¿Lo que pasó? ¿Lo que pasará? o, simple imaginación

Gracias a la luz nuestros telescopios pueden captar estas maravillas

Gracias al Tiempo se hace posible que las cosas evolucionen y cambien

La Luz, que según creo, encierra muchos secretos que tenemos que desvelar para conocer la realidad de la Naturaleza y del Universo.

La frase anterior sugiere una analogía entre la ignorancia humana sobre la verdadera naturaleza de la luz y el desconocimiento de los secretos fundamentales de la naturaleza y el universo. Afirma que al igual que la luz, que guarda secretos por desvelar, existen misterios en la realidad que aún debemos comprender para comprender completamente el Universo, y, en este punto, yo añadiría también al Tiempo.  Esta perspectiva propone que la luz es una clave fundamental para desentrañar la naturaleza de la realidad, y, por supuesto, también el Tiempo lo es.

Los pilares de luz son unas líneas verticales bastante brillantes que parecen emerger del horizonte con destino al cielo. (Foto: Archivo).

Volcán antártico y sus tubos de nieve. (Foto: Archivo).

Las mareas rojas son peligrosas para los habitantes marinos porque durante esa época se reduce la cantidad de oxígeno en el agua, aparecen el sulfuro de hidrógeno y amoníaco.

Cuando las aves vuelan justo encima de las cabezas de las personas y, algunas de ellas, caen al piso de inmediato en un estado semiconsciente. (Foto: Archivo).

El “dedo de la muerte” de hielo

Este fenómeno sucede en las aguas árticas subglaciales debido a las diferentes temperaturas de congelación del agua con diferente salinidad. Por fuera, luce como un crecimiento inesperado de un carámbano que, al llegar al fondo, se convierte en un riachuelo de hielo. Los animales marinos que se encuentran con brinicle (tubo hueco de hielo que crece hacia abajo y encierra una columna de salmuera descendente que se forma debajo del hielo marino en desarrollo), se cubren rápidamente de una costra de hielo y se congelan.

 

El dedo de la muerte, un fenómeno natural debido al frío y la sal que resulta lento, hermoso, elegante y letal. (Foto: Archivo).

La idea sobre la existencia de los brinicles fue dada a conocer por primera vez en 1974. Sin embargo, solo en 2011 fue verificada. Los operadores de BBC grabaron el fenómeno por accidente y es la única filmación que existe de este fenómeno.

Lo mismo que desconocemos la auténtica naturaleza de la Luz, que según creo encierra muchos secretos que tenemos que desvelar para conocer la realidad de la Naturaleza y del Universo, de la misma manera, tenemos que llegar a desvelar los secretos que se encierra en esa esencial y sencilla sustancia que llamamos agua, ya Tales de Mileto nos hablaba de la importancia que esa sustancia tenía para la vida.

El surgimiento de la vida desde la materia inerte, conocido como abiogénesis, se basa en la gradual complejidad de las moléculas que se forman a partir de elementos simples, como átomos y moléculas inorgánicas, interactuando en condiciones ambientales propicias durante millones de años.

La vida surgió de una complejización progresiva de la materia, donde la Energía, el Tiempo y las condiciones ambientales hicieron posible que la química de los elementos allí presentes y que habían sido creado en las entrañas de las estrellas, pusieran en marcha la química orgánica que ensambló aquella primera célula replicante que evolucionó hasta la vida.

Y, aunque no hemos encontrado explicación, por no haber logrado conocer cómo se pudo formar esa maravilla (que es el cerebro humano),  que nos hace pensar y crear ideas y pensamientos que nos han separado y elevado a un nivel superior de los demás seres vivos de este pequeño mundo, y, sobre todo, ese ingrediente que llevamos dentro y que llamamos… ¡Sentimientos!

Las misteriosas funciones modulares de Ramanujan

Superficie de Riemann que aparece al extender el dominio de la función

Este bello concepto desempeña un papel importante en algunos de los intentos modernos de encontrar una nueva base para la física matemática (muy especialmente en la teoría de cuerdas), y al final, seguramente se descubrirá el mensaje que encierra.

El caso de las superficies de Riemann es fascinante, aunque desgraciadamente sólo es para iniciados. Proporcionaron los primeros ejemplos de la noción general de variedad, que es un espacio que puede pensarse “curvado” de diversas maneras, pero que localmente (por ejemplo, en un entorno pequeño de cualquiera de sus puntos), parece un fragmento de espacio euclídeo ordinario.

 

	fig.1: Proyección estereográfica del plano complejo extendido sobre la “esfera de Riemann”.
	fig.2: La “esfera de Riemann” puede ser visualizada como el plano complejo envuelto alrededor de una esfera.

 

En matemática, la esfera de Riemann (o plano complejo extendido), llamado en honor al matemático del siglo XIX del mismo nombre, es una esfera obtenida del plano complejo mediante la adición de un punto del infinito. La esfera es la representación geométrica de los números complejos extendidos , (véase fig.1 y fig.2), la cual consiste en los números complejos ordinarios en conjunción con el símbolo para representar el infinito.

La esfera de Riemann, superficie de Riemann compacta, el teorema de la aplicación de Riemann, las superficies de Riemann y aplicaciones complejas… He tratado de exponer en unas líneas la enorme importancia de este personaje para las matemáticas en general y la geometría y para la física en particular. Es uno de esos casos a los que antes me refería. Después de él, la Humanidad ha tenido un parón en el desarrollo de las ideas hasta que asimilaron las suyas y, después, llegó Einstein y otros.

 

                           La Geometría de Riemann de los espacios curvos

Tenemos que convenir que todo, sin excepción, es relativo y resulta ya evidente la gran crisis de la noción de realidad “veritas” que el mundo padece, la ciencia BASE, la matemática, sufrió el varapalo a partir de la matemática topológica de Poincaré, y el desarrollo sorpresivo de la matemática del caos; de pronto el idealismo de la ecuación diferencial queda derribado : el mundo que funciona como un reloj de Tolomeo queda finiquitado; ¿donde puñetas está la materia perdida?; de pronto nuestras consciencias “comprenden” que la “verdad” no existe, es decir, que no existe nuestra realidad del mundo.

Y, mientras tanto, nuestras mentes siguen su camino, siempre queriendo ir más allá y siempre profundizando en los secretos de la Naturaleza de lo que tenemos muchos ejemplos, tales como nuestras consideraciones sobre los dos aspectos de la relatividad general de Einstein, a saber, el principio de la relatividad, que nos dice que las leyes de la física son ciegas a la distinción entre reposo y movimiento uniforme; y el principio de equivalencia, que nos dice de qué forma sutil deben modificarse estas ideas para englobar el campo gravitatorio.

 

 

Mediante la combinación de diversas observaciones de telescopios, y la ayuda del trabajo de modelación avanzada, el equipo de Emanuele Farina, de la Universidad de Insubria en la provincia de Como, Italia, y Michele Fumagalli del Instituto Carnegie de Ciencia, en Washington, D.C., Estados Unidos, fue capaz de captar como tal el trío de quásares, llamado QQQ J1519+0627. La luz de esos quásares ha viajado 9.000 millones de años-luz para llegar hasta nosotros, lo que significa que dicha luz fue emitida cuando el universo tenía sólo un tercio de su edad actual.

 

El sueño de viajar a la velocidad de la luz

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      El Centro Galáctico es un lugar peligroso, ahí mora Gargantúa, un agujero negro Gigante

Nos han repetido hasta la saciedad que, todo surgió de la Nada. Claro que, de la nada no puede surgir ninguna cosa, si surgió… ¡Es porque había! Nos dicen: “De un punto con densidad infinita y de una energía inimaginable”. ¿No sería una fluctuación del Vacío?

“En Cosmología, las condiciones “iniciales” raramente son absolutamente iniciales, pues nadie sabe como calcular el estado de la materia y el espacio-tiempo antes del Tiempo de Planck, que culminó alrededor de 10^-43 de segundo Después del Comienzo del Tiempo.”

 

Parece que la Astronomía más antigua nació en el Paleolítico como una necesidad básica de observación del cielo para el  seguimiento del tiempo y la predicción de las estaciones,  como lo demuestran huesos con marcas que podrían representar las fases lunares. Posteriormente, civilizaciones como la sumeria y babilónica en Mesopotamia la desarrollaron sistemáticamente para predecir eclipses y crear calendarios.

Es verdaderamente encomiable la pertinaz insistencia del ser humano por saber, y, en el ámbito de la Astronomía, desde los más remotos “tiempos” que podamos recordar o de los que tenemos alguna razón, nuestra especie ha estado interesada en saber, el origen de los objetos celestes, los mecanismos que rigen sus movimientos y las fuerzas que están presentes.

Claro que, nosotros, los Humanos, llevamos aquí el tiempo de un parpadeo del ojo si lo comparamos con el Tiempo del Universo. Sin embargo, nos hemos valido de todos los medios posibles para llegar al entendimiento de las cosas, incluso sabemos del pasado a través del descubrimiento de la vida media de los elementos y mediante algo que denominamos datación, como la del Carbono 14, podemos saber de la edad de muchos objetos que, de otra manera, sería imposible averiguar.

La vida de los elementos es muy útil y, al mismo tiempo, nos habla de que todo en el Universo tiene un Tiempo Marcado. Por ejemplo, la vida media del Uranio 238 sabemos que es de 4.000 millones de años, y, la del Rubidio tiene la matusalénica vida media de 47.000 millones de años, varias veces la edad que ahora tiene el Universo.

Lepidolita, una de las mayores fuentes del raro rubidio y del cesio. El rubidio también fue descubierto, como el cesio, por los físicos alemanes Robert Wilhem Bunsen y Gustav Robert Kirchhoff en 1861; en este caso por el método espectroscópico. Su nombre proviene del latín “rubidus” (rubio), debido al color de sus líneas en el espectro.

• Color blanco-plateado brillante
• Reacciona violentamente con el agua produciendo hidrógeno
• Arde espontáneamente en contacto con el aire, formando óxido de rubidio
• Muy blando

El rubidio es un elemento bastante abundante en la corteza terrestre y está presente hasta en 310 partes por millón (ppm). Por su abundancia ocupa un lugar justamente por debajo del carbono y el cloro y por encima del flúor y del estroncio. El agua de mar contiene 0,2 ppm de rubidio, concentración que (aunque baja) es el doble de la concentración de litio.

Pero, aunque abundante, el rubidio se encuentra distribuido en pequeñas cantidades, generalmente asociado con el cesio, con el cual tiene una gran semejanza, en cenizas del tabaco, el te y el café; y en los minerales lepidolita y carnalita.

                                                             Lepidolita

                                                            Carnalita

El Rubidio ha sido detectado en las estrellas y, siendo muy abundante en la corteza terrestre, es utilizado en en ciencia y tecnologías puntas, por lo que está presente en muchos laboratorios. El rubidio es semejante al cesio y al litio en que está integrado en minerales complejos; no se encuentra en la naturaleza como sales simples de halogenuros, como ocurre con el sodio y el potasio.

Es tan reactivo con oxígeno que puede arder espontáneamente con este elemento puro. El metal pierde el brillo muy rápidamente al aire, forma un recubrimiento de óxido y puede arder. Los óxidos que se producen son una mezcla de Rb₂O, Rb₂O₂ y RbO₂. El metal fundido se inflama espontáneamente al aire.

El rubidio reacciona violentamente con agua o hielo a temperaturas por debajo de –100º C (-148º F). Reacciona con hidrógeno para formar un hidruro, uno de los hidruros alcalinos menos estables.

No reacciona con nitrógeno. Con bromo o cloro, el rubidio reacciona vigorosamente con formación de flama. Se pueden preparar compuestos organo-rubídico con técnicas parecidas a las que se utilizan con el sodio y el potasio.

La mayor parte de los usos de rubidio metálico y de sus compuestos son los mismos que los del cesio y sus compuestos.

                                                      Átomo de Rubidio 85 diciendo ‘hola’ a la cámara.

Pero, ¿qué estoy haciendo? El trabajo era sobre el primer momento de nuestro universo, y, me dejé llevar por el rubidio, volvamos a lo nuestro y comencemos el comentario de hoy, ahora sí, sobre el…

Big Bang

Hablaremos ahora del Big Bang, esa teoría aceptada por todos y que nos dice cómo se formó nuestro universo y comenzó su evolución hasta ser como ahora lo conocemos. De acuerdo a esta teoría, el universo se originó a partir de un estado inicial de alta temperatura y densidad, y desde entonces ha estado siempre expandiéndose. La teoría de la relatividad general predice la existencia de una singularidad en el comienzo, cuando la temperatura y la densidad eran infinitas.

La mayoría de los cosmólogos interpretan esta singularidad como una indicación de que la relatividadgeneral de Einstein deja de ser válida en el universo muy primitivo (no existía materia), y el comienzo mismo debe ser estudiado utilizando una teoría de cosmología cuántica.

El tiempo de Planck es una unidad de tiempo considerada como el intervalo temporal más pequeño que puede ser medido. Se denota mediante el símbolo t_P. En cosmología, el tiempo de Planck representa el instante de tiempo más antiguo en el que las leyes de la física pueden ser utilizadas para estudiar la naturaleza y evolución del Universo. Se determina como combinación de otras constantes físicas en la forma siguiente:

 5.39124(27) × 10⁻⁴³ segundos

 

Llegados a este punto, me remito al párrafo primero del comentario de hoy, en él se deja claro que, nada sabemos de ese instante primero anterior al T_p. ¿Qué habría allí entonces, qué sustancias dieron lugar a la materia y, de dónde salieron las fuerzas fundamentales que rigen el universo?

    Esto llego miles de millones de años más tarde pero, ¿Qué había antes del comienzo del Tiempo?

Las respuestas están escondidas en ese primer intervalo infinitesimal que está antes del Comienzo del Tiempo que conocemos, es una fracción de tiempo que nos queda en la más absoluta oscuridad. Nadie ha podido ir más allá del Tiempo de Planck y, siendo un intervalo de tiempo tan pequeño… ¡nos diría tantas cosas!

Una buena vela encendida no es suficiente para alumbrar nuestra ignorancia de lo que pasó en los primeros momentos del “Big Bang”. Sin embargo…La esperanza es lo último que se pierde, y, aunque los físicos cuando tratan de exponer con sus matemáticas aquellos hechos primeros, las primeras fracciones del primer segundo del Big Bang, se ven imposibilitados…Esperamos que, más adelante, en el futuro lejano, podamos entrar en ese Tiempo de Planck ahora inalcanzable.

Con nuestro conocimiento actual de física de partículas de altas energías, podemos hacer avanzar el reloj hacia atrás a través de la teoría leptónica y la era hadrónica hasta una millonésima de segundo después del Big Bang, cuando la temperatura era de 10¹³ K. Utilizando una teoría más especulativa, los cosmólogos han intentado llevar el modelo hasta 10³⁵ s después de la singularidad, cuando la temperatura era de 10²⁸ K. Esa infinitesimal escala de longitud es conocida como límite de Planck, = 10^-35 m, que en la Ley de radiación de Planck, es distribuida la energía radiada por un cuerpo negro mediante pequeños paquetes discretos llamados cuantos, en vez de una emisión continua. A estas distancias, la gravedad está ausente para dejar actuar a la mecánica cuántica.

La teoría del Big Bang es capaz de explicar la expansión del universo, la existencia de una radiación de fondo cósmica y la abundancia de núcleos ligeros como el helio, el helio-3, el deuterio y el litio-7, cuya formación se predice que ocurrió alrededor de un segundo después del Big Bang, cuando la temperatura reinante era de 10¹⁰ K.

La radiación de fondo cósmica proporciona la evidencia más directa de que el universo atravesó por una fase caliente y densa. En la teoría del Big Bang, la radiación de fondo es explicada por el hecho de que durante el primer millón de años más o menos (es decir, antes del desacoplo de la materia y la radiación), el universo estaba lleno de plasma que era opaco a la radiación y, por tanto, en equilibrio térmico con ella. Esta fase es habitualmente denominada “bola de fuego primordial“.

         Se produjo la gran explosión y, lo demás llegó más tarde

Como nadie estuvo allí para tomar una fotografía de la gran explosión, ponemos una que quiere figurar aquel momento que, desde luego, tuvo que ser mucho más grandioso.

Cuando el universo se expandió y se enfrió a unos 3000 ºK, se volvió transparente a la radiación, que es la que observamos en la actualidad, mucho más fría y diluida, como radiación térmica de microondas. El descubrimiento del fondo de microondas en 1.956 puso fin a una larga batalla entre el Big Bang y su rival, la teoría del universo estacionario de F. Hoyle y otros, que no podía explicar la forma de cuerpo negro del fondo de microondas. Es irónico que el término Big Bang tuvo inicialmente un sentido burlesco y fue acuñado por Hoyle, contrario a la teoría del universo inflacionario y defensor del estacionario.

Para fijar más claramente los hechos se debe extender la explicación evolutiva del universo en las fases principales que son:

Las que salieron de ese clima de enormes temperaturas ahora inimaginables, de ahí surgió lo que conocemos como materia, y, durante varias etapas o eras (de la radiación, de la materia, hadrónica y bariónica… llegamos al momento presente habiendo descubierto muchos de los secretos que, el Universo guardaba celosamente para que, nosotros, los pudiéramos desvelar.

La Era de Planck:

En cosmología, la época de Planck es el más temprano período de Tiempo en la historia del universo, entre cero y 10⁻⁴³ segundos (como antes decía, un tiempo de Planck), durante el cual las cuatro fuerzas (nucleares fuerte y débil, electromagnética y gravitatoria, estaban unificadas en una sola fuerza y aún, no existían las partículas elementales que más tarde surgirían para formar la materia.

Es la era que se inició con el surgir de la materia,  cuando el efecto gravitacional de la materia primera comenzó a dominar sobre el efecto de presión de radiación. Aunque la radiación es no masiva, tiene un efecto gravitacional que aumenta con la intensidad de la radiación. Es más, a altas energías, la propia materia se comporta como la radiación electromagnética, ya que se mueve a velocidades próximas a la de la luz. En las etapas muy antíguas del universo, el ritmo de expansión se encontraba dominado por el efecto gravitacional de la presión de radiación, pero a medida que el universo se enfrió, este efecto se hizo menos importante que el efecto gravitacional de la materia. Se piensa que la materia se volvió predominante a una temperatura de unos 10⁴ K, aproximadamente 30.000 años a partir del Big Bang. Este hecho marcó el comienzo de la era de la materia.

Era de la radiación

Periodo entre 10^-43 s (la era de Planck) y 300.000 años después del Big Bang. Durante este periodo, la expansión del universo estaba dominada por los efectos de la radiación o de las partículas rápidas (a altas energías todas las partículas se comportan como la radiación). De hecho, la era leptónica y la era hadrónica son ambas subdivisiones de la era de radiación.

La era de radiación fue seguida por la era de la materia que antes se reseña, durante la cual los partículas lentas dominaron la expansión del universo.

Era hadrónica

Corto periodo de tiempo entre 10^-6 s y 10^-5 s después del Big Bang en el que se formaron las partículas atómicas pesadas, como protones, neutrones, piones y kaones entre otras. Antes del comienzo de la era hadrónica, los quarks se comportaban como partículas libres. El proceso por el que se formaron los quarks se denomina transición de fase quark-hadrón. Al final de la era hadrónica, todas las demás especies hadrónicas habían decaído o se habían desintegrado, dejando sólo protones o neutrones. Inmediatamente después de esto el universo entró en la era leptónica.

Era Leptónica

Intervalo que comenzó unos 10^-5 s después del Big Bang, en el que diversos tipos de leptones eran la principal contribución a la densidad del universo. Se crearon pares de leptones y anti-leptones en gran número en el universo primitivo, pero a medida que el universo se enfrió, la mayor parte de las especies leptónicas fueron aniquiladas. La era leptónica se entremezcla con la hadrónica y ambas, como ya dije antes, son subdivisiones de la era de la radiación. El final de la era leptónica se considera normalmente que ocurrió cuando se aniquilaron la mayor parte de los pares electrón-positrón, a una temperatura de 5×10⁹ K, más o menos un segundo después del Big Bang. Después, los leptones se unieron a los hadrónes para formar átomos.

Así se formó nuestro universo, a partir de una singularidad que explotó expandiendo toda la densidad y energía a unas temperaturas terroríficas, y a partir de ese mismo instante conocido como Big Bang, nacieron, como hermanos gemelos, el tiempo y el espacio junto con la materia que finalmente desembocó en lo que ahora conocemos como universo.

El universo se está expandiendo, de manera que el espacio entre las galaxias está aumentando gradualmente, provocando un desplazamiento al rojo cosmológico en la luz procedente de los objetos distantes.

El universo es el conjunto de todo lo que existe, incluyendo (como he dicho) el espacio, el tiempo y la materia.  El estudio del universo se conoce como cosmología. Los cosmólogos distinguen al Universo con “U” mayúscula, significando el cosmos y su contenido, y el universo con “u” minúscula, que es normalmente un modelo matemático deducido de alguna teoría física como por ejemplo, el universo de Friedmann o el universo de Einstein-de Sitter. El universo real está constituido en su mayoría de espacios que aparentemente están vacíos, existiendo materia concentrada en galaxias formadas por estrellas, planetas, gases y otros objetos cosmológicos.

El universo se está expandiendo, de manera que el espacio entre las galaxias está aumentando gradualmente, provocando un desplazamiento al rojo cosmológico en la luz procedente de los objetos distantes. Existe evidencia creciente de que el espacio puede estar lleno de una materia oscura invisible que puede constituir muchas veces la masa total de las galaxias visibles.

Como ya quedó claro antes, el concepto más favorecido de origen del universo es la teoría del Big Bang, de acuerdo con la cual el universo se creó a partir de una densa y caliente concentración enorme de materia (una singularidad) en una bola de fuego que explotó y se expandió para crear el espacio, el tiempo y toda la materia que lo conforme. Todo ello ocurrió, según los datos de que se disponen, hace ahora aproximadamente 15.000 millones de años, o 15 eones (10⁹)

           La NASA midiendo la curvatura en el espacio-tiempo alrededor del planeta

El universo se formó y apareció el tiempo y el espacio y la materia. Es lo que dice la teoría que antes hemos descrito. Sin embargo, hay muchas cuestiones que, por lo menos a mí, no han quedado claras y me llevan a preguntas tales como:

¿Cuántas partículas hay en el universo?

¿De dónde vino la sustancia del universo?

¿Qué hay más allá del borde del universo?

¿Será cierto el suceso que nos cuentan del Big Bang?

¿Serán variables con el paso del Tiempo, las Constantes universales?

¿Existen otros universos?

¿Por qué la Naturaleza puso a las estrellas tan alejadas las unas de3 las otras?

¿Existirá vida inteligente en otros mundos?

En realidad, no existen respuestas concretas para estas preguntas (ni para muchísimas otras), porque para empezar no sabemos como es de grande el universo. Sin embargo, si podemos hacer algunas hipótesis. Pero eso sí… ¡Las preguntas siguen siendo más abundantes que las respuestas!

                                  El Universo está lleno de espacios “vacíos”

Podemos calcular que hay unas 100.000.000.000 de galaxias en el universo. Cada una de estas galaxias tiene una media de masa igual a 100.000.000.000 la masa del Sol. Quiere decir que la cantidad total de materia en el universo sería igual a 10¹¹×10¹¹ ó 10²² veces la masa del Sol.

Ilustración del universo observable con el Sistema Solar en el centro, los planetas interiores, el cinturón de Asteroides, los planetas exteriores, el cinturón de Kuiper, la nube de Oort, Alfa Centauri, el brazo de Perseo, la Via Láctea, Andrómeda y las galaxias cercanas, la telaraña cósmica de cúmulos galácticos, la radiación de fondo de microondas y el Big Bang en el borde. Sobre la masa total del universo, estos son los cálculos actuales que, deben ser confirmados:  en el universo hay materia suficiente para hacer 10.000.000.000.000.000.000.000 (diez mil trillones) de soles como el nuestro.

La masa del Sol es de 2×10³³ gramos. Esto significa que la cantidad total de materia en el universo tiene una masa de: 10²²×2×10³³ ó  2×10⁵⁵ gramos. Lo que podemos reseñar:

20.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000, que es igual a veinte nonillones.

Imagen: (las magnitudes en la imagen deben desplazar el punto decimal una posición a la izquierda) que explica la diferencia sobre el dato de la edad del universo (1.37×10¹⁰ años luz) en comparación a la estimación sobre el radio actual del universo observable (4.65×10¹⁰ años luz). La explicación de tal sería que al mirar la radiación de fondo y las galaxias más lejanas se observa el pasado con una mayor densidad de materia por centímetro cúbico del universo.

A pesar de su ínfima dimensión, los nucleones conformados por tripletes de quarks (protones y neutrones),  se unen a los electrones para formar los átomos y, estos a su vez, son los que forman la materia que conforman las Galaxias del Universo y todos los demos objetos que podemos observar.

Miremos ahora al revés. La masa del universo está concentrada casi por entero en los nucleones que contiene. Los nucleones son partículas diminutas y hacen falta 6×10²³ de ellas para formar una masa equivalente a un gramo.

Pues bien, si 6×20²³ nucleones hacen 1 g, y si hay 2×10⁵⁵ g en el universo, entonces el número total de nucleones en el universo podría ser de 6×10²³×2×10⁵⁵ ó 12×10⁷⁸, que de manera más convencional se escribiría 1,2×10⁷⁹.

                    Eddington

En uno de mis trabajos que se titulaba los grandes números del Universo, se habló de como Arthur Stanley Eddington, un extraordinario científico que había sido el primero en descubrir cómo se alimentaban las estrellas a partir de reacciones nucleares. También  hizo importantes contribuciones a nuestra comprensión de las galaxias, escribió la primera exposición sistemática de la teoría de la relatividad general de Einstein y fue el responsable de la expedición que durante un eclipse de Sol, pudo confirmar con certeza la predicción de la relatividad general que debería desviar la luz estelar que venía hacia la Tierra en aproximadamente 1’75 segundos de arco cuando pasaba cerca de la superficie solar, cuyo espacio estaría curvado debido a la gravedad generada por la masa del Sol. En aquella expedición, el equipo de Eddington hizo una exitosa medición del fenómeno desde la isla Príncipe, que confirmó que Einstein tenía razón y que su teoría predecía de manera exacta la medida de curvatura del espacio en función de la masa del objeto estelar que genera la gravitación distorsionando el espacio-tiempo a su alrededor.

Entre los números que Eddington consideraba de importancia primordial estaba al que ahora conocemos como número de Eddington, que es igual al número de protones en el universo visible. Eddington calculó (a mano) este número con enorme precisión en un crucero trasatlántico, sentado en cubierta, con libreta y lápiz en la mano, tras calcular concienzudamente durante un tiempo, finalizó escribiendo:

“Creo que el Universo hay:

15.747.724.136.275.002.577.605.653.961.181.555.468.044.717.914.527.116.709.366.231.425.076.185.631.031.296 de protones y el mismo número de electrones”.

Este número enorme, normalmente escrito N_Edd, es aproximadamente igual a 10⁸⁰.  Lo que atrajo la atención de Eddington hacia él era el hecho de que debe ser un número entero, y por eso en principio puede ser calculado exactamente.

Los astrónomos opinan que el 90 por 100 de los átomos de universo son hidrógeno, el 9 por 100 helio y el 1 por 100 elementos más complejos.  Una muestra de 100 gramos, o mejor 100 átomos, consistiría entonces en 90 átomos de hidrógeno, 9 de helio y 1 de oxígeno (por ejemplo). Los núcleos de los átomos de hidrógeno contendrían 1 nucleón cada uno: 1 protón. Los núcleos de los átomos de helio contendrían 4 nucleones cada uno: 2 protones y 2 neutrones. El núcleo del átomo de oxígeno contendría 16 nucleones: 8 protones y 8 neutrones. Los 100 átomos juntos contendrían, por tanto, 145 nucleones: 116 protones y 26 neutrones.

Existe una diferencia entre estos dos tipos de nucleones. El neutrón no tiene carga eléctrica y no es preciso considerar ninguna partícula que lo acompañe. Pero el protón tiene una carga eléctrica positiva, y como el universo es, según creemos, eléctricamente neutro en su conjunto, tiene que existir un electrón(con carga eléctrica negativa) por cada protón, creando así el equilibrio existente.

De esta manera, por cada 142 nucleones hay 116 electrones (para compensar los 116 protones). Para mantener la proporción, los 1’2×10⁷⁹ nucleones del universo tienen que ir acompañados de 1×10⁷⁸electrones. Sumando los nucleones y electrones, tenemos un número total de 2’2×10⁷⁹ de partículas de materia en el universo visible y que podemos comprobar. Lo cual se puede escribir como:

22.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 (ó 22 tredecillones).

La grandeza de nuestro Universo tiene su origen en las minúsculas partículas que conforman la materia, en las interacciones fundamentales que rigen las leyes y, en las constantes universales que indican cómo deben ser las cosas: la velocidad de la luz, la masa del electrón, la constante de estructura fina…

De las demás partículas, las únicas que existen en cantidades importantes en el universo son los fotones, los neutrinos y posiblemente los gravitones, pero son partículas sin masa. Veintidós tredecillones es, después de todo, un número apreciable para un universo de importancia.

              Si no se explican estas imágenes… ¿Quién podría decir lo que cada una de ellas es?

Una historia que circula por Internet desde hace muchos años cuenta que nuestro Sol forma parte de las Pléyades, que son un grupo de estrellas muy jóvenes que se encuentran a 450 años luz de la Tierra y que pertenecen a la constelación de Tauro. Este grupo de estrellas gira alrededor de Alcyon, la estrella más grande del grupo. El Sol tardaría 24.000 años en completar una órbita completa alrededor de Alcyon. Alrededor de esta estrella existiría un anillo de fotones que sería atravesado dos veces por el Sol en cada órbita, tardando cada vez 2000 años. Durante estos 2.000 años nuestro planeta estará continuamente bajo una iluminación omnidireccional permanente, que no producirá sombras. Los efectos de esta radiación fotónica serían entre otros el de la aparición de una nueva glaciación, disminución de la velocidad de rotación de la Tierra y cambio del eje de rotación.

Nadie sabe de dónde vino la sustancia del universo, no siempre la ciencia puede dar respuesta a todo, es la manera de regular los sistemas para obtener respuestas tras el duro trabajo del estudio, la investigación y el experimento. Hasta el momento nos falta información para contestar la pregunta.

              El día que lleguemos a saber lo que encierran los forones…nos podemos llevar una gran sorpresa

“La respuesta podía estar en la existencia de “energía negativa” que igualara la “energía positiva” ordinaria, pero con la particularidad de que cantidades iguales de ambos se unirían para dar nada como resultado”.

¿Qué sabemos del vacío?

En realidad todo podría ser muy simple, tanto como + 1 – 1 = 0

Diversas fuentes y pesquisas han podido lograr que el presente trabajo vea la luz y sea publicado aquí.

Cierro el trabajo dando las gracias a I. Asimov por sus ideas aquí incluídas.

Emilio Silvera V.

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Un modelo informático basado en la ecuación de Schrödinger descubre la interacción de sus moléculas.

El acercamiento a este extraño elemento constitutivo, sin embargo, desde la perspectiva de la física cuántica (desde la ecuación de Schrödinger para ser más exactos), y gracias al uso de un conjunto de ordenadores superpotentes, ha revelado la estructura subyacente del conjunto de moléculas aparentemente sencillas del agua, que están formadas “tan sólo” por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

El logro lo ha alcanzado un equipo de científicos de la universidad norteamericana de Delaware y de la Radboud University de Holanda, que han desarrollado un nuevo método para desvelar las propiedades ocultas del agua, y sin necesidad de concienzudos experimentos de laboratorio: simplemente, informática.

Principios fundamentales

¿Tiene algún efecto la mecánica cuántica a escala humana? Aclarando algunas cosas sobre el «gato de Schrödinger»

Y es que, en teoría, toda la química y la física de la materia a escala macroscópica podría ser descrita íntegramente por una enorme ecuación de Schrödinger aplicable a más de 10 elevado a 23 átomos de una unidad de materia.

Utilizar esta ecuación y aplicarla de manera eficaz es actualmente posible gracias al uso de ordenadores con una capacidad de cálculo super-potente, que permitirían comprender algunas de las enigmáticas propiedades del agua. Este tipo de herramienta informática de análisis ya se ha aplicado en otros campos, como la meteorología y la mecánica celeste.

Los resultados de la investigación han sido publicados por la revista Science y han sido explicados en un comunicado de la universidad de Delaware. La investigación ha estado liderada por el profesor de física y astronomía de dicha universidad, Krzysztof Szalewicz, que ha colaborado con Robert Bukowski, de la Cornell University, y Gerrit Groenenboom y Ad van der Avoird, del Institute for Molecules and Materials de la Radboud University.

Propiedades extrañas

Un estudio arroja luz sobre la red de enlaces de hidrógeno que le da al agua sus extrañas propiedades, que juegan un papel vital en muchos procesos químicos y biológicos.

Todo el mundo sabe que una molécula de agua es H2O, pero, aunque su composición parezca simple, el agua líquida en realidad es mucho más compleja que eso. Por ejemplo, señala Szalewicz, contrariamente a otros líquidos, el agua aumenta de volumen cuando se congela, lo que explica que el hielo flote en el agua. Por otro lado, el agua puede absorber grandes cantidades de calor antes de empezar a calentarse y lo libera lentamente mientras se enfría.

Las características únicas del agua parecen relacionarse con su estructura molecular y con la capacidad de sus moléculas para formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua. El hidrógeno de la molécula del agua tiene una carga ligeramente positiva, mientras que la carga del otro extremo de la molécula es ligeramente negativa.

Tradicionalmente se pensó que en el agua en estado líquido cada molécula se coordinaba con una media de otras cuatro moléculas gracias a estos enlaces de hidrógeno. Sin embargo, posteriormente se descubrió que esta coordinación tiene lugar sólo con dos moléculas.

Ambigüedades

Todas estas ambigüedades del agua han sido estudiadas desde la mecánica cuántica por Szalewicz y sus colegas, aplicando leyes de la física a un nivel microscópico.

El resultado: los investigadores han conseguido generar un nuevo marco teórico para describir la estructura y el comportamiento de la molécula del agua átomo a átomo, gracias a los ordenadores de última generación, multiprocesadores, capaces de aportar soluciones bastante ajustadas de las ecuaciones de la mecánica cuántica para la descripción de las fuerzas que ejercen unas moléculas del agua sobre otras. Esto debería permitir desvelar el porqué de las extrañas propiedades de este líquido.

La materia tiene memoria y adopta muchos estados

Con un conjunto de ordenadores Linux funcionando en paralelo, y que realizaron cálculos a gran escala, el estudio tardó varios meses en completarse. El nuevo modelo puede predecir con bastante exactitud, tanto las propiedades de un par de moléculas de agua, como las del agua en estado líquido.

Las aplicaciones de este novedoso modelo, señalan los investigadores, van desde la posibilidad de comprender mejor el agua en diversos estados y en condiciones extremas, hasta el estudio de otros líquidos y sistemas moleculares, el ADN en biología o el llamado plegamiento de proteínas (proceso por el que una proteína alcanza su estructura tridimensional), entre otras.

Publica Emilio Silvera V.

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Radiogalaxia 3C 75 en longitud de onda visible y radiofrecuencia

En el Universo existen objetos exóticos, de extraños comportamientos y que generan inmensas energías. Por ejemplo, una radiogalaxia es un emisor inusualmente intenso de ondas de radio. La emisión de una radiogalaxias puede ser de hasta 1038 vatios, un millón de veces mayor que la de una galaxia normal como la nuestra. La radiogalaxia tienen un núcleo de radio compacto coincidente con el núcleo de la galaxia visible, un par de chorros que emergen del núcleo en direcciones opuestas, u un par de lóbulos lejos de los confines visibles de la galaxia. La galaxia resulta ser casi siempre una gigante elíptica, que pudiera ser el resultado de la colisión o la fusión de dos o más galaxias más pequeñas.

                                               Chorros de plasma de la radiogalaxia Hércules A

La fuente de la energía de la radiogalaxia se sospecha que es un agujero negro masivo situado en el núcleo galáctico desde donde emergen los chorros, enviando energía a los lóbulos. Algunas radiogalaxias notables son la que arriba podéis contemplar, 3C 75.

Una imagen en falso color captada en 20 cm por el VLA de la misma fuente de radio 3C 75. En rojo se muestran las regiones de emisión intensa de radio y en azul las regiones de emisión más débiles.

Ahí podeís contemplar la misma imagen pero más nítida de la potente fuente de radio 3C 75 en la que parece que dos agujeros negros gigantes están girando el uno alrededor del otro para potenciar la gigantesca fuente de radio. Rodeados por el gas que emite rayos X a varios millones de grados y expulsando chorros de partículas relativistas, esos agujeros negros supermasivos que parecen estar juntos, en realidad, están separados por 25.000 años-luz. La imagen captada por los ingenios de la NASA, está situada en el cúmulo de galaxias Abell 400, se encuentran a unos 300 millones de años-luz de distancia.

Los astrónomos dicen que estos dos agujeros negros supermasivos están irremediablemente ligados por la gravedad y forman un sistema binario. Estas fusiones cósmicas espectaculares son objetos, según se cree, de intensas fuentes de ondas gravitacionales. El gas caliente sale disparado en chorros que corren a 1200 kilómetros por segundo.

¿Hasta que punto son comunes los agujeros negros gigantes? Los datos acumulados gradualmente y tomados cada vez con tecnologías más avanzadas y fiables, sugieren que tales agujeros habitan no sólo en los núcleos de la mayoría de los cuásares y radiogalaxias, sino también en los núcleos de la mayoría de las galaxias normales (no radiogalaxias) y galaxias grandes tales como la Vía Láctea y Andrómeda, e incluso en los núcleos de algunas pequeñas galaxias tales como la compañera enana de Andromeda, M32. En las galaxias normales como las nombradas, el agujero negro (en contra de lo que creen muchos) no está rodeado por ningún disco de acreción, o solamente lo está por un tenue disco que derrama sólo cantidades modestas de energía.

Descubren que la estrella Mira arrastra una enorme estela.

La frase puede referirse a la estrella Mira (Ómicron Ceti) o a un cometa real, como el C/2023 A3 (Tsuchinshan-ATLAS), que se espera sea visible este año. 

Chorros relativistas producen burbujas en la región central de la galaxia

Nuestro Centro Galáctico es un lugar de mucha agitación y, en presencia de un agujero negro gigante, la seguridad está ausente. Mejor nos quedamos por aquí, en Orión, la Nebulosa más bonita de la Galaxia, aposentados en el Brazo del mismo nombre para situar nuestro hábitat en paz. Hay muchas evidencias de que, en el centro de nuestra Galaxia, procedentes de los movimientos orbitales de nubes de gas próximas al núcleo galáctico y las observaciones infrarrojas de de dichas nubes, realizadas por Charles Townes y su equipo en la Universidad de California en Berkeley, muestran sin lugar a ninguna duda que están orbitando en torno a un objeto con una masa alrededor de 3 millones de veces mayor que la del Sol, y las observaciones de radio revelan una fuente de radio muy peculiar en la posición de ese objeto central.

               Imagen compuesta del centro galáctico (por los satélites Hubble, Spitzer y Chandra).

El centro de la Vía Láctea es una región turbulenta y dinámica, con cúmulos estelares brillantes, nubes de gas caliente y campos magnéticos monstruosos. Todos ellos parecen centrados en torno a un objeto pequeño y denso conocido como Sagitario A* (Sgr A*). Las observaciones de estrellas en órbita alrededor de ese punto sugieren que es un agujero negro supermasivo. Hay poco gas entrando en espiral en Sagitario A*, quizás porque las explosiones de estrellas han expulsado la mayor parte del gas y el polvo del núcleo de la Vía Láctea. Aunque Sgr A*es, con mucho, el agujero negro supermasivo más cercano, sigue siendo relativamente difícil de estudiar, porque se halla detrás de muchas nubes espesas de polvo interestelar, que absorben la luz visible. Los astrónomos utilizan los rayos-X, ondas de radio y otras longitudes de onda para estudiar el núcleo de la Vía Láctea.

Inmensos chorros de radiación Gamma han sido descubiertos recientemente provenientes del Centro galáctico, que, como decimos más arriba, es un lugar de enorme turbulencias. Y, si todo eso es así (que lo es), nos podríamos plantear algunas preguntas: ¿Qué futuro nos espera? ¿Debemos preocuparnos de que el Agujero Negro Gigante que habita en el Centro de nuestra Galaxia engulla algún día la Tierra?

Bueno, no es difícil realizar algunos cálculos para saberlo. El agujero negro central de nuestra Galaxia (según nos cuentan y las observaciones realizadas por los astrónomos expertos coinciden con sus estimaciones) tiene una masa de alrededor 3 millones de veces la masa del Sol, y por lo tanto tiene una circunferencia de alrededor de 50 millones de kilómetros, o 200 segundos-luz, aproximadamente una décima parte de la circunferencia de la órbita de la Tierra en torno al Sol. Esto es algo minúsculo comparado con el tamaño de la propia Galaxia.

El Sol arrastra a todos los planetas en su viaje alrededor del la Galaxia

Nuestra Tierra, junto con el Sol y el conjunto de los demás planetas del Sistema planetario en el que estamos ubicados, está orbitando en torno al Centro de la Galaxia en una órbita con una circunferencia de 200.000 años-luz, alrededor de 30.000 millones de veces mayor que la circunferencia del agujero. Si el agujero llegara a engullir finalmente la mayor parte de la masa de la Galaxia, su circunferencia se expandiría sólo en aproximadamente 1 año-luz, todavía 200.000 veces más pequeño que la circunferencia de nuestra órbita.

                        Nuestro Centro Galáctico, ese lugar misterioso

Por supuesto, en los aproximadamente 10¹⁸ años (100 millones de veces la edad actual del Universo) que serían necesarios para que nuestro agujero negro central se tragase una gran fracción de la masa de nuestra Galaxia, la órbita de la Tierra y el Sol habría cambiado de forma substancial. No es posible predecir los detalles de dichos cambios, puesto que no conocemos suficientemente bien las posiciones y movimientos de todas las demás estrellas que pueden encontrar el Sol y la Tierra durante 10¹⁸ años.

   De lo que no tenemos duda alguna es de la irremisible fusión de Andrómeda y la Vía Láctea en el futuro

Por lo tanto, no podemos predecir si la Tierra y el Sol se desviarían finalmente hacia el interior del Agujero Negro central de la Galaxia o si serán expulsados de la Galaxia. Sin embargo, podemos estar seguros de que, si la Tierra fuese finalmente engullida, su muerte está aproximadamente 10¹⁸ años en el futuro, tan lejanas que otras muchas catástrofes acabarán probablemente con la Tierra y la Humanidad mucho antes.

Sí, uno de esos probables sucesos ha sido estudiado y un grupo de investigadores de la NASA acaba de calcular cómo se producirá exactamente la titánica colisión entre la Vía Láctea, nuestra galaxia, y su vecina más cercana, Andrómeda. El acontecimiento, que tendrá lugar dentro de 4.000 millones de años, cambiará para siempre el aspecto del cielo y, de paso, la historia de nuestro Sol y su sistema de planetas. Estas conclusiones se publicaron en tres estudios diferentes en Astrophysical Journal.

Un repentino destello de luz emitido por la gigante roja a principios de 2002 ilumina progresivamente las capas de polvo que rodea a la estrella que se prepara para convertirse en una enana blanca, mientras a su alrededor, se va formando una Nebulosa planetaria.

El Sol, agotado su combustible nuclear de fusión, se convertirá en una gigante roja y a medida que crece, traspasará las órbitas de Mercurio y Venus que serán engullidos, y, quedará muy cerca de la Tierra que, por el efecto del aumento de la temperatura, verá evaporado sus mares y océanos… ¡La Vida desaparecerá de nuestro planeta! Si aún andamos por aquí para entonces, esperemos que, los avances conquistados, nos hayan permitido emigrar a otros mundos.

Ese es el otro acontecimiento que está situado también, antes en el calendario del futuro. Cuando el Sol alcance el penúltimo momento de su vida, crecerá hasta la órbita actual de la Tierra. Incinerará Mercurio y Venus. La Tierra escapará a este infortunio porque, al haber expelido el Sol parte de su masa, su fuerza de gravedad se habrá debilitado y nuestro planeta se habrá trasladado a una nueva órbita, mayor que la actual. El Sol, de color ocre-rojizo, llenará el cielo del mediodía. Mientras uno de los bordes se pone por el oeste, el otro empezará a salir por el este. Aunque bastante más frío que hoy (unos 2000 kelvin frente a 5800 kelvin), el Sol cocerá la superficie del planeta. La Tierra será entonces testigo desde dentro de la formación de una nebulosa planetaria. El Sol expulsará sus capas más exteriores-una versión extrema del viento solar actual-. Con el tiempo, la gigante roja irá perdiendo capas, hasta que no quede de ellas más que el núcleo: se habrá convertido en una enana blanca. Alumbrados por esa incandescente mota azul en el cielo, los objetos de la Tierra proyectarán sombras muy perfiladas, negras como el azabache; la salida y la puesta del Sol no llevarán más de un abrir y cerrar de ojos. La piedra expuesta a la iluminación se convertirá en un plasma porque la radiación ultravioleta de la enana blanca destrozará cualquier enlace molecular. La superficie se cubrirá con una niebla iridiscente que no dejará de ascender y arremolinarse. A medida que la enana vaya radiando su energía, se irá enfriando y debilitando hasta convertirse en ceniza fría y oscura. Nuestro mundo terminará primero como fuego y después como hielo. “

 Una Nebulosa planetaria con una estrella enana blanca en el centro, ese será el destino final del Sol. La estrella original se contraerá más y más debido a la gravedad que genera su propia masa, y, finalmente, se quedará convertida en una estrella enana blanca que radiará de manera violenta ionizando el material circundante. De ahí los colores que podemos contemplar y que denotan los elementos de los que están formados la Nebulosa.

Si ésta fuera la Nebulosa planetaria formada por el Sol en su final, ese puntido blanco central es todo lo que quedaría de él, una enana blanca, rodeada del gas que forma la Nebulosa Planetaria que, con el paso de los años se irá diluyendo hasta desaparecer totalmente dejando desnudo y frío el cadáver estelar que un día fue nuestro luminoso Sol.

Nuestro planeta, primero calcinado por el suceso, vería como los lagos, los ríos, los mares y océanos de la Tierra se evaporarían y la vida tal como la conocemos, desaparecía, Más tarde, llegaría la congelación y el frío que la falta del calor del Sol, produciría en el planeta Tierra. Y, nosotros, si para esos momentos futuros estamos aún aquí, ya habremos aprendido a conocer mejor la naturaleza y podemos haber encontrado la manera de escapar a tan terribles finales: Primero la colisión y fusión con Andrómeda y, por su fuera poco, el Sol se nos convierte en una Gigante Roja primero y en una enana blanca después.

Si queremos escapar de todos estos (y otros que vendrán y que ahora no conocemos) sucesos, como nos dejó dicho Hilbert, “¡Debemos saber, sabremos!”.

Emilio Silver V.

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                  Aunque de extraña y atípica figura, también, esta galaxia, está hecha de materia

Tiene y encierra tantos misterios la materia que estamos aún y años-luz de saber y conocer sobre su verdadera naturaleza. Es algo que vemos en sus distintas formas materiales que configuran y conforman todo lo material desde las partículas elementales hasta las montañas y los océanos. Unas veces está en estado “inerte” y otras, se eleva hasta la vida que incluso,  en ocasiones, alcanza la consciencia de SER. Sin embargo, no acabamos de dilucidar de dónde viene su verdadero origen y que era antes de “ser” materia. ¿Existe acaso una especie de sustancia cósmica anterior a la materia? Y, si realmente existe esa sustancia… ¿Dónde está? Tenemos un Modelo plausible de la creación del Universo que nos dice de dónde surgió y cómo se formaron los primeros átomos de materia pero, sospecho que… ¡No es suficiente!

Con esta imagen se publicó que se habían descubiertos restos de la materia prima del universo. Sin embargo, no es mucho lo que de ello podemos asegurar y, en cualquier parte que podamos mirar nos dan más o menos, las mismas respuestas sobre lo que la materia es:

“Materia es todo aquello que tiene localización espacial, posee una cierta cantidad de energía, y está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida. En física y filosofía, materia es el término para referirse a los constituyentes de la realidad material objetiva, entendiendo por objetiva que pueda ser percibida de la misma forma por diversos sujetos. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos. Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc.”

 

 

En Ginebra.- Físicos en el centro de investigación CERN están logrando colisiones de alta carga energética de partículas subatómicas en su intento por recrear las condiciones inmediatamente posteriores al Big Bang, el cual llevó al inicio del universo 13.700 millones de años atrás. Mucho se ha criticado al LHC y, sin embargo, es un gran paso adelante que nos posibilitará saber, como es el Universo y, nos descubrirá algunos de sus secretos. Hará posible que avancemos en el conocimiento sobre de dónde venimos, cómo el universo temprano evolucionó, cómo tienen y adquieren su masa las partículas y, algunas cosas más.

El idealismo fantástico y utópico de Marx parte del criterio equivocado de que la materia es lo primario, ya que según su manera de pensar, la materia es la fuente viva de donde derivan las sensaciones, las percepciones y la Conciencia.

Marx fantasea a lo lindo y cree que la Conciencia es lo secundario, lo derivado, ya que según sus teorías resulta la Conciencia siendo nada más que el reflejo de la materia, la imagen reflejada del Ser.

Sólo con inmensas máquinas hemos podido llegar hasta el corazón de la matería, y… ¿Podría haber más?

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.  Sí, 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.

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, sobrepasando a la emisión de partículas alfa.

¡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 lepto 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)x10^-31kg la primera y, 1,602 177 33 (49)x10^-19 culombios, la segunda, y también su radio clásico. No se ha descubierto aún ninguna partícula que sea menos masiva 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.

                  Josepth John Thomson

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.

(“Aunque no se trata propiamente de la imagen real de un electrón, un equipo de siete científicos suecos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Lund consiguieron captar en vídeo por primera vez el movimiento o la distribución energética de un electrón sobre una onda de luz, tras ser desprendido previamente del átomo correspondiente.

Previamente dos físicos de la Universidad Brown habían mostrado películas de electrones que se movían a través de helio líquido en el International Symposium on Quantum Fluids and Solids del 2006. Dichas imágenes, que mostraban puntos de luz que bajaban por la pantalla fueron publicadas en línea el 31 de mayo de 2007, en el Journal of Low Temperature Physics.

En el experimento que ahora nos ocupa y dada la altísima velocidad de los electrones el equipo de investigadores ha tenido que usar una nueva tecnología que genera pulsos cortos de láser de luz intensa (“Attoseconds Pulses”), habida cuenta que un attosegundo equivalente a la trillonésima parte de un segundo”.)

¡No por pequeño, se es insignificante! Recordémoslo, todo lo grande está hecho de cosas pequeñas.

Louis de Broglie

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.)

Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, en el cual se puede ver cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones distintas. 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 0, 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 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.

                  Joseph Weber

El interferómetro funciona enviando un haz de luz que se separa en dos haces; éstos se envían en direcciones diferentes a unos espejos donde se reflejan de regreso, entonces los haces al combinarse presentarán interferencia.

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 cero, su carga es cero, 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.

           Imagen de un agujero negro en el núcleo de una galaxia arrasando otra próxima- NASA

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. Tenemos varios proyectos en marcha de la NASA y otros Organismos oficiales que buscan las ondas gravitatorias de los agujeros negros, de colisiones entre estrellas de neutrones y de otras fuentes análogas que, según se cree, nos hablará de “otro universo”, es decir, nos dará información desconocida hasta ahora y sabremos “ver” un universo distinto al reflejado por las ondas elecromagnéticas que es el que ahora conocemos.

                             ¿Espuma cuántica? Si profundizamos mucho en la materia…

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.

“Una investigación ha llevado a pensar que, la materia se construye sobre fundamentos frágiles. Los físicos acaban de confirmar que la materia, aparentemente sustancial, es en realidad nada más que fluctuaciones en el vació cuántico. Los investigadores simularon la frenética actividad que sucede en el interior de los protones y neutrones, que como sabéis son las partículas que aportan casi la totalidad de la masa a la materia común. Estas dos partículas, protones y neutrones, se comportan como si en su interior, los quarks de los que están hechas ambas partículas, lucharan por escapar del confinamiento a que se ven sometidos por la fuerza nuclear fuerte por medio de los Gluones que forman un océano en el que se ven confinados sin remedio. De hecho, nunca nadie ha podido ver a un quark libre.

Así que, si estudiamos el vacío cuántico, parece que eso permitirá a los físicos someter a prueba a la Cromo Dinámica Cuántica y buscar sus efectos más allá de la física conocida. Por ahora, los cálculos demuestran que la QCD describe partículas basadas en quarks de forma precisa, y que la mayor parte de nuestra masa viene de quarks virtuales y gluones que burbujean en el vacío cuántico.

En el campo de Higs toman sus masas las partículas

Decía cuando publiques este trabajo por primera vez:

“Se cree que el campo de Higgs hace también su pequeña contribución, dando masa a los quarks individuales, así como a los electrones y a otras varias partículas. El campo de Higgs también crea masa a partir del vacío cuántico, en forma de bosones virtuales de Higgs. De modo que si el LHC confirma la existencia del bosón de Higgs, eso significará que toda la realidad es virtual, es menos virtual de lo que se pensaba. No creo que hasta el momento, y, a pesar de las declaraciones salidas desde el CERN, se tenga la seguridad de haber detectado el Bosón de Higgs.

De todo lo anterior, no podemos obtener una respuesta cierta y científicamente probada de que todo eso sea así, más bien, los resultados indican que todo eso “podría ser así”, lo que ocurre es que, los científicos, a veces se dejan llevar por las emociones. Al fin y al cabo, ellos como el común de los mortales, también son humanos.”

 

           Ya nos gustaría saber cómo es, ese vacío cuántico y qué pasa allí

Me llama poderosamente la atención lo que conocemos como las fluctuaciones de vacío, esas oscilaciones aleatorias, impredecibles e in-eliminables 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. Hace un par de días que hablamos de ello.

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 ultra-alto.

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). 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 función 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.

                               ¡Es tanto lo que hay pero que no podemos ver!

Si buscamos por ahí podremos leer explicaciones como esta: “En la Teoría cuántica de campos,  el vacío cuántico (también llamado el vacío) es el estado cuántico con la menor energía posible. Generalmente no contiene partículas físicas. El término “Energía de punto cero” es usado ocasionalmente como sinónimo para el vacío cuántico de un determinado campo cuántico.

De acuerdo a lo que se entiende actualmente por vacío cuántico o “estado de vacío”, este “no es desde ningún punto de vista un simple espacio vacío” , y otra vez: “es un error pensar en cualquier vacío físico como un absoluto espacio vacío.” De acuerdo con la mecánica cuántica, el vacío cuántico no está verdaderamente vacío sino que contiene ondas electromagnéticas fluctuantes y partículas que saltan adentro y fuera de la existencia.

Según las modernas teorías de las partículas elementales, el vacío es un objeto físico, se puede cargar de energía y se puede convertir en varios estados distintos. Dentro de su terminología, los físicos hablan de vacíos diferentes. El tipo de partículas elementales, su masa y sus interacciones están determinados por el vacío subyacente. La relación entre las partículas y el vacío es similar a la relación entre las ondas del sonido y la materia por la que se propagan. Los tipos de ondas y la velocidad a la que viajan varía dependiendo del material.”

Como nos dicen en este anuncio del Kybalion, nada es estático en el Universo y, todo está en continuo movimiento o vibración. Habreis oido hablar de la energía de punto cero que permanerce en una sustancia en el cero absoluto (cero K). Está de acuerdo con la teoría cuántica, según la cual, una partícula oscilando con un movimiento armónico simple no tiene estado estacionario de energía cinética nula. Es más, el Principio de Incertidumbre no permite que esta partícula esté en reposo en el punto central exacto de sus oscilaciones. Del vacío surgen sin cesar partículas virtuales que desaparecen en fracciones de segundo, y, ya conoceis, por ejemplo, el Efecto Casimir en el que dos placas pueden producir energía negativa surgidas del vacío.

De todas las maneras, en este momento sabemos tanto de la espuma cuántica como de nuestra presencia en el Universo, es decir, nada. Todo son conjeturas, suposiciones e hipótesis que nos hacen imaginar lo que pueda existir a la distancia de Planck. Claro que  en una longitud de 10^-35 metros, sí que es fácil imaginar que lo que podamos ver allí sería simplemente una especie de espuma cuántica asociada a lo que estimamos que sería la gravedad cuántica.

Emilio Silvera V.

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