tendrán, su propio hábitat que, siendo diferente al nuestro, también, sus criaturas, estarán buscando el significado de las leyes del Universo.

emilio silvera

 

  1. 1
    emilio silvera
    el 9 de abril del 2021 a las 8:49

    No pocas veces he tenido que asombrarme de lo mucho que hemos logrado y el desarrollo alcanzado por la inteligencia de nuestra especie para adentrarse en los secretos profundamente escondidos de la Naturaleza. A base de sentir curiosidad y hacerse preguntas, observar atentamente, imaginar y conjeturar sobre lo que podría ser, y, construir teorías que, en ocasiones pudo dar en el blanco de esa realidad perseguida.

    Es casi inimaginable el llegar a comprender como hemos podido discurrir tanto alrededor de lo que no podíamos ver, desvelar los misterios de ese micro-mundo cuántico en el que suceden “cosas” que están más allá de nuestra comprensión cotidiana del macro-mundo en el que nos desenvolvemos y transcurre nuestras vidas.

    Se da la paradoja de que “esas” pequeñas “unidades” que están presentes en la Naturaleza a escalas tan pequeñas que se escapan a lo que el ojo desnudo puede observar, es, en realidad, en esos sistemas atómicos y subatómicos donde se fragua la existencia de todo lo “grande”. Átomos que se juntan para formar moléculas que, a su vez, se reúnen para construir células y estas hacen lo propio para constituirse en grandes cuerpos, sustancias y elementos que, finalmente, representan la diversidad de materia que se reparte en los distintos elementos  que encontramos en la Naturaleza y que son el material primario que lo mismo construyen galaxias con miríadas de estrellas y mundos que, como mes el caso presente en el planeta Tierra, seres vivos de diversa índole, anatomía e inteligencia.

    Todo eso es posible a la presencia de interacciones con las fuerzas fundamentales que pudimos llegar a comprender representadas por las fuerzas nucleares fuerte y débil, el electromagnetismo y la Gravedad. Hemos podido llegar a observar todas las formas de energías que se liberan en unidades discretas o pequeños “paquetes” que hemos llamado cuantos. Aquel día de 1900, cuando Max Planck publicó un trabajo de ocho páginas y sembró la semilla de lo que sería la Mecánica Cuántica, la Física cambió y dio un salto hacia un futuro que ni podemos imaginar.

    Y, lo curioso del caso es que, la mecánica cuántica, sólo nos permite efectuar cálculos de probabilidades y estadísticos de lo que podemos observar que siempre lleva consigo la Incertidumbre y no la certeza de lo que podemos observar en esas partículas elementales, entendidas en términos de funciones de onda.

    Es la ecuación de Schrödinger la que hace el papel, en la mecánica cuántica, que la Ley de Newton y la Conservación de la Energía desempeñan en la mecánica clásica, es decir, el poder predecir el comportamiento futuro de un Sistema Dinámico en término de probabilidades.

    Al pensar que todos estos avances y conocimientos, algún día lejano aún en el futuro, serán sobrepasados y podremos llegar mucho más lejos en la comprensión del “mundo” (al decir mundo me refiero al Universo entero y a su naturaleza misteriosa personificada en la materia y todas sus formas conocidas y extrañas a nuestros sentidos), todavía son más las preguntas que las respuestas, y, como decía Karl Popper:

    “Cuanto más profundizo en el conocimiento de las cosas, más consciente soy de lo poco que sé. Mientras que mis conocimientos son limitados, mi ignorancia es infinita.”

    Es una versión ampliada del “Sólo sé que no sé nada” de Sócrates.

    ¡Quién pudiera estar por aquí dentro de mil años!

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