Esquema de estrellas binarias eclipsantes mostrando la curva de luz observada.

Estrella binaria:

Par de estrellas unidas por su atracción gravitatoria mutua y orbitando en torno a su centro de masas común, en contraposición a una doble óptica, que no esta ligada gravitatoriamente. Una binaria visual es aquella que se puede resolver visual o fotográficamente, mientras que una binaria astronómica es detectable únicamente por las irregularidades en el movimiento propio de alguna de las estrellas visibles. En las binarias eclipsantes son los eclipses los que aportan evidencias directas de la existencia de un compañero, mientras que en las binarias espectroscópicas son los desplazamientos Doppler de las líneas espectrales.

En otros artículos hablamos de la posible existencia de estrella de Quark, una rareza y, aquí podemos ver un Sistema de estrellas binarias múltiples Los períodos orbitales de las binarias varían entre minutos y cientos de años. Las binarias con componentes muy próximos entre sí se subdividen de acuerdo a cuánto llena cada componente su lóbulo de Roche, dando lugar a binarias separadas, semi-separadas y de contacto. Las últimas dos categorías incluyen a las binarias en interacción, en las que existe una transferencia de masa. Muchas binarias son también estrellas variables, siendo las más importantes las distintas formas de estrella binaria cataclísmica, las supernovas de tipo I y ciertas fuentes variables de rayos X.

En ocasiones, las binarias llegan a estar tan cerca que, finalmente, se produce el encuentro y se funden en una sola estrella muy difrente a lo que fueron sus originales.

Estrella “capullo”:

                                            

Estrella Capullo (arriba la podemos contemplar) aparece rodeada por una densa nube de gas y polvo que absorbe parte de la energía radiante de la estrella y la reemite en longitudes de onda infrarrojas. En casos extremos la estrella puede estar completamente oscurecida ópticamente, siendo sólo una fuente infrarroja. Las fuentes OH-IR son ejemplos de estrellas “capullo “.

Estrella con baja velocidad:

Estrella cuya velocidad relativa a las estrellas de la vecindad solar es pequeña, y que, por tanto, se haya en una órbita similar a la de estas alrededor del centro galáctico.

                                                  Estrellas Binarias de baja velocidad

Estrella con envoltura:

 Eta Carinae es una estrella con envoltura de muchas masas solares a punto de…dar un susto

Estrella cuyo espectro (normalmente de tipo B) contiene prominentes líneas de absorción que se originan en una capa de material que rodea a la estrella. Si es variable, la estrella se clasifica como una estrella Gamma Cassiopeiae , en la que la eyección de una envoltura está acompañada por una disminución del brillo temporal.

Estrella con exceso de ultravioleta:

Estrella que presenta un exceso de radiación ultravioleta en comparación con las estrellas normales. Un exceso de ultravioleta puede ser utilizado para identificar estrellas O y B calientes, enanas blancas y objetos rodeados por un disco de acreción, como estrellas de neutrones y agujeros negros.

Estrella de alta velocidad:

Estrella que se mueve a más de 65 km/s en relación al movimiento promedio de otras estrellas en la vecindad del sol (el estándar local de reposo). Las estrellas de alta velocidad son miembros del halo galáctico, moviéndose en órbitas altamente elípticas alrededor del centro galáctico.

Sus altas velocidades relativas tienen su origen en el hecho de que están atravesando el disco galáctico y no comparten la rotación del sol y de sus otras estrellas vecinas alrededor del centro galáctico. Dichas estrellas pudieron haberse formado en las etapas tempranas de la historia de la Galaxia, o pueden ser los restos de galaxias menores que se han fusionado a la nuestra.

Estrella de baja luminosidad:

Término vago que puede comprender a las enanas rojas, las subenanas, las enanas blancas y las enanas marrones. La dificultad en detectar estrellas de baja luminosidad hace que el número total de ellas sea incierto. No obstante, pueden constituir una fracción significativa de la masa total de la Galaxia.

Estrella de baja masa:

Término vago, que en algunas ocasiones incluye a las estrellas con masas ligeramente mayores que la del Sol, y en otras es utilizado sólo para las estrellas de menos de unas pocas décimas de masas solares, aunque todavía con suficiente masa como para quemar hidrógeno en sus núcleos (es decir, al menos 0,08 masas solares). La primera definición distingue a las estrellas con núcleos radiactivos de las estrellas de masas mayores con núcleos convectivos; la segunda restringe el término a las enanas rojas.

Estrella de bario:

Estrella gigante roja de tipo espectral G o K en la que aparecen en el espectro elementos más pesados como el bario con una abundancia inusualmente alta; conocida también como estrella B ll o estrella de metales pesados. El helio que se quema en una capa alrededor del núcleo produce los elementos más pesados. Las estrellas de bario son similares a las *estrellas CH, si bien son más ricas en metales y no tienen suficiente carbono como para ser consideradas * estrellas de carbono.

Estrella de bariones:

Estrella compuesta principalmente por bariones. En la práctica el término es un sinónimo de estrella de neutrones, ya que la repulsión eléctrica de los protones rompería una estrella de protones pura.

Estrella de campo:

Estrella que es visible en el mismo campo de visión que un cúmulo de estrellas, aunque no pertenece al mismo, estando o bien más próxima a nosotros o más distante. Análogamente, una galaxia de campo se encuentra en la misma línea de visión que un grupo de galaxias aunque no es un miembro del mismo.

Estrella de carbono:

Estrella gigante roja fría en una etapa avanzada de su evolución, mostrando intensos rasgos característicos del carbono en forma de bandas de CN, CH y C2 en su espectro; también conocida como estrella de tipo espectral C. En las estrellas de carbono, la abundancia de carbono es mayor que la de oxígeno. La presencia adicional de litio indica que estos elementos han sido producidos mediante reacciones nucleares en el núcleo de la estrella y que están siendo ahora transportados por convección hacia su superficie.

R Leporis es una estrella variable, de Carbono. Descubierta en 1.845 por el astrónomo inglés John Russell Hind, va oscilando desde la magnitud 5.5 hasta 11.7, en periodos constantes de 427.07 días, o sea, unos 14 meses. Se trata de una estrella de carbono, tipo espectral C6II, de un marcado color rojo conocida como la estrella carmesí de Hind, en honor a su descubridor, quien al observarla desde elocular de su telescopio, la comparó a una gota de sangre.

Dado que el carbono sólo puede ser producido por el proceso triple-alfa a temperaturas muy altas, estas estrellas deben de estar muy evolucionadas. Estos raros pero luminosos objetos incluyen a las antiguas tipos R (gigantes de tipo K con temperaturas de 4000-5000 K) y N (gigantes de tipo M aunque más frías, con unos 3000K), que fueron introducidos en la clasificación de Harvard. Las estrellas de carbono de tipo N pueden ser hasta 10 veces más luminosas que las de tipo R.

Estrella de circonio: V. estrella S.

 Las estrellas de tipo S presentan bandas intensas de cianógeno (CN) y contienen líneas espectrales de litio y tecnecio. Las estrellas S puras,

Proto estrella:

Este tipo de expulsiones han sido observadas antes en otras estrellas en formación, lo que hace pensar a los astrónomos que todas las estrellas pasan por este proceso. Los lanzamientos de hidrógeno y oxígeno en la estrella provocan grandes ondas alrededor de la misma, y el fenómeno podría ser el responsable de la existencia de agua en el universo

Estrella de estroncio:

Forma de estrella Ap con líneas de estroncio más intensas de lo habitual en su espectro. Estrellas viejas con niveles extrañamente altos de elementos raros como el estroncio y el itrio.

Estrella de helio:

Núcleo de una estrella que fue masiva (con más de 12 masas solares originalmente) y que ha evolucionado y perdido su envoltura rica en hidrógeno. La pérdida del hidrógeno puede ocurrir bien por medio de un intenso viento estelar, como en las estrellas Wolf-Rayet, o bien por transferencia de masa a un compañero, siempre que este se encuentre cerca de la primaria.

Se espera que las estrellas de helio evolucionen de la misma manera que los núcleos de las estrellas masivas, produciendo un núcleo de hierro que colapsa para generar una explosión de supernova de tipo Ib o Ic, dependiendo de la masa de la estrella.” Estrella de helio “es también un término obsoleto para referirse a una estrella d tipo B normal.

Estrella de la población I extrema:

Estrella que pertenece a la población estelar más joven. Como una estrella T Tauri, una estrella recién llegada a la secuencia principal de edad cero, o una estrella OB masiva con su región H II asociada. Dichas estrellas tienen altas abundancias de metales (similares a las del Sol o mayores).

Se encuentran en regiones localizadas del disco galáctico, notablemente en los brazos espirales, donde la formación de estrellas ha tenido lugar muy recientemente.

Estrella de la población intermedia:

Estrella con propiedades intermedias entre las viejas de la Población II del halo galáctico y las jóvenes de la Población I del disco galáctico. Su abundancia en metales pesados es intermedia entre la de las dos poblaciones, y se encuentran distribuidas en un grueso disco que se extiende por encima y por debajo de un fino disco en el que se encuentran las estrellas de la población del disco.

Una estrella que tenga una masa cercana a las 100 masas solares está en peligro y le puede ocurrir como a la que, arriba en la imagen podemos ver, será destruida por su propia radiación y, ni la fuerza de Gravedad puede mantenerla estable.

     Gigante roja como será el Sol dentro de 4.000 M de años

Estrella de la rama gigante asintótica:

Estrella que ocupa una franja en el diagrama de Hertzsprung-Russell que es casi paralela a, o justo por encima de, la rama de las gigantes. Las estrellas evolucionan desde la rama horizontal a la rama gigante asintótica cuando han agotado el helio en su núcleo y lo están quemando en una capa alrededor de este.

.                                                              

 

Los investigadores han observado un centenar de esos cuerpos celestes ricos en rubidio, conocidos como estrellas de la rama asintótica  gigantes. La variedad de estrellas (en sus componentes)m existentes en el Universo es inmensa. Incluso las tenemos que son auténticas diamantes.

Estrella de litio:

Estrella gigante inusual de tipo espectral G, K o M que presenta litio en su espectro. Las reacciones nucleares en o cerca del núcleo de la estrella evolucionada producen berilio, que es transportado por convección a las capas superiores, donde captura un electrón para convertirse en litio.

El término es en ocasiones aplicado para referirse a las estrellas T Tauri (que son muy jóvenes y todavía en formación); en estos casos el litio es probable que se hallara en el gas del cual se formó la estrella, y será pronto destruido una vez que la estrella alcance la secuencia principal.

Estrella de manganeso:

Estrella químicamente peculiar con una proporción inusualmente alta de manganeso con respecto de hierro y una temperatura correspondiente al tipo espectral B tardío. Son estrellas de la secuencia principal, similares a las estrellas Ap, aunque sin evidencias de campos magnéticos intensos.

Estrellas múltiples:

                    

Estrella de mercurio-manganeso:

Forma de estrella de manganeso que tiene una línea espectral a una longitud de onda de 398,4 nm, identificada como de hidrógeno ionizado; también conocida como estrella de manganeso-mercurio.

Estrella de metales pesados:

Gigante con cantidades inusuales de elementos pesados en su espectro, como las estrellas de bario o las estrellas S.

Estrella de neutrones:

Estrella masiva que al final de sus días se contrae en estrella de neutrones. Son objeto extremadamente pequeño y denso que se cree que se forma cuando una estrella masiva sufre una explosión de supernova de tipo II. Durante la explosión el núcleo de la estrella masiva se colapsa bajo su propia gravedad hasta que, a una densidad de unos 10 con exponente 17 k/m3, los electrones y los protones están tan juntos, que pueden combinarse para formar neutrones.

El objeto resultante, consistente sólo en neutrones, se soporta frente a un mayor colapso gravitacional por la presión de degeneración de los neutrones, siempre que su masa no sea mayor que unas dos masas solares (límite de Oppenheimer-Volkoff).

Si el objeto fuese más masivo colapsaría hasta formar un agujero negro. Una típica estrella de neutrones, con una masa poco mayor que la del Sol, tendría un diámetro de apenas 30 km, y una densidad mucho mayor que la que habría en un terrón de azúcar con una masa igual a la de toda la humanidad.

Cuanto mayor es la masa de una estrella de neutrones, menor es su diámetro. Se cree que las estrellas de neutrones tienen un interior de neutrones superfluitos (es decir, neutrones que se comportan como un fluido de viscosidad cero), rodeados por una corteza sólida de más o menos un kilómetro de grosor compuesta de elementos como el hierro.

Los pulsares son estrellas de neutrones magnetizadas en rotación. Las binarias de rayos X masivas también se piensa que contienen estrellas de neutrones.

Estrella de quarks:

Estrella hipotética con una densidad intermedia entre la de una estrella de neutrones y la de un agujero negro. Dichas estrellas estarían constituidas por quarks libres. Las fuerzas entre los quarks compensan las fuerzas gravitacionales. Es improbable que las estrellas de quarks existan en la naturaleza, pero algunos modelos de núcleos de estrellas de neutrones sugieren que los neutrones (y los protones) dejan de ser estados ligados para formar un caldo de quarks.

Estrella de referencia:

Estrella cuya posición y -o movimiento propio son conocidos, de manera que puede ser utilizada para definir un sistema de referencia local para las posiciones relativas o los movimientos propios de otras estrellas situadas en la misma área del cielo.

Estrella de silicio: Tipo de estrella Ap en la que hay una abundancia de silicio mayor de la normal.

Estrella Supermasiva:

                            Un peculiar Horizonte de Sucesos en el Centro de una Galaxia

La estrella supermasiva cuando se convierte en un agujero negro se contrae tanto que, realmente desaparece de la vista, de ahí su nombre de “agujeros negros”.  Su enorme densidad genera una fuerza gravitatoria tan descomunal que la velocidad de escape supera a la de la luz, por tal motivo, ni la luz puede escapar de él.  En la singularidad, dejan de existir el tiempo y el espacio, podríamos decir que el agujero negro está fuera, apartado de nuestro Universo, pero en realidad, deja sentir sus efectos, ya que, como antes dije, se pueden detectar las radiaciones de rayos X que emite cuando engulle materia de cualquier objeto estelar que se le aproxime más allá del punto límite que se conoce como Horizonte de Sucesos.

Estrella de tecnecio:

Estrella M o estrella de carbono que contiene isótopos de tecnecio. Dado que el isótopo de tecnecio de más larga vivaque puede ser creado por la nucleosíntesis estelar tiene una vida media de 210.000 años, este material debió de haberse creado recientemente en el interior de la estrella y más tarde llevado hacia su superficie.

Estrella de tipo intermedio:

Término empleado en ocasiones para referirse a las estrellas con tipos espectrales F o G.

Estrella de tipo tardío:

Estrella con una temperatura superficial más fría que la del Sol, con un tipo espectral K, M, C o S; a menudo, también se incluyen las estrellas G en esta categoría. Las estrellas de tipo tardío pueden ser o bien de baja masa, si son de la secuencia principal, o más masivas que el Sol, si son gigantes o supergigantes. La designación “tardío “proviene de la época en la que se pensaba incorrectamente que las estrellas con espectros K o M eran viejas y evolucionadas.

Estrella de tipo temprano:

Cualquier estrella masiva y caliente de tipo espectral O, B o A. La designación “temprano” deriva de una antigua idea errónea de que las estrellas evolucionaban desde un estado caliente y joven a un estado frío y viejo. El término también se utiliza para referirse al tipo más caliente de cada clase espectral; por ejemplo, una estrella K1 es más temprana que una estrella K5.

Estrella del polo:

La estrella visible a simple vista más próxima a los polos celestes Norte y Sur. La estrella del polo norte es en la actualidad Polaris, y la estrella del polo Sur es Sigma Octantis. No obstante, la posición del polo celeste (y, por tanto, a estrella del polo) cambia con el tiempo debido al efecto de la precesión.

Estrella doble:

Dos estrellas que aparecen próximas entre sí en el cielo. Dichos pares pueden dividirse en dos clases:

Dobles ópticas, donde las componentes no están gravitacionalmente ligadas, y dobles físicas, en las que las estrellas se hayan orbitando en torno a un baricentro común. El término “estrella doble” está restringido frecuentemente al primer grupo, mientras que el término estrella binaria es empleado para el segundo. De hecho, las dobles ópticas son relativamente poco comunes, y la mayoría de las dobles son realmente auténticos sistemas binarios

Las estrellas se reflejan en las olas que mueren en la playa y brillan como lucérnagas

Me gustaría haber hecho este viaje más completo y con más imágenes de estrellas que representaran a cada una de las clases que en las galaxias existen, sin embargo, diversas circunstancias me impiden llevarlo a la práctica. De todas las maneras y, como una muestra de la riqueza que existe en la familia estelar, creo que está bien para comprender que, el inmenso Universo, siempre nos sorprenderá con su contenido y las maravillas que en él están presentes.

 Eso sí, las estrellas son mucho más que simples puntos brillantes en el cielo

emilio silvera.

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Capítulo 2
La Tierra en el Universo

La Tierra es un pequeño cuerpo celeste, opaco, perteneciente a un grupo de planetas que giran alrededor de la estrella denominada Sol.

Galaxia irregular en la constelación de la Osa Mayor.

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Astrónomos han descubierto dos grandes y misteriosos objetos saliendo del agujero negro más brillante del universo conocido.

                                                   

Detectado en un estudio de 1959 de fuentes de ondas de radio cósmicas, el agujero negro supermasivo 3C 273 es un cuásar (abreviatura de ‘objeto cuasi-estelar’), porque la luz emitida por estos gigantes es lo suficientemente brillante como para confundirse con la luz de una estrella.

Si bien los agujeros negros en sí mismos no emiten luz, los más grandes están rodeados por gigantescos remolinos de gas llamados discos de acreción; a medida que el gas cae en el agujero negro a una velocidad cercana a la de la luz, la fricción calienta el disco y hace que brille con radiación, que generalmente se detecta como ondas de radio.

           Misteriosas estructuras de radio han sido descubiertas alrededor del cuásar más brillante

Quasar 3C 273 es el primer cuásar jamás identificado. También es el más brillante, brillando más de 4 billones de veces más que el Sol de la Tierra mientras se encuentra a una distancia de más de 2.400 millones de años luz.

Durante décadas, los científicos han estudiado extensamente el núcleo ardiente del agujero negro; empero, debido a que el cuásar es tan brillante, revelar algo sobre la galaxia que lo alberga ha sido casi imposible. Ese notable brillo, irónicamente, ha dejado a los científicos en gran parte en la oscuridad acerca de cómo los cuásares impactan en sus galaxias anfitrionas.

Salvo mejor parecer.

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En cualquier sitio que miremos nos dirán que la supersimetría en la física de partículas es:

“La supersimetría es una simetría hipotética propuesta que relacionaría las propiedades de los bosones y los fermiones. Aunque todavía no se ha verificado experimentalmente que la supersimetría sea una simetría de la naturaleza, es parte fundamental de muchos modelos teóricos, incluyendo la teoría de supercuerdas.  La supersimetría también es conocida por el acrónimo inglés SUSY.”

 

 

Un campo de Yang-Mills es un tipo de campo físico usado sobre todo en teoría cuántica de campos cuyo lagrangiano tiene la propiedad de ser invariante bajo una transformación de gauge local. Además, es el centro de la unificación entre la fuerza electromagnética, la fuerza débil y la fuerza fuerte.

                                     

“Lo que dice la supersimetría es que a cada bosón le corresponde un fermión, y a cada fermión, un bosón, y para que las cosas sean simétricas se necesitaría un balance, un equilibrio, ambas partículas que se correspondan deberían tener la misma masa. Como los físicos teóricos suelen tener una gran imaginación (¡matemáticos, seamos más imaginativos, tomemos ejemplo!) a cada compañera super-simétrica se le da un nombre espacial, de manera que, por ejemplo, el electrón, que es un bosón, tendría una compañera que se llama el selectrón; y las compañeras de los quarks serían squark. Para que la cosa no sea igual (¡asimetría al fin!) a las compañeras de los fermiones las llamamos de diferente manera, y así la del fotón es el fotino, y la del gravitón, el gravitino.”

“En resumen, la supersimetría (SUSY para los amigos) nos dice que tenemos que doblar el número de partículas, pero los dobles no han aparecido. Para, por ejemplo el electrón, no encontramos la compañera con la misma masa (recordemos que con la equivalencia masa=energía propugnada por Albert Einstein) que debería aparecer en las colisiones. Nuevo golpe de la imaginación: si no aparecen, será porque su masa es mucho mayor, y es justo a esa asimetría a lo que se refieren los físicos cuando hablan de la rotura de simetría. Y claro, para encontrar esas super-partículas necesitamos incrementar la energía de los aceleradores, se supone que estas masas de las super-compañeras se podrán observar en la región entre 100 GeV hasta 1 TeV en el LHC,”

La Supersimetría tiene unas matemáticas muy bellas y por esa razón los artículos sobre el tema están llenos de ellas. Como ha sucedido antes, por ejemplo, cuando se propuso la teoría de Yang – Mills, tenemos un esquema matemático brillante que aún no sabemos como encajar en el conjunto de las leyes naturales. No tiene ningún sentido, todavía, pero esperamos que lo tenga en un tiempo futuro.

Hay otro escenario mucho más atractivo para nuestra imaginación. Hemos podido ver que los átomos están formados  por pequeños constituyentes, los fotones, neutrones y electrones. Luego descubrimos que esos constituyentes, a su vez, tienen una subestructura: están formados de quarks y gluones. ¿Por qué, como probablemente hayas  pensado tú antes, el proceso no continúa así? Quizá esos Quarks y Gluones, e igualmente los electrones y todas las demás partículas aún llamadas “elementales” en el Modelo Estándar, estén también construidas de unos granos de materia aún menores y, finalmente, toda esa materia, si seguimos profundizando, nos daría la sorpresa de que toda ella es pura luz, es decir, la esencia de la materia.

Yo he tenido esa idea muy frecuentemente, nadie me quita de la cabeza que la materia, en lo más profundo de su “ser”, es la luz congelada en trozos de materia que, cuando llegan los sucesos, las transiciones de fase, se deja ver y sale a la “luz” del mundo para que la podamos contemplar.

Simetría es nuestra presencia aquí como observadores, la concha de un caracol, una galaxia, una flor y también las estrellas y los mundos, todo forma un conjunto armónico que hace ese todo en el que nosotros, inmersos en tanta grandeza, no acabamos de asimilar lo mucho que la Naturaleza nos quiere transmitir y, al formar parte de ella, nos cuesta más mirarla desde “fuera” para entenderla, sin ser conscientes que, en realidad, la debemos mirar desde dentro, ahí es donde estamos. ¡Dentro de ella! Siempre hay algo más allá:

The Scale of the Universe 2 – HTwins.net

¿Quieres darte una vueltecita por el universo, en un tiempo razonable y entre las escalas de lo más inimaginablemente grande y lo infinitesimalmente pequeño? Prueba The Scale of the Universe 2, segunda parte de un interactivo similar que hace tiempo estuvo circulando por la Red, y a disfrutar. Basta mover la barra de desplazamiento o usar la rueda del ratón, y también se puede hacer clic sobre los objetos para aprender algo sobre ellos.

 Todos sabemos de las grandes estructuras (inertes o vivas) que, en su inmensidad, transportan dentro de ellas o en la misma superficie, otras estructuras más pequeñas que, no por ello, dejan de ser también complejas. Grandes pulgas transportan pequeñas pulgas en su piel y, al igual que nosotros, llevan en ellas mismas a otros animáculos más pequeños, o, infinitesimales que, también, como nosotros, animales más grandes, tienen una misión encomendada sin la cual, seguramente nosotros, ni podríamos ser. Así que, tenemos que prestar mucha atención a lo que creemos “ínfimo” y que, en la mayoría de las veces, resulta ser más importante de lo que podemos llegar a imaginar.

Si miramos a los Quarks de un protón, por ejemplo, la mecánica cuántica (esa teoría maravillosa que controla todo el micro-mundo con increíble precisión), exige que el producto de la masa por la velocidad, el llamado “momento”, debe ser inversamente proporcional al tamaño de la “caja” en la cual ponemos nuestro sistema. El protón puede ser considerado como una de tales cajas y es tan pequeño que los quarks en su interior tendrían que moverse con una velocidad cercana a la de la luz. Debido a esto, la masa efectiva de los quarks más pequeños, u y d, es aproximadamente de 300 MeV, que es mucho mayor que el valor que vemos en las Tablas de Partículas; eso también explica porque la masa del Protón es de 900 MeV, mucho mayor que la suma de las masas en reposo de los quarks /y Gluones).

 Sí, dentro de los protones y neutrones, seguramente pueda haber mucho más de lo que ahora podemos vislumbrar. Nuestros aceleradores de partículas han podido llegar hasta ciertos límites que nos hablan de Quarks y ahora se buscan partículas super-simétricas o bosones traficantes de masa (como diría Ton Wood), y, nosotros, no sabemos si esos objetos existen o si podremos llegar a encontrarlos pero, por intentarlo… No dudamos en gastar ingentes cantidades y en utilizar cuantos recursos humanos sean precisos. El conocimiento de la Naturaleza es esencial para que, el futuro de la Física, sea la salvación de la Humanidad o, en su caso, de la raza que vendrá detrás de nosotros.

Algunas Teorías, como todos conocemos, han intentado unificar teorías de color con las de supersimetría. Quizá los nuevos Aceleradores de  Hadrones  (LHC) y otros similares que estarán acabamos poco después de estas primeras décadas del siglo XXI, nos puedan dar alguna pista y desvelar algunos de los nuevos fenómenos asociados a los nuevos esquemas que se dibujan en las nuevas teorías.

Los astrofísicos están muy interesados en estas ideas que predicen una gran cantidad de nuevas partículas superpesadas y, también varios tipos de partículas  que interaccionan ultra-débilmente. Estas podrían ser las “famosas” WIMPs que pueblan los huecos entre galaxias para cumplir los sueños de los que, al no saber explicar algunas cuestiones, acudieron a la “materia oscura” que, como sabéis, les proporcionó el marco perfecto para ocultar su inmensa ignorancia. “¡La masa perdida!” ¿Qué masa es esa? Y, sin embargo, los Astrofísicos, incansables, se aferran a ella y la siguen buscando…¡Ilusos!

            ¡El Universo! ¡Son tantas cosas! Desde nosotros los observadores, hasta la más ínfima partícula de materia, una estrella, un mundo o una galaxia. Todo tiene una importancia capital para conformar las estructuras a las que, finalmente, están destinadas.

Yo, en mi inmensa ignorancia,  no puedo explicar lo que ahí pueda existir. Sin embargo, sospecho que, deberíamos ahondar algo más en esa fuerza que llamamos Gravedad y que, me da la sensación de que nos esconde secretos que aún no hemos sabido desvelar. Y, por otra parte, tengo la sospecha de que la Luz, es más de lo que podemos suponer.

emilio silvera

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Muchas veces hemos hablado del electrón que rodea el núcleo, de su carga eléctrica negativa que complementa la positiva de los protones y hace estable al átomo; tiene una masa de solamente 1/1.836 de la del núcleo más ligero (el del hidrógeno). La importancia del electrón es vital en el universo. Simplemente con que su carga fuera distinta en una pequeña fracción… ¡El mundo que nos rodea sería muy diferente! Y, ni la vida estaría presente en el Universo.

            Experimentos con electrones y positrones nos enseñaron cómo funciona el universo

Pero busquemos los “cuantos”. La física del siglo XX empezó exactamente en el año 1900, cuando el físico alemán Max Planck propuso una posible solución a un problema que había estado intrigando a los físicos durante años. Es el problema de la luz que emiten los cuerpos calentados a una cierta temperatura, y también la radiación infrarroja emitida, con menor intensidad, por los objetos más fríos (radiación de cuerpo negro).

Estaba bien aceptado entonces que esta radiación tenía un origen electromagnético y que se conocían las leyes de la naturaleza que regían estas ondas electromagnéticas. También se conocían las leyes para el frío y el calor, la así llamada “termodinámica”, o al menos eso parecía. Pero si utilizamos las leyes de la termodinámica para calcular la intensidad de una radiación, el resultado no tiene ningún sentido. Los cálculos nos dicen que se emitiría una cantidad infinita de radiación en el ultravioleta más lejano y, desde luego, esto no es lo que sucede.

                                                                                       Acero al rojo vivo

Lo que se observa es que la intensidad de la radiación muestra un pico a una cierta longitud de onda característica, y que la intensidad disminuye tanto para longitudes mayores como para menores. Esta longitud de onda característica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta de objeto radiante (la temperatura absoluta se define por una escala de temperatura que empieza a 273º bajo cero). Cuando a 1.000º C un objeto se pone al “rojo vivo”, el objeto está radiando en la zona de luz visible.

Lo que Planck propuso fue simplemente que la radiación sólo podía ser emitida en paquetes de un tamaño dado. La cantidad de energía de uno de esos paquetes, o cuantos, es inversamente proporcional a la longitud de onda, y por tanto, proporcional a la frecuencia de radiación emitida. La fórmula es E = hν, donde E es la energía del paquete, ν es la frecuencia y h es una nueva constante fundamental de la naturaleza, la constante de Planck. Cuando Planck calculó la intensidad de la radiación térmica imponiendo esta nueva condición, el resultado coincidió perfectamente con las observaciones.

                   Con esta idea fue sembrada la semilla de lo que, más tarde, sería la mecánica cuántica

Poco tiempo después, en 1905, Einstein formuló esta teoría de una manera mucho más tajante: él sugirió que los objetos calientes no son los únicos que emiten radiación en paquetes de energía, sino que toda la radiación consiste en múltiplos del paquete de energía de Planck. El príncipe francés Louis-Victor de Broglie, dándole otra vuelta a la teoría, propuso que no sólo cualquier cosa que oscila tiene energía, sino que cualquier cosa con energía se debe comportar como una “onda” que se extiende en una cierta región del espacio, y que la frecuencia ν de la oscilación verifica la ecuación de Planck. Por lo tanto, los cuantos asociados con los rayos de luz deberían verse como una clase de partículas elementales: el fotón. Todas las demás clases de partículas llevan asociadas  diferentes ondas oscilantes de campos de fuerza, pero esto lo veremos más adelante.

Las dos primeras son la imagen obtenida por los físicos en el laboratorio de cómo se vería un electrón y, la segunda es la Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, con la cual se quiere significar cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones distintas. Lo cierto es que, el mundo de lo muy pequeño es extraño y no siempre lo podemos comprender.

El curioso comportamiento de los electrones en el interior del átomo, descubierto y explicado por el famoso físico danés Niels Bohr, se pudo atribuir a las ondas de de Broglie. Poco después, en 1926, Edwin Schrödinger descubrió cómo escribir la teoría ondulatoria de de Broglie con ecuaciones matemáticas exactas. La precisión con la cual se podían realizar cálculos era asombrosa, y pronto quedó claro que el comportamiento de todos los objetos pequeños quedaba exactamente determinado por las recién descubiertas “ecuaciones de ondas cuánticas”.

                                  La función de onda de Schrödinger nos acercó a ese mundo infinitesimal

Está bien comprobado que la mecánica cuántica funciona de maravilla…, pero, sin embargo, surge una pregunta muy formal: ¿Qué significan realmente estas ecuaciones?, ¿Qué es lo que están describiendo? Cuando Isaac Newton, allá en 1867 formuló cómo debían moverse los planetas alrededor del Sol, estaba claro para todo el mundo qué significaban sus ecuaciones: que los planetas estaban siempre en una posición bien definida des espacio y que sus posiciones y sus velocidades en un momento concreto determinan inequívocamente cómo evolucionarán las posiciones y las velocidades en el tiempo.

        Sin importar que estén a mucha distancia la una de la otra, están conectadas

Pero para los electrones todo es diferente. Su comportamiento parece estar envuelto en misterio. Es como si pudieran “existir” en diferentes lugares simultáneamente, como si fueran una nube o una onda, y esto no es un efecto pequeño. Si se realizan experimentos con suficiente precisión, se puede determinar que el electrón parece capaz de moverse simultáneamente a lo largo de trayectorias muy separadas unas de otras. ¿Qué puede significar todo esto?

El “universo de las partículas nunca ha sido fácil de comprender y su rica diversidad, nos habla de un vasto “mundo” que se rige por su propias reglas que hemos tenido que ir conocimiento y seguimos tratando de saber, el por qué de esos comportamientos extraños y a veces misteriosos. Así, la pregunta anterior, de ¿Qué puede significar todo eso?…

La pudo contestar Niels Bohr, de forma tal que,  con su explicación se pudo seguir trabajando, y muchos físicos siguen considerando su respuesta satisfactoria. Se conoce como la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica.

Las leyes de la mecánica cuántica han sido establecidas con mucha precisión; permite cómo calcular cualquier cosa que queramos saber. Pero si queremos “interpretar” el resultado, nos encontramos con una curiosa incertidumbre fundamental: que varias propiedades de las partículas pequeñas no pueden estar bien definidas de manera simultánea. Por ejemplo, podemos determinar la velocidad de una partícula con mucha precisión, pero entonces no sabremos exactamente dónde se encuentra; o a la inversa, podemos determinar la posición con precisión, pero entonces su velocidad queda mal definida. Si una partícula tiene espín (rotación alrededor de su eje), la dirección alrededor de la cual está rotando (la orientación del eje) no puede ser definida con gran precisión.

No es fácil explicar de forma sencilla de dónde viene esta incertidumbre, pero existen ejemplos en la vida cotidiana que tienen algo parecido. La altura de un tono y la duración en el tiempo durante el cual oímos el tono tienen una incertidumbre mutua similar. Para afinar un instrumento musical se debe escuchar una nota durante un cierto intervalo de tiempo y compararla, por ejemplo, con un diapasón que debe vibrar también durante un tiempo. Notas muy breves no tienen bien definido el tono.

Para que las reglas de la mecánica cuántica funcionen, es necesario que todos los fenómenos naturales en el mundo de las cosas pequeñas estén regidos por las mismas reglas. Esto incluye a los virus, bacterias e incluso a las personas. Sin embargo, cuando más grande y más pesado es un objeto, más difícil es observar las desviaciones de las leyes del movimiento “clásicas” debidas a la mecánica cuántica. Me gustaría referirme a esta exigencia tan importante y tan peculiar de la teoría con la palabra “holismo”. Esto no es exactamente lo mismo que entienden algunos filósofos por holismo, y que podría definir como “el todo es más que la suma de sus partes”. Si la física nos ha enseñado algo es justo lo contrario.

Miramos la imagen y sabemos exactamente lo que significa cada imagen y lo que hay en el núcleo central

Un objeto compuesto de un gran número de partículas puede ser entendido exactamente si se conocen las propiedades de sus partes (partículas); basta que sepamos sumar correctamente (¡y esto no es nada fácil en mecánica cuántica!). Lo que entiendo por holismo es que, efectivamente, el todo es la suma de las partes, pero sólo se puede hacer la suma si todas las partes obedecen a las mismas leyes. Por ejemplo,  la constante de Planck, h, que es igual a 6’626075… × 10^-34 Julios segundo, debe ser exactamente la misma para cualquier objeto en cualquier sitio, es decir, debe ser una constante universal.

Mucho ha sido el camino andado hasta nuestros tratando de conocer los secretos de la naturaleza que, poco a poco, nos van siendo familiares. Sin embargo, es más el camino que nos queda por recorrer. Es mucho lo que no sabemos y, tanto el micro-mundo como en el vasto mundo de muy grande, hay que cosas que aún, no hemos llegado a comprender.

                       El detector ATLAS funcionó, y rastrearon las partículas subatómicas…

Las reglas de la mecánica cuántica funcionan tan bien que refutarlas resulta realmente difícil. Los “trucos” ingeniosos descubiertos por Werner Heisenberg, Paul Dirac y muchos otros mejoraron y completaron las reglas generales. Pero Einstein y otros pioneros como Erwin Schrödinger siempre presentaron serias objeciones a esta interpretación. Quizá funcione bien, pero ¿Dónde está exactamente el electrón?, ¿en el punto x o en el punto y? En pocas palabras, ¿Dónde está en realidad?, y ¿Cuál es la realidad que hay detrás de nuestras fórmulas? Si tenemos que creer a Bohr, no tiene sentido buscar tal realidad. Las reglas de la mecánica cuántica, por sí mismas, y las observaciones realizadas con detectores son las únicas realidades de las que podemos hablar.

     Es cierto que, localizar y saber en qué punto exacto están esas pequeñas partículas… no es fácil

La mecánica cuántica puede ser definida o resumida así: en principio, con las leyes de la naturaleza que conocemos ahora se puede predecir el resultado de cualquier experimento, en el sentido que la predicción consiste en dos factores: el primer factor es un cálculo definido con exactitud del efecto de las fuerzas y estructuras, tan riguroso como las leyes de Isaac Newton para el movimiento de los planetas en el Sistema Solar; el segundo factor es una arbitrariedad estadística e incontrolable definida matemáticamente de forma estricta. Las partículas seguirán una distribución de probabilidades dadas, primero de una forma y luego de otra. Las probabilidades se pueden calcular utilizando la ecuación de Schrödinger de función de onda (Ψ) que, con muchas probabilidades nos indicará el lugar probable donde se encuentra una partícula en un momento dado.

Muchos estiman que esta teoría de las probabilidades desaparecerá cuando se consiga la teoría que explique, de forma completa, todas las fuerzas; la buscada teoría del todo, lo que implica que nuestra descripción actual incluye variables y fuerzas que (aún) no conocemos o no entendemos. Esta interpretación se conoce como hipótesis de las variables ocultas.

Albert Einstein, Nathan Rosen y Boris Podolski idearon un “Gedankenexperiment”, un experimento hipotético, realizado sobre el papel, para el cual la mecánica cuántica predecía como resultado algo que es imposible de reproducir en ninguna teoría razonable de variables ocultas. Más tarde, el físico irlandés John Stewar Bell consiguió convertir este resultado en un teorema matemático; el teorema de imposibilidad.

(“El teorema de Bell o desigualdades de Bell se aplica en mecánica cuántica para cuantificar matemáticamente las implicaciones planteadas teóricamente en la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen y permitir así su demostración experimental. Debe su nombre al científico norirlandés John S. Bell, que la presentó en 1964.

El teorema de Bell es un meta-teorema que muestra que las predicciones de la mecánica cuántica (MC) no son intuitivas, y afecta a temas filosóficos fundamentales de la física moderna. Es el legado más famoso del físico John S. Bell. El teorema de Bell es un teorema de imposibilidad, que afirma que:

Ninguna teoría física de variables ocultas locales puede reproducir todas las predicciones de la mecánica cuántica.”)

 

                                  ¿Cómo saber el número que saldrá cuando lanzamos los dados?

¡¡La mecánica cuántica!!, o, la perplejidad de nuestros sentidos ante lo que ese “universo cuántico” nos ofrece que, generalmente, se sale de lo que entendemos por sentido común. Ahí, en el “mundo” de los objetos infinitesimales, suceden cosas que no siempre podemos comprender. Y, como todo tiene una razón, no dejamos de buscarla en cada uno de aquellos sorprendentes sucesos que en ese lugar se producen. Podríamos llegar a la conclusión de que, la razón está en todo y solo la encontramos una vez que llegamos a comprender, mientras tanto, todo nos resulta extraño, irrazonable, extra-mundano y, algunas veces…imposible. Sin embargo, ahí está.

                       Cualquier perturbación en su camino, hará que todo sea distinto en la trayectoria

Dos elementos actúan de común acuerdo para garantizar que no podamos descorrer el velo del futuro, de lo que será después (podemos predecir aproximaciones, nunca certezas), el principal de esos elementos es la ignorancia nunca podremos saber el resultado final de éste o aquél suceso sin tener la certeza de las condiciones iniciales. En la mayoría de los sistemas físicos son, en mayor o menor medida dada su complejidad, del tipo caótico es tal que, el resultado de las interacciones entre elementos son sumamente sensibles a pequeñísimas variaciones de los estados iniciales que, al ser perturbados mínimamente, hacen que el suceso final sea y esté muy alejado del que se creía al comienzo.

¿El Futuro? Es el Tiempo por venir, lo que no existe, lo que sólo podemos imaginar y nunca tendremos la certeza de saber como será. Lo podemos presentir, incluso atisbar algunos rasgos de cómo podría ser. Sin embargo, como nos pasa con el horizonte si navegamos hacia él, nunca lo podremos alcanzar.

Estamos confinados en un eterno Presente previa visita al Pasado.

emilio silvera

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