Con ideas y pensamientos configuramos el mundo

Las preguntas están garantizadas pero, ¡las respuestas NO! Siempre tendremos la curiosidad con nosotros, ¡menos mal! El día que lo supiéramos todo… ¡Comenzaría nuestra decadencia! No puedo imaginarme cómo se podría vivir sin esa curiosidad, sin ese querer saber, sin hacer y hacernos preguntas. Observar, investigar, experimentar, conjeturar y plantear teorías que tienen que ser comprobadas.

Los primeros en hablar del átomo fueron:

Mosco de Sidón

Leucipo

Demócrito

Epicuro

Kanada

John Dalton

“En el hinduismo, el concepto de átomo, o más precisamente “paramanu” (unidad fundamental), se encuentra en varias tradiciones filosóficas y religiosas. La escuela Vaisheshika y el jainismo, en particular, desarrollaron ideas sobre el átomo como la unidad más pequeña de la materia.”

 Como aquí tratamos mucho sobre física, con frecuencia busco antecedentes del pasado remoto que me lleven a comprender cómo, de forma paulatina, hemos avanzado en esta disciplina y qué pensamientos primeros desencadenaron esa aventura. Desde luego, en lo que he podido constatar, han sido los hindúes los que más se acercaron a las modernas ideas del átomo, la física cuántica y otras teorías actuales. Posiblemente el pensamiento atomista griego recibió influencias de la India a través de las civilizaciones persas. Sin embargo, los hindúes carecían de la sofisticación experimental de los antiguos chinos, los árabes medievales o los europeos a partir de la ilustración.

El Rig-Veda, que data de alguna fecha situada entre el año 2000 y 1500 a. C., es el primer texto hindú en el cual se exponen unas ideas que pueden considerarse leyes naturales universales. La ley cósmica está relacionada con la luz cósmica, con los dioses y, posteriormente, de manera específica con Brahman.

          En la India siempre se tuvo una predisposición especial para los pensamientos profundos

Como os he contado con frecuencia, hacia la época de Buda (500 a C.), los Upanishad, escritos durante un período de varios siglos, mencionaban el concepto de svabhava, definido como “la naturaleza inherente a los distintos objetos materiales”; es decir, su eficacia causal única, tal como la combustión en el caso del fuego, o el hecho de fluir hacia abajo en el caso del agua. El pensador Jaini Bunaratna dice:

“Todo lo que existe ha llegado a existir por acción de los svabhava. Así… la tierra se transforma en una vasija y no en paño… A partir de los hilos se produce el paño y no la vasija”.

             Nunca podremos estar seguros de lo que pasará…, mañana. Si no construye tu camino…

Seneca decía: “Existe el destino, la Fatalidad y el Azar; lo impredecible y, por otro lado, lo que ya está determinado. Entonces como hay Azar y hay Destino, Filosofemos.”

Encontrar al Ser amado

Hechos fortuitos, sucesos inesperados, colisiones y  sucesos inesperados, pueden cambiar…¡tantas cosas! Nosotros, como observadores pensantes, hemos estado ahí desde siempre para hacer preguntas y tratar de poderlas contestar y, a veces, profundos pensamientos de sabios del pasado, sin otra ayuda técnica que la de su visión mental, pudieran llegar a conclusiones que hoy, nos parecen asombrosas.

En cambio el concepto de yadrcha, o Azar, ha existido también desde tiempos muy remotos, aunque no consiguió una aceptación amplia. El yadrcha implicaba la falta de orden y la aletoriedad de la causalidad. Ambos conceptos se sumaron a la afirmación del griego Demócrito, formulado medio siglo más tarde:  “Todo lo que hay en el UNiverso es fruto del Azar y la Necesidad”.

El ejemplo que dio Demócrito (similar al de los hilos de paño) fue la amapola. El que la semilla de la amapola eche raíces o se muera es una cuestión de azar, depende de si va a parar a terreno fértil o cae en unas piedras y roca yerma. Sin embargo, que crezca hasta convertirse en una amapola y no en un olivo es cuestión de causalidad. Aristóteles y otros griegos antiguos rechazaron la importancia del azar, o yadrcha. Claro que, ¿Quién no se ha equivocado alguna vez? Infalible…nadie es.

Desde entonces, las cosas han cambiado mucho y todos aquellos pensamientos nacidos en la India y más tarde en Grecia, no es que quedaran atrás sino que, por el contrario, sirvieron de semilla para seguir buscando los secxretos de la Naturaleza. La mejor traducción del lema de Royal Society de Londres:

¡Nullius in Verba, es! Podría ser: “No creas nada de lo que te digan; compruébalo con tus propios ojos” 

Aclara y define de una manera muy exacta lo que sería la nueva ciencia.

El núcleo del átomo: 1 parte de 100.000 que tiene el 99,99 % de toda la masa del átomo, y, lo que contiene es tan complejo que merece la pena explicarlo punto por punto, además contiene la fuerza más potente del universo, la única que crece con la distancia, la nuclear fuerte. Ahí se encuentran los Quarks formando Harones (que en el núcleo atómico se llaman nucleones -protones y neutrones-), Los tripletes de Quarks están ahí confinados por la fuerza nuclear fuerte que los retienen por medio de los Bosones que transmiten la fuerza y se llaman Gluones.

Representación aproximada del átomo de Helio, en el núcleo los protones están representados en rojo y los neutrones en azul. En la realidad el núcleo también es simétricamente esférico. En realidad, ese minúsculo granito másico formado por los nucleones (protones y neutrones, que a su vez están formados por quarks inmersos en una nube de gluones), es la verdadera materia, el resto, podríamos decir que son espacios vacíos en los que, los electrones se mueven a increíbles velocidades formando un campo magnético que hace que el átomo nos parezca enteramente compacto.

En el centro del átomo pues, se encuentra un pequeño grano compacto aproximadamente 100.000 veces más pequeño que el propio átomo: el núcleo atómico. Su masa, e incluso más aún su carga eléctrica, determinan las propiedades del átomo del cual forma parte. Debido a la solidez del núcleo parece que los átomos, que dan forma a nuestro mundo cotidiano, son intercambiables entre sí, e incluso cuando interaccionan entre ellos para formar sustancias químicas (los elementos). Pero el núcleo, a pesar de ser tan sólido, puede partirse. Si dos átomos chocan uno contra el otro con gran velocidad podría suceder que los núcleos llegaran a chocar entre sí y entonces, o bien se rompen en trozos, o se funden liberando en el proceso partículas sub-nucleares. La nueva física de la primera mitad del siglo XX estuvo dominada por los nuevos acertijos que estas partículas planteaban.

Como los físicos quisieron hacer realidad el lema de ¡Nullius in Verba, es! No creían en nada que no pudieran comprobar una y mil veces. Construyeron aceleradores de partículas y en ellos, por tubos expresamente construidos para ese menester, lanzaban haces de partículas que, viajando a velocidades cercanas a la de la luz, chocaban de forma violenta y, de ellos, surgían otras partículas más elementales de las que estaban conformadas las primeras. Un protón está hecho de dos Quarks up y un Quark down, mientras que un neutrón, está hecho de dos Quarks down y un Quark up.

               Claro que no siempre ha sido fácil conocer la materia

Pero tenemos la mecánica cuántica; ¿es que no es aplicable siempre?, ¿Cuál es la dificultad? Desde luego, la mecánica cuántica es válida para las partículas subatómicas, pero hay más que eso. Las fuerzas con las que estas partículas interaccionan y que mantienen el núcleo atómico unido son tan fuertes que las velocidades a las que tienen que moverse dentro y fuera del núcleo están cerca de la velocidad de la luz, c, que es de 299.792,458 Km/s. Cuando tratamos con velocidades tan altas se necesita una segunda modificación a las leyes de la física del siglo XIX; tenemos que contar con la teoría de la relatividad especial de Einstein.

Esta teoría fue el resultado de una publicación de Einstein de 1905. en esta teoría quedaron sentadas las bases de que el movimiento y el reposo son conceptos relativos, no son absolutos, como tampoco habrá un sistema de referencia absoluto con respecto al cual uno pueda medir la velocidad de la luz. La luz siempre tendrá la misma velocidad independientemente de que su fuente esté en reposo o en movimiento.

Pero había más cosas que tenían que ser relativas. En esta teoría, la masa y la energía también dependen de la velocidad, como lo hacen la intensidad del campo eléctrico y del magnético. Einstein descubrió que la masa de una partícula es siempre proporcional a la energía que contienen, supuesto que se haya tenido en cuenta una gran cantidad de “energía en reposo” de una partícula cualquiera, como se denota a continuación: E = mc². Esto es,  si la masa M es definida por la ley de Newton F = M x a.

Como la velocidad de la luz es muy grande, esta ecuación sugiere que cada partícula debe almacenar una cantidad enorme de energía, y en parte esta predicción fue la que hizo que la teoría de la relatividad tuviese tanta importancia para la física (¡y para todo el mundo!). Para que la teoría de la relatividad también sea auto-consistente tiene que ser holista, esto es, que todas las cosas y todo el mundo obedezcan a las leyes de la relatividad. No son sólo los relojes los que se atrasan a grandes velocidades, sino que todos los procesos animados se comportan de la forma tan inusual que describe esta teoría cuando nos acercamos a la velocidad de la luz.

   Nunca podremos viajar a la velocidad de la luz, la relatividad especial nos dice que es imposible

La NASA ha estado o está haciendo sus intentos de viajar a la “velocidad de la luz o más aún”, y, para ello, han hecho pruebas con fotones creando burbujas en el espacio y tratando, de alguna manera, de hacer algo similar a lo que hacía el motor de curvatura del Enterprise. Claro que, una cosa es tratar de conseguirlo y otra muy distinta hacerlo. En los aceleradores de partículas, han sido lanzado muones a velocidades cercanas a c, la velocidad de la luz, y, todos los muones incrementaron su masa más de diez veces.

Se demostró que la teoría de la relatividad especial era cierta y, a medida que las partículas aumentaban la velocidad y se acercaban a la de la luz, sus masas aumentan, dado que la Naturaleza impide viajar a esas velocidades ocurre que, a medida que aumenta la velocidad el objeto que va impulsado por energía cinética al verse frenado, convierte esa energía en masa, es decir, se cumple la regla de que la masa es energía y la energía es masa.

Lo cierto es que habrá que buscare otros caminos y burlar la velocidad de la luz, no superarla. La masa de un cuerpo aumento cuando nos acermos a ella. Y, desde luego, no terminan ahí los fenómenos que se pueden producir al viajar a esas velocidades. Hay algo que se conoce como La contracción de Lorentz es un efecto relativista que consiste en la contracción de la longitud de un cuerpo en la dirección del movimiento a medida que su velocidad se acerca a la velocidad de la luz. Originalmente fue un concepto introducido por Lorentz como una forma de explicar la ausencia de resultados positivos en el experimento de Michelson y Morley. Posteriormente fue aplicado por A. Einstein en el contexto de la relatividad especial.

La contracción de Lorentz viene descrita por la ecuación siguiente:

donde es el llamado factor de Lorentz.  L₀ es la longitud medida por un observador estacionario (longitud propia) y L₁ es la longitud medida por un observador que se desplaza a una velocidad v (longitud impropia) siendo c la velocidad de la luz.

“En una vida de 85 años, el corazón de una persona adulta normal podría dar aproximadamente 3.6 billones de latidos. Este cálculo se basa en un ritmo cardíaco promedio de 72 latidos por minuto (lpm), que es la media para un adulto. “

El corazón humano es simplemente un reloj biológico y latirá a una velocidad menor cuando viaje en un vehículo espacial a velocidades cercanas a la de la luz. Este extraño fenómeno conduce a lo que se conoce como la “paradoja de los gemelos”, sugerida por Einstein, en la que dos gemelos idénticos tienen diferente edad cuando se reencuentran después de que uno haya permanecido en la Tierra mientras que el otro ha viajado a velocidades relativistas.

Einstein comprendió rápidamente que las leyes de la gravedad también tendrían que ser modificadas para que cumplieran el principio relativista. Para poder aplicar el principio de la relatividad a la fuerza gravitatoria, el principio tuvo que ser extendido de la siguiente manera: no sólo debe ser imposible determinar la velocidad absoluta del laboratorio, sino que también es imposible distinguir los cambios de velocidad de los efectos de una fuerza gravitatoria.

          En presencia de grandes cuerpos como planetas, estrellas o galaxias, el espacio se curva

La fuerza de Gravedad incide en todos los objetos celestes, y, hasta la luz, se ve afectada cuando interacciona con cuerpos muy densos como se ha podido comprobar en multitud de ocasiones. Me encantaría saber como funciona en verdad la Gravedad, esa fuerza misteriosa que mantiene unidos los planetas alrededor del Sol y a nosotros sobre la superficie terrestre. La Gravedad es una fuerza de la Naturaleza que determina la geometría del espacio.

Einstein comprendió que la consecuencia de esto era que la gravedad hace al espacio-tiempo lo que la humedad a una hoja de papel: deformar la superficie con desigualdades que no se pueden eliminar. Hoy en día se conocen muy bien las matemáticas de los espacios curvos, pero en el época de Einstein el uso de estas nociones matemáticas tan abstractas para formular leyes físicas era algo completamente nuevo, y le llevó varios años encontrar la herramienta matemática adecuada para formular su teoría general de la relatividad que describe cómo se curva el espacio en presencia de grandes masas como planetas y estrellas.

Esos hilos invisibles de la Gravedad que forman inmensos cúmulos de galaxias como Lainakea

Sabiendo todo esto que ha sido comprobado una y miles de veces, uno puede llegar a pensar que: “En vez de ser plano e infinito, el universo podría estar replegado en sí mismo y nuestra percepción distorsionada por rayos luminosos que se multiplican. Como en un espejismo. Algún día sabremos, como es, en realidad nuestro Universo y también, como incide en él esa fuerza misteriosa que mantiene los grandes cuerpos sujetos por hilos invisibles que los hacen “flotar” en el espacio.

De todo lo anterior podemos deducir que, con el cambio del siglo, cuando Einstein empezaba a trabajar en la electrodinámica de los cuerpos en movimiento, la satisfactoria versión de Lorentz de la teoría de Maxwell había ganado amplia aceptación. También es bien conocido el experimento de Michelson-Morley (experimento óptico sensible) queriendo detectar  el movimiento de la Tierra a través del éter que falló y Lorentz trató de explicar dicho fallo a través de su teoría.

Es curioso comprobar como, nuestros antepasados lanzaban sus ideas que trataban de explicar lo que no sabían:

“Quintaesencia o Éter. El Éter es el más alto y más sutil de los cinco elementos, pues los contiene y sintetiza a todos. Se dice que en el ser humano el Éter se aloja en la caverna del corazón, morada de la deidad, y es allí donde se realiza simbólicamente la unión del alma individual con el Ser Universal, y de lo humano con lo divino. Entre los alquimistas, el Éter es el principio fundamental de la composición de los cuerpos, símbolo del vacío y de los espacios celestes, al que se figura como un fluido sutil e invisible que llena, penetra y comunica a todos los seres. Empíricamente, el espacio sutil se plasma en un fluido que llena el universo. “

                            El experimento de Michelson – Morley, un sistema de referencia universal

Como estaba explicando, el trabajo de Einstein se basaba en una nueva perspectiva sobre el problema. En lugar de considerar el fracaso de los experimentos electromagnéticos y ópticos para detectar el movimiento de la Tierra a través del éter como algo a deducir de las ecuaciones electrodinámicas, el tomó este trabajo como una prueba empírica de la validez del principio de relatividad en electrodinámica y óptica. De hecho, él afirmaba la validez universal del principio, haciendo de éste un criterio para la aceptabilidad de cualquier ley física. A este respecto dio al principio de relatividad un papel similar al principio de termodinámica, un ejemplo que le sirvió de guía, según afirmó más tarde. Más que ser deducciones de otras teorías, tales principios se toman como postulados para cadenas de razonamiento deductivo que dan como resultado la formulación de criterios generales que deben satisfacer todas las teorías físicas.

Cuando se combina con el principio de relatividad, esto lleva a una conclusión aparentemente paradójica: la velocidad de la luz debe ser la misma en todos los sistemas de referencia inerciales. Este resultado entra en conflicto con la ley newtoniana de adición de velocidades, obligando a una revisión de los fundamentos cinemáticos subyacentes a toda la física. Einstein mostró que la simultaneidad de sucesos distantes sólo está definida físicamente con relación a un sistema de referencia inercial concreto, lo que conduce a transformaciones cinemáticas entre las coordenadas espaciales y temporales de dos sistemas inerciales que concuerdan formalmente con las transformaciones de Lorentz que había introducido en 1904.

Al igual que ocurre con el tiempo, la distancia que se mide entre dos puntos cualesquiera también depende del sistema de referencia desde el que se realiza. Así, denominaremos Longitud propia de un objeto a aquella que mide un observador en reposo respecto a él.

El fundamento teórico de este fenómeno se debe a que, para medir la longitud de un objeto, es necesario medir simultáneamente la posición de sus extremos, lo que implica su observación mediante rayos luminosos, pero como el objeto se está moviendo, la posición de los extremos cambia ya que en el tiempo que tarda la luz en llegar las posiciones han cambiado. De esta forma, cuanto más rápido se mueva el objeto, más pequeño nos parecerá.

Hacer aquí un trabajo pormenorizado de todos los acontecimientos que llevaron a Einstein a su relatividad especial, requeriría un libro en sí mismo. En la maraña de sucesos y personajes que nutren la historia de la ciencia se han conocido momento muy singulares de los que han surgido cambios revolucionarios. 1905 fue uno de esos hitos. En aquel año maravilloso, Albert Einstein (un desconocido empleado de 3ª en la Oficina de Patentes de Berna en Suiza), publicó cinco artículos, hoy imprescindibles para conocer el desarrollo de la Física, y, en más de un sentido, de la Humanidad.

En 1905, Albert Einstein publicó cuatro artículos revolucionarios que sentaron las bases de la física moderna. Estos artículos abordaron temas como el movimiento browniano, el efecto fotoeléctrico, la relatividad especial y la equivalencia masa-energía, los cuáles transformaron nuestra percepción de cada uno de esos conceptos hasta entonces no conocidos o entendidos como tales.

Dos de aquellos artículos fueron especialmente importantes: “Sobre el punto de vista heurístico concerniente a la producción y transformación de la luz” –en el que Einstein extendió a la radiación electromagnética la discontinuidad cuántica, que Max Planck había introducido en la física cinco años antes- en que creo la teoría de la relatividad especial, que revolucionaba nociones filosóficamente tan fundamentales como las de espacios y tiempo, socavando la física anterior. También su trabajo contiene una sencilla expresión matemática, E = mc², sobre cuya verdad darían fe las explosiones nucleares.

                    El misterio de nuestras mentes encerrados en conexiones sin fin

Algunas veces nos podemos preguntar cómo surgen las ideas que elaboramos en nuestras mentes y que son el fruto de la experiencia, la observación, el estudio y de conocimientos sueltos que vamos uniendo para conformar un todo. Buda decía: “Somos lo que pensamos. Todo el mundo surge de nuestros pensamientos. Con nuestros pensamientos hacemos el mundo”.

Lo cierto es que a veces, cuando repasamos los hechos y podemos constatar que hemos sido capaces de hurgar en la Naturaleza para dejar al descubierto sus secretos, tenemos que pensar que el pensador Buda, tenía su parte de razón, ya que, el última instancia ¿Quién puede parar los pensamientos creadores?.

Emilio Silvera Vázquez

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