Los dos grandes retos que los Astrónomos habían tenido desde siempre habían sido medir las distancias a las estrellas y averiguar su composición. Como sabéis, el primero de los problemas se solucionó al utilizar las Cefeidas, estrellas de brillo variable, como estándares. Estas estrellas habían sido estudiadas por la americana Henrietta Leavitt, y en 1912 había conseguido relacionar la magnitud absoluta (brillo intrínseco de una estrella) con el período de su oscilación luminosa. Para llegar al lugar de Observación, las cosas no eran fáciles y, los caminos que llevaban hasta el Observatorio eran peligrosos.

                                      Post Card

         P-69 Mount Wilson Observatory, CA

Teniendo en cuenta esta Ley, Edwin Hubble había detectado en 1925 en el Mount Wilson Observatory doce cefeidas en la “Nebulosa” de Andrómeda que las situaban a una distancia mayor que el tamaño de nuestra Galaxia. Esto rompía todas las expectativas, ya que en ese momento se pensaba que todo el Universo estaba contenido en la Vía Láctea.

Henrietta Swan Leavitt

Cada elemento químico  tiene un espectro único. Cada elemento produce su propio espectro, diferente al de cualquier otro elemento; esto significa que cada elemento tiene su propia firma espectral, a lo que también se conoce como su huella digital

Si el objeto se aleja se verá en rojo y si se acerca en azul

Así que el segundo reto había llevado a los astrónomos a estudiar el espectro de la luz que emiten las estrellas. Aunque en esa época la técnica espectroscópica era muy rudimentaria, comenzó a dar sus frutos. Uno de ellos vino de la mano de Vesto Slipher, quien en la conferencia que impartió en el Lowell Observatory de Flagstaff (Arizona), en junio de 1925, anunció que el espectro de la luz que había recogido en la mayor parte de las galaxias estaba desplazado hacia el rojo. No se sabía a ciencia cierta lo que esto podía significar, pero Harlow Shapley, apoyado en el Efecto Doppler, consideró que ese corrimiento hacia el rojo era consecuencia de que las galaxias se desplazaban.

Un Universo eterno en su evolución

Georges Lamaìtre irrumpió en ese escenario tímidamente, como un estudiante de postgrado. Había nacido a finales del siglo XIX en el sur de Bélgica. Era el mayor de cuatro hermanos. Su padre había estudiado Derecho en la Universidad de Louvain y tenía una fábrica de vidrio. Georges comenzó la carrera de Ingeniero de Minas en Lovaina, pero sus estudios se vieron interrumpidos al estallar la Primera Guerra Mundial, en la que participó como artillero. Al acabar el conflicto bélico, regreso a las Aulas, pero no para continuar sus estudios de Ingeniería, sino que, se matriculó de en el segundo ciclo de Física y Matemáticas. A su término, ingresó en el Seminario de Malinas y en 1923 recibió las Órdenes sagradas.

Georges Lemaître en 1933, durante una de sus exposiciones.

Su condición de sacerdote no le impidió continuar en su carrera científica y pidió ser admitido como estudiante investigador de Astronomía en el Royal Observatory de Greenwich para el curso 1923-24. Allí fue alumno de Eddintong, que le enseñó a conjugar la Astronomía con la Teoría de la Relatividad. No dejó de estar al día con todos y cada uno de los adelantos y experimentos que se realizaban en aquel campo de la Astronomía Cosmológica.

En 1926, el Jurado de su Doctorado le comunicó que su tesis contenían todos y cada uno de los requisitos exigidos para su admisión y, resaltaban su grado de madurez matemática. En 1927, publicó un trabajo en el que presentaba una solución a las ecuaciones de la Relatividad general y que explicaba el Universo en su Conjunto.

Cuando escribió el trabajo no tenía noticias de trabajos previos de Friedmann, pues estaban escritos en ruso o alemán, y ninguno de los modelos ni soluciones que conocía hasta entonces le convencían: el de Einstein contenía materia, pero era estático; el de De Sitter ajustando la constante cosmológica: un universo de simetría esférica era dinámico pero carecía de materia. Al considerar que la densidad de materia podía variar en el tiempo, Lamaítre propuso una solución intermedia entre la de Einstein y la de De Sitter ajustando la constante cosmológica: un universo de simetría esférica, eterno y en evolución. Con ese modelo no sólo buscaba una solución matemática correcta, sino que fuera compatible con la Física, al dar explicación a las observaciones astronómicas.

          Edwin Hubble

Años más tarde, Hubble hizo la misma propuesta que hoy conocemos como  Constante de Hubble. Así que, el trabajo de Lamaítre pasó muy desapercibido y ello, le obligó a darlo a conocer para que, al menos, se le diera el mérito a que era acreedor por justicia. Lamaítre consideró que el universo estaba en expansión exponencial con un pasado infinito, donde su tamaño, era casi constante en un primer momento, para luego crecer rápidamente.

Hubble era un hombre alto , elegante e imperioso, con una elevada opinión de su lugar potencial en la historia. Hubble lograba que todo lo que hacía pareciera hacerlo sin esfuerzo -había sido una gran figura del atletismo en pista, boxeador, becario en Oxford y abogado antes de ser astrónomo-, y una de las cosas que menor esfuerzo le costaba era enfurecer a Shapley. Hubble sacó docenas de fotografias de M33 y su vecina M31, la espiral de Andrómeda, y halló en ellas lo que más tarde llamó “densos enjambres de imágenes que en ningún aspecto difieren de las estrellas ordinarias”.

Mira, la estrella cometa

Fotografía cedida por la NASA y captada por el satélite “Galaxy Evolution Explorer” (Galex), que muestra una estela extraordinariamente larga, parecida a la de un cometa y procedente de la estrella “Mira”, que deja un rastro de 13 años luz o 20.000 veces la distancia media que separa a Plutón del Sol. Los responsables de la investigación coincidieron.

 

El dios hindú Siva

[?]

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 “super-gravedad”, “super-simetría”, “supercuerdas” “teoría M” o, en último caso, “teoría de todo o gran teoría unificada”.

La vida entre chinches del genio Perelman, el ruso que rechazó el millón de dólares del ‘nobel de las matemáticas’.

Los vecinos alucinados: “Que acepte y reparta la pasta, por lo menos”. Vive en el bloque de pisos donde reside con su madre en “el Bronx de San Petesburgo, y, en sus ratos libres, coge un canasto y un gancho y los vecinos lo ven caminar al campo para coger setas. Extraño personaje.

Uno de los logros más destacados de Perelman fue la resolución de la famosa Conjetura de Poincaré, un problema que desconcertó a los matemáticos durante más de un siglo y que se considera uno de los Problemas del Milenio, de hecho, el único de los siete que está resuelto.

Pero sigamos con lo que decíamos: “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 “super-gravedad”, “super-simetría”, “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.

Qué es la longitud de Planck y por qué marca un límite en nuestra comprensión del Universo.

Al pensar en el Universo, nuestra mente tiende a irse a lo inimaginablemente inmenso, un espacio sin fronteras conocidas donde existe todo.

Sin embargo, es lo inimaginablemente diminuto lo que constituye las piedras angulares de esa inmensidad y ofrece la oportunidad de comprender cómo funciona.

Observando cómo se comportan sus componentes en las escalas más mínimas posibles podremos entender cómo se unen para crear este mundo y más.

Esa es una de las principales razones por las que hemos querido saber qué es lo más pequeño del mundo.

Y la respuesta a esa eterna pregunta ha evolucionado junto con la humanidad.

“La longitud de Planck es la única escala de distancias que puede obtenerse de manera natural a partir de las constantes de la naturaleza. Son varios los argumentos que implican que, a la escala de Planck, los efectos de la gravedad y los de la mecánica cuántica deberían combinarse, por lo que cualquier experimento que permitiesen explorar las leyes de la física a tales distancias supondría un avance tremendo en física teórica. El problema reside en su ínfimo valor, del orden de 10^-35metros. En los experimentos de física de partículas, sondear distancias cada vez más pequeñas requiere emplear energías más y más elevadas. Sin embargo, la energía necesaria para escudriñar la longitud de Planck se halla muchos órdenes de magnitud por encima de las posibilidades técnicas de los aceleradores presentes o futuros. La escala de distancias que podrá explorar el LHC, por ejemplo, puede estimarse en unos 10^-19 metros.”

 

 En ese lugar nos encontramos con una especie de espuma cuántica

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 está 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 exploración enigmática las dimensiones más altas. ¿No será otra solución como la que dió lugar al problema de la expansión de las galaxias, y, surgió la “materia oscura”?

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, la de Higgs, ya sabemos lo que dicen por ahí.

Se ha dicho que la función de la partícula de Higgs es la de dar masa a las 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.

ADEMÁS DE SU BELLEZA… ¡DICEN TANTO CON TAN POCO!

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 electromagnética afecta los cuerpos eléctricamente cargados y es la fuerza involucrada en las transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Es mucho más intensa que la fuerza gravitatoria, tiene dos sentidos (positivo y negativo) y su alcance es infinito.

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 que no se pueden eliminar 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 vacío theta (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 transuránicos y que son:

• 93 neptunio Np
• 94 plutonio Pu
• 95 americio Am
• 96 curio Cm
• 97 berkelio Bk
• 98 californio Cf
• 99 einstenio Es
• 100 fermio Fm
• 101 mendelevio Md
• 102 nobelio No
• 103 lawrencio Lr
• elementos transactínidos
  • 104 rutherfordio Rf
  • 105 dubnio Db
  • 106 seaborgio Sg
  • 107 bohrio Bh
  • 108 hassio Hs
  • 109 meitnerio Mt
  • 110 darmstadtio Ds
  • 111 roentgenio Rg
  • 112 copernicio Cn
  • 113 nihonio Nh
  • 114 flerovio Fl
  • 115 moscovio Mc
  • 116 livermorio Lv
  • 117 teneso Ts
  • 118 oganesón Og

Los elementos transuránicos o elementos transuránidos son elementos químicos con número atómico mayor que 92, el número atómico del elemento uranio. ​ El nombre de trans-uránidos significa «más allá del uranio». Posición en la tabla periódica del uranio.

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 Vázquez

[?]

Es cierto que la tecnología no deja de avanzar, y,. cuanto más logros alcanzamos, más rápidamente avanzará. Sin embargo, en la persecución de esa imagen del comienzo del Universo… ¡Pocas esperanzas tenemos de lograrla! Siendo cierto que  el avance exponencial de la tecnología es un hecho, también lo es que el Universo no deja de expandirse, lo que crea una especie de horizonte que nos impide “ver” ese comienzo.

Hablamos del “Borde” del Universo, del Big Bang, de la “materia y energía oscura”… ¿Pero son ciertas todas esas cuestiones (como otras muchas de las que hemos sacado a la luz por simples conjeturas y sin tener la más mínima prueba de la sus existencias?

Así somos, siempre hicimos lo mismo, cuando no sabemos conjeturamos y construimos teorías que, unas veces han sido confirmadas y otras han quedado hundidas en la niebla de nuestra ignorancia.

[?]

La Vida surgió cuando la “materia inerte” evolucionó

¿Cómo se determina la edad de las rocas? – El método más fiable hasta el momento es por medio de medir la cantidad de ciertos elementos radiactivos que se van transformando a lo largo de los años en otros elementos. Así se obtiene una idea de la edad de la roca. Luego sí tiene memoria la materia, sólo hay que saber hurgar  en ella para que nos cuente su pasado.

Así podemos decir… “…Que no está muerto lo que duerme eternamente”.

[?]

Muchas son las cosas que ignoramos del Universo y, mientras así sea, tendremos capacidad para el asombro. Mirad las imagines de arriba: Unas bonitas pero extrañas nebulosas planetarias bipolares. Una estrella como nuestro Sol que al final de su vida, habiendo agotado todo su combustible nuclear de fusión, se contrae sobre sí misma para formar una enana blanca y, en el proceso, eyecta sus capas exteriores al espacio interestelar de distintas maneras, de tal forma es así que, la variedad de nebulosas planetarias es muy diversa pero, todas hermosas.

Generalmente, la gente sencilla no sabe, en realidad, como se forman y nacen las estrellas, como viven y al final de sus “vidas” qué  ocurre, en qué se transforman y que transiciones de fase y cambios se producen en el material que la conforma, en qué se convierten. Igualmente ocurre con el origen de las Nebulosas, o, cómo son los mecanismos que rigen en las galaxias y las fuerzas que están presentes a lo largo y a lo ancho de todo el Cosmos. Es lógico que sea de esta manera y, la gente sencilla y no versada en éstos temas, incluso hablar del propio planeta es, para ellos, hablar de algo muy grande, casi infinito y eterno. La capacidad de entender lo que el Universo es, se les escapa. Viven en un “mundo” local, de cosas pequeñas y cotidianas, lo inmediato es lo que llama su atención y les preocupa.

Si preguntamos por el significado del Big Bang, la expansión del universo, cómo nacen y mueren las estrellas, o, cómo se pudieron formar las galaxias, qué es una singularidad, a qué se refiere la libertad asintótica de los quarks, qué son los nucleones, qué significan las constantes universales, qué es la mecánica cuántica, el modelo estándar, la relatividad general, el significado de E = mc², el principio de incertidumbre, la función de onda de Schrödinger, el Principio de exclusión de Pauli, el cuánto de acción de Planck, h, o el límite, la energía o tiempo de Planck…, cualquiera de estas cuestiones, todas tan importantes, serán desconocidas para el 99’99% de los encuestados. ¡Una auténtica lástima!

Esa es la penosa realidad en la que estamos inmersos. Esas personas desconocedoras de las preguntas que antes enumeramos, sí podrían contestar, en cambio, cualquier tema que se les plantee sobre cuestiones mundanas e intrascendentes. Ninguna explicación, aunque somera y sencilla, podrían dar sobre, por ejemplo, lo que es una estrella de neutrones.

Este es un remanente que oculta a una estrella de Neutrones y el otro un púlsar

Lo cierto es que para las estrellas supermasivas, cuando llegan al final de su ciclo y dejan de brillar por agotamiento de su combustible nuclear, en ese preciso instante, el tiempo se agota para ella. Cuando una estrella pierde el equilibrio existente entre la energía termonuclear (que tiende a expandir la estrella) y la fuerza de gravedad (que tiende a comprimirla), al quedar sin oposición esta última, la estrella supermasiva se contrae aplastada bajo su propia masa. Queda comprimida hasta tal nivel que llega un momento que desaparece, para convertirse en un agujero negro, una singularidad, donde dejan de existir el “tiempo” y el espacio. A su alrededor nace un horizonte de sucesos, que si se traspasa se es engullido por la enorme gravedad del agujero negro.

De acuerdo a la teoría general de la relatividad, una singularidad es un punto teórico con volumen cero y densidad infinita. Es el resultado al que cualquier masa que se convierte en agujero negro tiene que colapsar. El tiempo deja de existir en estas regiones del universo que conocemos como singularidad y, el espacio, queda distorsionado, prisionero en esa densidad aterradora.  El mismo Big Bang (dicen) surgió de una singularidad de energía y densidad infinitas que explosionó como consecuencia de una fluctuación del vacío y se expandió creando el tiempo, el espacio y la materia.

En esta Nebulosa gigante molecular, nacen las estrellas súper-masivas que serán, en el futuro, agujeros negros

Como contraposición a estas enormes densidades de las enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros, existen regiones del espacio que contienen menos galaxias que el promedio o incluso ninguna galaxia; a estas regiones las conocemos como vacío cósmico. Han sido detectados vacíos con menos de una décima de la densidad promedio del universo en escalas de hasta 200 millones de años luz en exploraciones del universo profundo. Estas regiones son a menudo esféricas. El primer gran vacío en ser detectado fue el de Boötes en 1.981; tiene un radio de unos 180 millones de años luz y su centro se encuentra aproximadamente a 500 millones de años luz de la Vía Láctea. La existencia de grandes vacíos no es sorprendente, dada la existencia de cúmulos de galaxias y supercúmulos a escalas muy grandes.

Mientras que en estas regiones la materia es muy escasa, en una sola estrella de neutrones, si pudiéramos retirar 1 cm³ de su masa, obtendríamos una cantidad de materia increíble. Su densidad es de 10¹⁷ Kg/m³; los electrones y los protones están tan juntos que se combinan y forman neutrones que se degeneran haciendo estable la estrella de ese nombre que, después del agujero negro, es el objeto estelar más denso del universo (al menos hasta que se descubran -si es que existen- las estrellas de Quarks).

Es interesante ver cómo a través de las matemáticas y la geometría, han sabido los seres humanos encontrar la forma de medir el mundo y encontrar las formas del universo. Pasando por Arquímedes, Pitágoras, Tales de Mileto, Empédocles, Demócrito de Abdera, Anaximandro, Arquitas…  Galileo, Newton, Gauss y Riemann o Einstein…, y muchos otros,  siempre hemos tratado de buscar las respuestas de las cosas por medio de las matemáticas y la intuición. Ahora contamos con sofisticadas máquinas de tecnología futurista que nos ayudan a comprobar las teorías.

                Dicen haber confirmado que la energía oscura existe

                Se continua buscando la materia oscura, su origen, de qué está formada….

Mientras tanto repartimos los porcentajes por estimaciones intuitivas no comprobadas

Ahora, entre otras muchas cuestiones sin resolver, la que más destaca y apremia, es encontrar la respuesta tan esperada en astronomía y que alguien responda a la pregunta siguiente: ¿Qué es y donde están la energía y la materia oscura?

No tenemos ni idea pero… ¡Las representamos de mil maneras!

Sí, sabemos que su presencia puede ser inferida por sus efectos sobre los movimientos de las estrellas y galaxias, aunque no puede ser observada directamente debido a que emite poca o ninguna radiación. Se piensa que algo más del 90% de la masa del universo se encuentra en alguna forma de energía y materia oscura. Nos dicen que existen evidencias de materia oscura en las galaxias espirales en sus curvas de rotación. La existencia de materia oscura en los cúmulos ricos de galaxias puede ser deducida por el movimiento de las galaxias constituyentes.

 Claro que, una cosa es deducir y otra…verificar

Las cosas comienzan a tambalearse cuando escuchamos algunos argumentos: “Una parte de esta materia oscura puede encontrarse en forma de estrellas poco masivas u objetos con masa del orden de la de Júpiter; dicha materia normal se describe como bariónica (los bariones son los protones, neutrones y otras partículas formadoras de materia que podemos ver).  Por otra parte, también puede existir materia oscura en el espacio entre galaxias, ese espacio que llamamos vacío y que en realidad está abarrotado de partículas virtuales que aparecen sin saber de dónde y en manos de una millonésima de segundo desaparece sin que sepamos a dónde, y que podría hacer aumentar la densidad media del universo hasta la densidad crítica requerida para invertir la expansión actual.”

Cuando no se sabe de qué se habla… se dicen tantas cosas sin sentido que… se puede llegar con facilidad, a caer en el más espantoso de los ridículos y, la materia oscura ha llevado a más de uno a situaciones… poco cómodas. Las anomalías observadas y que no sabemos explicar, podrían tener su origen en otra parte. Incluso podría ser posible que la materia oscura… ¡no existiera!

En una reunión de astronomía, uno de los ponentes decía: “Si la teoría del Big Bang es correcta -como parece que lo es-,  debe de existir una gran proporción de materia oscura en forma no bariónica (que no podemos ver), quizás axiones, fotinos o neutrinos masivos, supervivientes de las etapas tempranas del Big Bang y, ¿por qué no?, también podríamos suponer que la materia oscura que tanto nos preocupa pudiera estar encerrada dentro de las singularidades de tantos y tantos agujeros negros que se han debido formar a lo largo de los 13.500 millones de años que es la edad del universo.” Y, ¿por qué no -podríamos decir- esa fuerza extraña que se observa y que no sabemos de dónde procede, no estará generada por un universo paralelo? ¡Los cosmólogos! son la monda.

El telescopio espacial WISE ha identificado a millones de candidatos a quásares y hasta 1.000 objetos que se sospecha que son las galaxias más brillantes en el infrarrojo localizadas hasta la fecha. “Hemos descubierto desde un asteroide bailando delante de la Tierra en su órbita, hasta agujeros negros supermasivos y galaxias que se esconden detrás de capas de polvo.” Declaró uno de los responsables de la investigación. Por ejemplo, el agujero negro gigante en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, llamado Sagitario A, tiene 4 millones de veces la masa de nuestro Sol y ha pasado por el frenesí de alimentaciones periódicas donde el material cae hacia el agujero negro, haciendo que se caliente e irradie en su entorno. Pero se sabe de la existencia de agujeros negros de miles de millones de veces la masa de nuestro Sol.

Los agujeros negros, cuya existencia se dedujo por Schwarzschild en 1.916 a partir de las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, son objetos supermasivos, invisibles a nuestra vista (de ahí su nombre) de los que no escapa ni la luz; tal es la fuerza gravitatoria que generan que incluso engullen la materia de sus estrellas vecinas, del polvo interestelar circundante y de todo material que “se atreva” a traspasar la línea fatídica del horizonte de sucesos que marca la puerta de del “irás y no volverás”.

Pues bien, como en el universo existen innumerables agujeros negros,  muchos se preguntaron: ¿”Por qué no creer que sean ellos, los A.N., los mejores candidatos para ser la “materia oscura”?.

Para mí particularmente, sin descartar absolutamente nada de lo anterior (cualquier teoría podría ser la cierta, y, con lo que no estoy de acuerdo es con que, con frecuencia, reputados científicos, hablen de la materia oscura con la seguridad de quién sabe, a ciencia cierta, dónde está y que es, cuando en realidad, no tienen ni idea y todo son…, simples especulaciones que, más o menos pueden estar apoyadas por indicios vagos que nunca certeza.

También, digo yo que, ya puestos a suponer, la denominada materia oscura podría estar situada en la quinta dimensión y sus efectos nos llegan a través de fisuras que rasgan el espacio-tiempo y producen fluctuaciones del “vacío”, que de alguna manera deja pasar a los gravitones que transportan la fuerza gravitacional que emite dicha materia y sus efectos se dejan sentir en nuestro universo, haciendo que las galaxias se alejen las unas de las otras a mayor velocidad de la que tendrían si el universo estuviera poblado sólo de la materia bariónica que nos rodea.

      ¿Cuántas veces habré imaginado esos otros mundos?     

Claro que mis pensamientos son sólo eso, imaginaciones. Una conjetura más de las muchas que circulan. No se puede  dogmatizar hablando de estas cuestiones sobre las que no se tienen la menor certeza. La cuestión es que, si atendemos a la expansión de Hubble, tampoco podemos explicar las formación de las galaxias, ya que, dicha expansión lo habría impedido, a no ser que, allí, existiera una fuerza invisible que sujetó a la materia el tiempo necesario para que se formaran las estrellas y las galaxias: ¿la materia oscura? Es posible y, si así fue como pudieron formarse las galaxias eso quiere decir que esa “materia oscura”, o ese “Ylem”  o sustancia cósmica -como llamaban los antiguos griegos a la sustancia primera del universo- habría sido la materia primera, la base de todo, la semilla que hizo posible el universo que ahora contemplamos.

Nos dicen que no la vemos pero… ¡Ahí está! ¿Es acaso la Ciencia una religión?

Nos dicen que nuestra Galaxia -y también las otras- está rodeada de materia oscura. Tal afirmación además de osada, es poco científica. De todas las maneras, incluso la denominación dada: “materia oscura”, delata nuestra ignorancia.  Pero, mientras todo esto está pasando, dejamos que el “tiempo” transcurra y como siempre ha pasado, finalmente, alguien vendrá a dar la respuesta que, hasta podría coincidir con algunas de las conjeturas que de éste complejo asunto se han emitido.

Lo cierto es que, la Ciencia no puede afirmar nada sin antes haberlo comprobado

Muchos son los sueños que tendremos que hacer realidad antes de poder contestar algunas preguntas

Para que tengamos las respuestas a preguntas planteadas que nadie sabe contestar, aunque no lo sepamos, lo que necesitamos es poder viajar a las estrellas, disponer de energías que ahora nos parecen infinitas y que, podríamos obtener por medios ahora desconocidos de los discos de acreción de los agujeros negros, o, del mismo vacío. Podríamos lograr el traslado de materia viva a lugares distantes, dominar toda una galaxia, y, ¿por qué no? hacer realidad los sueños de aquellos antiguos Alquimistas. De hecho, ya hacemos diamantes artificiales que, de no ser un experto, difícilmente podríamos distinguir de otros naturales. Claro que, para que todo eso sea una realidad, tendrán que transcurrir algunos Eones de Tiempo.

Arriba podéis contemplar una calle de mi ciudad  a finales del siglo XIX y la primera mitad del siglo XX. El balcón que sobresale arriba a la derecha, pertenecía al local de mi primer trabajo en una Oficina. Con 18 años, comencé mi andadura en el ámbito administrativo.

Mi ciudad, como todo en todas partes, ha cambiado con el paso del Tiempo. La última imagen es la estatua a Colón que salió de Palos de la Frontera (Huelva), para descubrir el nuevo mundo.

Sí amigos, con el paso del tiempo vamos sabiendo, nuestra imaginación lo transforma todo y, lo que parecía imposible…lo hacemos real… ¡Algunas veces!

En 1884 Paul Nipkow diseña y patenta el llamado disco de Nipkow, un proyecto de televisión que no podría llevarse a la práctica. En 1910, el disco de Nipkow fue utilizado en el desarrollo de los sistemas de televisión de los inicios del siglo XX y en 1925, el 25 de marzo, el inventor escocés John Logie Baird efectúa la primera experiencia real utilizando dos discos, uno en el emisor y otro en el receptor, que estaban unidos al mismo eje para que su giro fuera síncrono y separados 2m. Se transmitió una cabeza de un maniquí con una definición de 28 líneas y una frecuencia de cuadro de 14 cuadros por segundo. Baird ofreció la primera demostración pública del funcionamiento de un sistema de televisión a los miembros de la Royal Institutión y a un periodista el 26 de enero de 1926 en su laboratorio de Londres.

¿Qué hemos logrado en los últimos años?

Entre otras:

• La detección de las primeras ondas gravitacionales
• La reorganización del árbol familiar humano
• La revolución del estudio del ADN prehistórico
• El descubrimiento de miles de exoplanetas
• La entrada en la era Crispr
• Una observación del cosmos única
• La revelación de arte primitivo
• Hitos interestelares
• La puerta a civilizaciones antiguas
• Nuevas vías por el sistema solar
• El cambio del rumbo de una enfermedad
• La ampliación de las fronteras reproductivas
• La detección del bosón de Higgs
• Novedades en los libros de paleontología
• El descubrimiento de los elementos básicos de la vida en otros mundos
• Las alarmas del clima suenan más altas que nunca
• El descubrimiento —y redescubrimiento— de especies
• El comienzo de una nueva era en el vuelo espacial
• Las facetas inesperadas de los animales
• La redefinición de las unidades científicas

Como se suele decir, ¡si nuestros abuelos levantaran la cabeza! ¿Qué maravillas tendremos dentro de cien años? ¿Qué adelantos científicos se habrán alcanzado?  Dejando a un lado, a los primeros descubridores, como Arquitas, Ptolomeo, Copérnico, Galileo, Kepler y otros muchos de tiempos pasados, tenemos que atender a lo siguiente:

Estos dos personajes: Einstein y Planck, fueron los artífices de una revolución

La primera revolución de la física se produjo en 1.905, cuando Albert Einstein con su relatividad especial nos ayudo en nuestra comprensión de las leyes que gobiernan el universo. Esa primera revolución nos fue dada en dos pasos: 1905 la teoría de la relatividad especial y en 1.915, diez años después, la teoría de la relatividad general. Al final de su trabajo relativista, Einstein concluyó que el espacio y el tiempo están distorsionados por la materia y la energía, y que esta distorsión es la responsable de la gravedad que nos mantiene en la superficie de la Tierra, la misma que mantiene unidos los planetas del Sistema Solar girando alrededor del Sol y también la que hace posible la existencia de las galaxias.

Nos dio un conjunto de ecuaciones a partir de los cuales se puede deducir la distorsión del tiempo y del espacio alrededor de objetos cósmicos que pueblan el universo y que crean esta distorsión en función de su masa.  Se han cumplido 100 años desde entonces y miles de físicos han tratado de extraer las predicciones encerradas en las ecuaciones de Einstein (sin olvidar a Riemann) sobre la distorsión del espaciotiempo.

Planck, con su cuanto de acción, h, sembró la semilla que más tarde germinaría en la forma que conocemos como mecánica cuántica y que tantas satisfacciones nos ha dado al poder descubrir por medio de ella, cómo es la Naturaleza de lo muy pequeño.

¿Qué futuro nos espera? ¿Sabremos seguir los pasos de estos genios del pensamiento? O, seremos los artífices de nuestra propia destrucción.

Emilio Silvera Vázquez

[?]