En concreto, la energía es una cantidad que depende de cómo midamos las distancias y los intervalos de tiempo. Un automóvil de prueba que choca a gran velocidad contra una pared de ladrillos tiene obviamente energía. No obstante, si el veloz automóvil se aproxima a la velocidad de la luz, sus propiedades de distorsionan. Se contrae como un acordeón y los relojes en su interior se frenan. Lo que es más importante, Einstein descubrió que la masa del automóvil también aumenta cuando se acelera. Pero, ¿de dónde procede este exceso de masa?, y él concluyó que procedía de la energía.

                                         Nosotros somos energía conectados a la Galaxia

La teoría desarrolla un sistema de matemáticas con el fin de reconciliar estas afirmaciones en aparente conflicto. Una conclusión de la teoría es que la masa de un cuerpo, m, aumenta con su velocidad. Einstein también concluyó que si un cuerpo pierde energía L, su masa disminuirá en L/c². Einstein generalizó esta conclusión al importante postulado de que la masa de un cuerpo es una medida de su contenido en energía, de acuerdo con su ecuación m=E/c² que, en su versión más conocida es E=mc².

Esto tuvo consecuencias perturbadoras. Dos de los grandes descubrimientos de la física del siglo XIX fueron la conservación de la masa y la conservación de la energía; es decir, la masa total y la energía total de un sistema cerrado, tomados por separado, no cambian. Por ejemplo, si el coche veloz choca contra el muro de ladrillos, la energía del automóvil no desaparece, sino que se convierte en energía sonora del choque, energía cinética de los fragmentos de ladrillo que vuelan por los aires, energía calorífica, y así sucesivamente. La energía total (y la masa total) antes y después del choque es la misma.

  Inmensas energías de una explosión supernova han transformado los elemetos simples en otros más complejos

Sin embargo, Einstein decía ahora que la energía del automóvil podría convertirse en masa (un nuevo principio de conservación que decía que la suma total de la masa y la energía debe siempre permanecer constante). La materia no desaparece repentinamente, ni la energía brota de la nada. En este sentido, la materia desaparece sólo para liberar enormes cantidades de energía o viceversa.

Cuando Einstein tenía 26 años, calculó exactamente cómo debía cambiar la energía si el principio de la relatividad era correcto, y descubrió la relación E = mc². Puesto que la velocidad de la luz al cuadrado (c²) es un número astronómicamente grande, una pequeña cantidad de materia puede liberar una enorme cantidad de energía. Dentro de las partículas más pequeñas de materia hay un almacén de energía, más de un millón de veces la energía liberada en una explosión química. La materia, en cierto sentido, puede verse como un depósito casi inagotable de energía; es decir, la materia es en realidad energía condensada.

Einstein supo ver que las dimensiones más altas tienen un propósito: unificar los principios de la naturaleza. Al añadir dimensiones más altas podía unir conceptos físicos que, en un mundo tridimensional, no tienen relación, tales como la materia y la energía o el espacio y el tiempo, que gracias a la cuarta dimensión de la relatividad especial, quedaron unificados.

Desde entonces, estos conceptos los tenemos que clasificar no por separado, sino siempre juntos como dos aspectos de un mismo ente materia-energía por una parte y espacio-tiempo por otra. El impacto directo del trabajo de Einstein sobre la cuarta dimensión fue, por supuesto, la bomba de hidrógeno, que se ha mostrado la más poderosa creación de la ciencia del siglo XX, claro que en contra del criterio de Einstein, que era pacifista y nunca quiso participar en proyectos de esta índole.

Einstein completó su teoría de la relatividad con un segundo trabajo, que al menos en parte, estaba inspirado por lo que se conoce como principio de Mach; la guía que usó Einstein para crear esta secuela final y completar su teoría de la relatividad general.

Einstein enunció que la presencia de materia-energía determina la curvatura del espacio-tiempo a su alrededor. Ésta es la esencia del principio físico que Riemann no logró descubrir: la curvatura del espacio está directamente relacionada con la cantidad de energía y materia contenida en dicho espacio. Esto, a su vez, puede resumirse en la famosa ecuación de Einstein, que se denota:

Esta ecuación engañosamente corta es uno de los mayores triunfos de la mente humana. De ella emergen los principios que hay tras los movimientos de las estrellas y galaxias, los agujeros negros, el Big Bang, y seguramente, el propio destino del universo.

Hace tiempo ya que estamos pretendiendo subir la escalera que nos lleve hasta el secreto universal de la energía

Es curiosa la similitud que se da entre la teoría del electromagnetismo y la relatividad general; mientras que Faraday experimentó y sabía los resultados, no sabía expresarlos mediante las matemáticas, y apareció Maxwell que finalmente formuló la teoría.

Einstein, al igual que Faraday, había descubierto los principios físicos correctos, pero carecía de un formulismo matemático riguroso suficientemente potente para expresarlo (claro que Faraday no era matemático, y Einstein sí lo era). Carecía de una versión de los campos de Faraday para la gravedad. Irónicamente, Riemann tenía el aparato matemático, pero no el principio físico guía, al contrario que Einstein. Así que finalmente fue Einstein el que pudo formular la teoría con las matemáticas de Riemann.

                     Faraday y Maxwell

“¡Qué extraño sería que la teoría final se descubriera durante nuestra vida! El descubrimiento de las leyes finales de la naturaleza marcará una discontinuidad en la historia del intelecto humano, la más abrupta que haya ocurrido desde el comienzo de la ciencia moderna del siglo XVII. ¿Podemos imaginar ahora cómo sería?”

Steven Weinberg

 

¿Es la belleza un principio físico?

La teoría de supercuerdas nos da una formulación convincente de la teoría del universo, sin embargo, el problema fundamental radica en que una comprobación de dicha teoría está más allá de nuestras posibilidades actuales. De hecho, la misma teoría predice que la unificación de todas las fuerzas ocurre a la energía de Planck, o 10¹⁶ miles de millones de electronvoltios, que como sabéis, es alrededor de mil billones de veces mayor que las energía actualmente disponibles en nuestros aceleradores de partículas.

Ya he comentado otras veces que el físico David Gross (el de más edad de los miembros conocidos como el cuarteto de cuerdas y autores de la teoría llamada la cuerda heterótica) dijo en una ocasión: “El coste de generar esta fantástica energía necesitaría el dinero de las tesorerías de todos los países del mundo juntos, y quizá no llegara. Es verdaderamente astronómico.“

Siendo así, de momento estamos condenados a no poder verificar experimentalmente este motor (parado) que haría marchar el vehículo de la física. La teoría decadimensional está paralizada en dos sentidos: el económico y técnico y el matemático. El primero por falta de dinero que nos pudiera construir aceleradores tan potentes (el LHC sólo cumple parte de nuestros deseos) como para descubrir la partícula de Higgs, los quarks e incluso las cuerdas vibrantes, esos previsibles y minúsculos objetos primordiales que conforman la materia. En segundo lugar, las formulaciones matemáticas complejas que, según parece, aún no se han inventado. Parece que hoy, ni siquiera Witten o Perelman conocen el secreto de los números mágicos que nos puedan llevar hasta el final del camino iniciado por Einstein y Kaluza-Klein.

Aunque llegar hasta las cuerdas no será nada fácil, particularmente opino que la teoría de cuerdas nos dará muchas alegrías y que en ella están las respuestas a muchas preguntas que no sabemos contestar. Es cierto que no puede ser verificada al tener la energía necesaria para ello. Sin embargo, hay indicios de que las cuerdas pueden estar ahí, a la espera de que las podamos encontrar.

Dentro del mundo de la física los hay de todas las opiniones: en contra y a favor. Es famosa la postura detractora del Nobel Sheldon Glashow de Harvard; no quiere ni oír hablar de la teoría de supercuerdas a la que califica de física de teatro.

Otros muchos, la mayoría, como Murray Gell-Mann, Steven Weinberg (ambos premios Nobel) o el mismo E. Witten (medalla Field), opinan lo contrario y ven en esta teoría de dimensiones más altas el futuro de la física. Simplemte se trata de que, dicha teoría, nos ha llegado por casualidad mucho antes de lo que correspondía.

Los trabajos de Gabriele Veneziano (Florencia, 1942) son pioneros en uno de los temas estrella de la física teórica, la teoría de cuerdas, que permite desarrollar escenarios alternativos al Big Bang, mediante la existencia del tiempo y del espacio desde siempre.

La teoría de cuerdas se inventó a finales de los sesenta, y pasados los años se ha visto que era un escenario donde era posible describir al mismo tiempo la materia, el espacio y el tiempo, y de esa manera resolver un problema que se plantea en la teoría de la relatividad de Einstein. El mismo Einstein dedicó muchos años a intentar reconciliar su teoría de la relatividad con la mecánica cuántica. No lo consiguió, en su tiempo ni existían las matemáticas necesarias para ello, y, de hecho, aún seguimos esperando que aparezcan.

Ya sabemos que en física toda teoría debe ser verificada, una y otra vez, en uno y otro lugar, experimentalmente, obteniendo siempre el mismo resultado; es la única manera de que sea aceptada por la comunidad científica. Mientras tanto, la teoría no es fiable y queda a la espera de ser comprobada, verificada sin ningún lugar para la duda.

Pero, ¿se puede recrear la creación?

Sí, somos tan osados que ahí, debajo de ese círculo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), situado cerca de Ginebra por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), (formando un anillo de 27 kilómetros de circunferencia a 100 metros de profundidad, estamos pretendiendo recrear lo que en aquellos momentos (de la creación) pasó.

La teoría de supercuerdas trata de eso. Quiere explicarnos todos los misterios del universo a partir de ese primer momento, ¡la creación! ¿Cuántas y cuántas páginas no habré leído y escrito sobre estos temas fascinantes de los secretos del universo, las fuerzas que lo rigen, la materia de las galaxias y de los objetos que lo pueblan? No podría decirlo. Sin embargo, hay una cosa que sí puedo decir: ¡cuanto más profundizo en estas cuestiones, cuanto más conocimientos adquiero, más fascinación siento, y desde luego, mi capacidad de asombro persiste!

                       El LHC no es suficiente para generar las energías necesarias para llegar a las cuerdas

Qué lástima que no se construya un supercolisionador superconductor , que encontrara los vestigios subatómicos que mostrara una señal característica de la supercuerda, tal como la supersimetría. Claro que, no creo que hoy por hoy podamos ser capaces de construir un “mostruo” semejante que  pudiera sondear la distante energía de Planck (10¹⁹ GeV), pero sí podría habernos ofrecido una evidencia muy fuerte (aunque indirecta) de la corrección de la teoría de supercuerdas.

Ese supercolisionador fue un proyecto fallido que se hubiese completado en las afueras de Dallas, Texas, hubiera contado con un tubo gigantesco de 85 Km de circunferencia rodeado de enormes bobinas magnéticas. Lanzaría protones a velocidades muy cercanas a la de la luz, que viajarían en el sentido de las agujas del reloj y el sentido contrario, para en un momento dado hacerlos colisionar a una energía de 40 billones de electronvoltios (TeV), generando una intensa ráfaga de residuos subatómicos analizados por detectores que encontrarían partículas exóticas que hubieran arrojado luz sobre la forma esencial de la materia. Los campos magnéticos para guiar los protones y los antiprotones dentro del tubo son tan excepcionalmente grandes (del orden de 100.000 veces el campo magnético de la Tierra) que hubieran sido necesarios procedimientos extraordinarios para generarlos y mantenerlos. Además, el enfriamiento de las bobinas hasta casi el cero absoluto (-273º) y otros problemas hubieran obligado a enormes avances tecnológicos. Sin embargo, la política retiró el proyecto y nos quedamos sin la esperada partícula de Higgs (que ahora busca el LHC), que es la que genera la ruptura de simetría y es por tanto el origen de la masa de los quarks, así que habríamos podido descubrir el origen de la masa mucho antes. Aunque a decir verdad…, no las tenemos todas consigo.

Acordaos de que hace unos días os contaba como allá por el siglo XIX algunos científicos declararon que la composición de las estrellas estaría siempre fuera del alcance del experimento. En 1.825, el filósofo y crítico social francés Auguste Comte, al escribir el Curso de Filosofía, declaraba que nunca conoceríamos las estrellas de otra forma que como inalcanzables puntos de luz en el cielo debido a su enorme distancia de nosotros. Las máquinas del siglo XIX, o de cualquier siglo, argumentaba, no eran suficientemente potentes como para escapar de la Tierra y alcanzar las estrellas.

Así que parecía que el determinar la composición de las estrellas era imposible, y lo curioso es que casi al mismo tiempo, el físico alemán Joseph von Fraunhofer estuviera haciendo precisamente eso. Utilizando un prisma y un espectroscópio pudo descomponer la luz blanca emitida desde las estrellas lejanas y determinar la composición química de dichas estrellas. De la misma manera pudiera, en este mismo instante, estar trabajando un físico-matemático en profundizar en la teoría de supercuerdas y estar formulando otro respetable avance hacia nuestro futuro. Podemos desconfiar pero…negar la posibilidad de algo, sería arriesgado.

Como científico, ingeniero y emprendedor alcanzó logros como el descubrimiento de las “líneas de Fraunhofer” en el espectro óptico de la luz del sol, inventó un nuevo método de manufactura de lentes e inició un negocio de producción de vidrio para microscopios y telescopios. Debido a su carácter multifacético el instituto tecnológico Fraunhofer-Gesellschaft  lleva su apellido.

¿Qué sería de nosotros sin la física?

Tampoco los átomos eran verificables hace dos siglos y llegaron Planck, Einstein,  Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Feyman y tantos otros que dejaron todo el misterio al descubierto con la mecánica cuántica que nos puede facilitar datos con una precisión asombrosa.

La topología es probablemente la más joven de las ramas clásicas de las matemáticas. En contraste con el álgebra, la geometría y la teoría de los números, cuyas genealogías datan de tiempos antiguos, la topología aparece en el siglo diecisiete, con el nombre de analysis situs, ésto es, análisis de la posición. No podemos perderla de vista, ahí pueden estar las respuestas de la teoría de cuerdas.

Es la rama de las matemáticas  dedicada al estudio de aquellas propiedades de los cuerpos geométricos que permanecen inalteradas por transformaciones continuas. Es una disciplina que estudia las propiedades de los espacios topológicos y las funciones continuas.  La Topología se interesa por conceptos como proximidad, número de agujeros, el tipo deconsistencia (o textura) que presenta un objeto, comparar objetos y clasificar, entre otros múltiples atributos donde destacann conectividad, compacidad, metricidad, o metrizabilidad, etcétera.

Retrato de Leonhard Euler, pintado por Johann Georg Bruker

De todas las maneras, yo no perdería de vista la funciones modulares de Ramanujan, una bella teoría para la teoría de cuerdas supone que cada modo o vibración de una cuerda fundamental representa una partícula elemental distinta, y puede explicar a la vez la naturaleza de la materia y del espacio-tiempo (las partículas en lugar de ser puntuales pasan a ser unidimensionales). Es la primera teoría cuántica de la gravedad: Cuando se calcularon por primera vez las ligaduras de autoconsistencia que impone la cuerda sobre el espacio-tiempo, se observó con sorpresa que las ecuaciones de Einstein ( teoría de la gravedad) emergían de la cuerda, de hecho, el gravitón o cuanto de gravedad era la menor vibración de la cuerda cerrada.

No sabemos todavía por qué la teoría de cuerdas está definida sólo en 10, 11 y 26 dimensiones, aunque parece seguro que esta teoría no podría unificar las fuerzas fundamentales con tan solo tres dimensiones. Las cuerdas se rompen y se forman en el espacio N-dimensional arrastrando con ellas una serie de términos que destruyen las maravillosas propiedades de la teoría. Afortunadamente, estos términos aparecen multiplicados por el factor (N-10), lo que nos obliga a elegir N=10 para eliminarlos.

Los teóricos de cuerdas al intentar manipular los diagramas de lazos KSV ( Kikkawa-Sakita-Virasoro) creados por las cuerdas en interacción encuentran unas extrañas funciones llamadas modulares que aparecen en las ramas más distantes e “inconexas” de las matemáticas((Yutaka Taniyama ( Japón, 1927-1958) observó que cada función modular está relacionada con una curva elíptica. Esto forma la base de la conjetura Taniyama-Shimura que demostró ser una parte importante en la demostración del Último Teorema de Fermat de Andrew Wiles )). Una función que aparece continuamente en la teoría de funciones modulares se denomina función de Ramanujan, en honor al matemático Srinivasa Ramanujan, nacido en 1887 en Erode, India, cerca de Madrás.

Ramunujan ¡Qué personaje mistrioso! su mente estaba conformada por teoremas en lugar de por neuronas, y, aunque murió muy joven (como Riemann), sus trabajos del último año de su vida mientras se estaba muriendo, se podría comparar con el trabajo de toda una vida de los 10 mejores matemáticos del mundo. En otra ocasión ya os hablé de este personaje extensamente.

emilio silvera

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Cuando hablamos de “Estrellas de Quarks”,  “Materia Oscura”, “Bosón de Higgs”, “Singularidad”, “vacío”, Supercuerdas”, o,  Teoría de Todo” entre  otros muchos conceptos de física, astrofísica o astronomía no podemos dejar de plantearnos una pregunta: ¿Estará la teoría realmente confirmada o, por el contrario será que los experimentadores han sucumbido bajo la pressión de los teóricos?

En una prestigiosa página de ciencia, en relación al Bosón de Higgs, el pasado día 13 de Julio, se planteaba ésta pregunta: ¿El bosón de Higgs descubierto en el LHC es el predicho por el modelo estándar?

La combinación de todos los resultados experimentales disponibles, tanto en el Tevatrón (CDF+DZero) como en el LHC (Atlas+CMS), indica que el bosón escalar con una masa de 125,5 GeV descubierto el 4 de julio es el bosón de Higgs del modelo estándar. Si no lo es y se trata de un “impostor” (yo suelo llamarle un “primo”), la diferencia entre ambos es muy pequeña. La figura que abre esta entrada muestra que el descubrimiento de la nueva partícula tiene 6,9 sigmas de confianza estadística (la banda gris marca ±1 σ). Además, el cociente entre la tasa de producción de  la nueva partícula y la tasa de producción predicha por el modelo estándar es de solo μ = 1,02 ± 0,15, lo que implica un gran acuerdo con el valor predicho μ = 1. El mejor ajuste combinado para la masa del Higgs es m = 125,5 ± 0,54 GeV, como muestra la figura de abajo.

En resumen, el ajuste entre la nueva partícula y el bosón de Higgs es muy bueno, luego mientras nadie demuestre lo contrario, se ha descubierto el bosón de Higgs del modelo estándar. Este análisis y las figuras anteriores aparecen en Pier Paolo Giardino, Kristjan Kannike, Martti Raidal, Alessandro Strumia, “Is the resonance at 125 GeV the Higgs boson?,” arXiv:1207.1347, Submitted on 5 Jul 2012. (la fuente en Francis (th)E mule Science’s News).

Hablamos de aproximación y nada es aún seguro, queda mucho trabajo por delante para poder confirmar, asegurando que se trata de hecho, del famoso Bosón de Higgs.  Pero, tal y como están las cosas, la inmensa cantidad de dinero que se ha empleado en el Proyecto, las personas que están implicadas en el mismo… nos llevan a plantearnos otra pregunta: ¿Son esos resultados reales o son simplemente el producto de los buenos deseos? Esto último es lo que aveces sospechan los críticos y los historiadores de la Ciencia. Parece que si la teoría no lo necesita, no existe, mientras que si la teoría lo requiere, todos los experimentadores lo verán rápidamente.

Claro que, este comentario está hecho con el mayor respeto hacia los experimentadores a los que, de partida, no considero sospechosos, pero esas ganas de encontrar algo…te puede llevar a “ver” lo que no hay. Un buen científico debe subestimar más que sobreestimar los resultados y la precisión de los mismos y de manera muy especial si esos resultados resultan ser de tanta importancia. Hasta tal punto lo es en este caso que, el mismísimo Modelo Estándar de la Física de Partículas e interaacciones, está pendiente de dicha confirmación para saber, de dónde procede la masa de las partículas.

Claro que, en este caso, otros experimentos posteriores nos darán las respuestas definitivas que vendrán, a confirmar aquella primera impresión positiva o, por el contrario (como pasó otras veces) delatará un error cometido. En ambos casos, tendremos la verdad y eso, ya es bastante para saber que caminos debemos o no debemos seguir.

En el tema de la materia oscura, nos encontramos también algo confusos y, tenemos experimentos para todos los gustos. Unos dicen que han  detectado materia oscura alrededor de las galaxias y, más tarde, vienen a decir que no, que no era materia oscura y que la observación se había desviado hacia derroteros engañosos. Muchos son los que confiorman la materia oscura y muchos también, los que la niegan.

Claro que todos  sabemos que “Materia oscura” es la materia hipotética de composición desconocida que no emite o refleja suficiente radiación electromagnética para ser observada directamente con los medios técnicos actuales pero cuya existencia puede inferirse a partir de los efectos gravitacionales que causa en la materia visible, tales como las estrellas o las galaxias, así como en las anisotropías del fondo cósmico de microondas. No se debe confundir la materia oscura con la energía oscura. De acuerdo con las observaciones actuales de estructuras mayores que una galaxia,  así como la cosmología del Big Bang,  la materia oscura constituye la gran mayoría de la masa en el Universo observable. Frits Zwicky la utilizó por primera vez para declarar el fenómeno observado consistente con las observaciones de materia oscura como la velocidad rotacional de las galaxias y las velocidades orbitales de las galaxias en los cúmulos, las lentes gravitacionales de objetos de fondo por los cúmulos de galáxias así como el Cúmulo Bala (1E 0657-56) y la distribución de temperatura de gas caliente en galaxias y cúmulos de galaxias. La materia oscura también juega un papel central en la formación de estructuras y la evolución de galaxias y tiene efectos medibles en la anisotropía de la radiación de fondo de microondas. Todas estas líneas de pruebas sugieren que las galaxias, los cúmulos de galaxias y el Universo como un todo contienen mucha más materia que la que interactúa con la radiación electromagnética: lo restante es llamado “el componente de materia oscura”. Claro que, también todo esas anomalías observadas pudieran ser debidas a una fuerza que no hemos podido observar o descubrir, y, también, a cualquier otro factor desconocido de los que tántos esconde el Universo.

Los físicos proponen un mecanismo que explica el origen tanto de la materia oscura como de la materia ordinaria. Este mapa en 3D muestra la distribución a gran escala de la materia oscura, reconstruida a partir de las mediciones realizadas por el método de las lentes gravitatorias débiles con el Telescopio Espacial Hubble. El campo de visión abarca cerca de nueve veces el tamaño de la Luna llena.

De la lecturta del último párrafo, uno sale convencido totalmente de que, nadie sabe lo que la “materia oscura” puesa ser. Es como aquel criste que contaban en el que, un cazador que tenía tenblores era el que más pájaros mataba. Uno del grupo, algo mosca, decía: “Claro es que apunta a todos los lados”. De la misma manera, los “expertos, se curan en salud y dicen que la hipotética “matria oscura” pueden ser: ” los WIMPs y los axiones, cuerpos astronómicos como las estrellas enanas y marrones y los  planetas (colectivamente llamados MACHO) y las nubes de gases no luminosos.” y, seguro que me dejo algunop por detrás, ya ue me fantan los neutrinos y los agujeros negros que también, fueron candidatos a “materia oscura”.

En lo que al vacío se refiere, son muchos los conceptos que como vacío está en nuestras bocas y, podemos decir: “Se ha detectado un inmenso vacío en el Universo lejano”. En la página de Astronomía Of The Day de la Nasa, con esa imagen de arriba, nos decían:

“¿Qué ha creado este gigantesco volumen vacío en el Universo? Nadie está aún seguro. Es más: se sigue investigando incluso el tamaño del hueco, estimado en unos millones de años-luz.  El vacío no es un “agujero en el espacio” como podría serlo un agujero negro, sino más bien una inmensa región del Universo en la que al parecer no hay materia normal, o, siquiera, materia oscura. Se cree que el vacío puede contener energía oscura,  sin embargo, y es claramente transparente a la luz.

La existencia de esta zona vacía se postula como posible explicación para la inusuales zonas frías cartografiadas en elmapa de la misión WMAP del fondo cósmico de microondas  (CMB). Una posibilidad es que esta región del fondo cósmico de microondas no esté realmente tan fría,  sino que la luz proveniente de ella haya sufrido, de alguna manera, un desplazamiento cosmolñógico al rojo mayor que el esperado. Se conocen otros vacíos de estas características en el Universo, pero éste parece tener efectos gravitatorios inusualmente grandes, por lo que podría ser el mayor vacío del Universo conocido. En una investigación sobre el tema, un reciente estudio encontró un número extrañamente reducido de fuentes císmicas de radio entre la Tierra y esta zona fría del fondo cósmico de microondas, dato que llevó a inferir la existencia de esta inmensa zona vacía.” Es decir, continuamos dando palos de ciego y, cuando no sabemos, teorizados y emitimos conjeturas e hipótesis que, no siempre, reflejan la realidad.

Es el estado cuántico con la menor energía posible. Generalmente no contiene partículas físicas. El término “Energía del 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.

La existencia del cuanto de acción supone, realmente, la desaparición del vacío como tal. La mínima energía posible en el espacio (fluctuaciones cuánticas) deja de ser cero para pasar a depender del inverso de la distancia considerada. A la menor distancia posible (longitud de Planck = 10-35 metros) , se le asocia una energía considerable, equivalente a una masa de 0,00002 gramos, y si mantuviéramos la misma relación, la masa correspondiente a un metro sería del orden de 1,2 x1024 toneladas. Pero la propia existencia del mínimo cuanto de acción – principio de incertidumbre – determina que las fluctuaciones de energía del vacío queden acotadas, y sean cada vez menores conforme aumenta la distancia. Para las distancias macroscópicas, cotidianas para nosotros, son prácticamente nulas.

Después de leer todo lo anterior, tenemos que pensar y hacernos preguntas sobre lo que es y lo que realmente puede ser. Cierto que, no estamos en disposición de discernir entre la verdad y la mentira de todo lo que se dice y, para no estar seguros, no sabemos, con certeza, ni siquiera si el Big Bang existió y fue el origen del Universo, o, por el contrario, el Universo ya estaba aquí, o, se formó de otra manera.

Muchas de las cosas que se nos presentan como ciertas…No lo son, y, sin embargo, ahí perduran en nuestras mentes como si de algo real se tratara y, pasado el tiempo, se descubre que aquello, no era tal como nos lo contaron sino que, se trataba de algo distinto y totalmente opuesto a lo que fue nuestro credo.

Así hemos venido caminando los componentes de este grupo que forma una especie que llamamos humanidad. Somos curiosos y queremos saber sobre todo lo que a nuestro alrededor pasa, saber cómo pasaron las cosas y llegar a comprender el por qué sucedió así y no de otra manera. Pero la ciencia, la única que nos podía dar una respuesta, no es fácil y exige de ciertas reglas que debemos cumplir y, desde luego, no siempre hemos estado preparados para cumplirlas y, la mejor herramienta que hemos tenido ha sido nuestra Mente. Imaginación y pensamientos que nos llevaron a dibujhar en nuestras mentes un “mundo” que no siempre coincide con el mundo pero, de esa manera, hemos avanzado y lo seguimos haciendo.

Bueno, es cierto, y debemos reconocer que aún no sabemos “todo” y, sin embargo, hemos podido llegar a comprender muchas cosas que sí podríamos explicar, todas esas imñágenes de arriba y muchas más pueden ser explicadas de manera muy detallada y con abundancia de datos. La Humanidad no está pasara, nunca dejó de moverse y la imaginación que genera sus mentes…evoluciona sin cesar, es una fuente de creación y, aunque sea lentamente (el ritmo lo impone el Universo), vamos sabiendo y, algún día sabremos lo que realmente pueda ser eso que llamamos “materia oscura”, sabremos si el Higgs es el dador de las masas, y podremos comprender sobre el vacío y sus verdaderas propiedades y, además, sabremos sobre otros muchos secretos que el Universo guarda y que, nosotros, humildes humanos, vamos a desvelar.

emilio silvera

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Para nosotros, Shalafi y yo mismo, dos enamorados de la Física y la Astronomía, cuando comenzamos esta humilde aventura, nunca pudimos pensar que pudiéramos llegar tan lejos. Si consideramos que aquí hablamos de Ciencia…, los candidatos a interesarse por el tema no parecían, en un principio que pudieran ser muchos y, sin embargo, gratamente sorprendidos, podemos decir hoy que, existen más personas de las que nos podíamos imaginar interesadas en cuestiones de la Física y de la Astronomía de las que, en un principio, habíamos calculado.

Que cuando empezamos no podíamos pensar en alcanzar 5.000.000 de visitantes, es una realidad. Sin embargo, el tiempo fue pasando y cada día hemnos procurado mejorar en todos los sentidos. Gran parte del éxito ha sido nuestra perseverancia, nunca nos dimnos por vencidos e insitimos día tras día, en exponer trabajos que trataban despertar la curiosidad de los visitantes que, ahora, son asiduos y cada vez más.

Juanma (Shalafi), ha estado al tanto de toda la estructura informatíca (el Alma de este lugar) y, por mi parte, he procurado principalmente que todos los trabajos aquí expuestos, estuvieran redactados con la mayor sencillez posible para que llegara a la comprensión de cuantos más mejor. Así, las cosas contadas de forma amena y comprensibles, atrajo a un gran número de personas que tenían interés en saber el por qué de las cosas.

Muchos de los visitantes (casi todos), pasan en silencio, no dejan su parecer o su crítica, seguramente deben madurar en estas disciplinas y, cuando adquieran más seguridad, los tendremos aquí para exponer sus impresiones sobre los diversos temas que son objetos de estudio y posterior  debate.

De todas las maneras…¡¡GRACIAS AMIGOS!! por vuestra compañia, ya que, de haber estado en solitario, este lugar no habría vivido tanto sinn un objetivo cierto que cubrir como de hecho ocurre. Divulgar la Ciencia nos da satisfacción y dialogar sobre ella, nos enseña.

Un saludo cordial a todos y cada uno de los visitantes sean asiduos o no, hayan hecho comentarios o no, ya de que todos, sin excepción, forman parte de esa gran familia de cinco millones.

Shalafi y emilio silvera

[?]

A finales del siglo XIX y principios del XX algunos podían creer que los secretos de la Naturaleza estaban todos descubiertos gracias a los descubrimientos que en el pasado hicieran Newton y otros y más recientemente Maxwell, Planck, Einstein y otros muchos que, con sus trabajos nos desvelaron cómo funcionaba la gravedad, qué era en realidad la electricidad y el magnetismo y también, nos llevaron hasta el fascinante mundo de lo muy pequeño con la mecánica cuántica.

La mecánica, la óptica, la electricidad… todo estaba descubierto y explicado. Los científicos de la época pansaban que sus futuros colegas sólo se dedicarían a realizar medidas para obtener las constantes con mayor precisión cada vez. Después de todo aquello, se siguió avanzando y continuamos haciéndonos prguntas creyendo que nos llevarían a las respuestas últimas.

Si, por ejemplo, las supercuerdas nos conducen a las respuestas últimas, entonces, ¿en qué dirección debemos continuar nuestra investigación?, ¿es que nos hemos introducido tanto en el mundo de lo desconocido y lo ininteligible que estamos a punto de ahogarnos en un mar de lo absurdo?, ¿estamos enterrados bajo tántas preguntas de los imposibles que deberíamos considerarnos perdidos?, ¿tiene algún sentido especular acerca de la “Teoria de Todo” en mundo extraño de los números de Planck?

Bueno, si queremos ser sinceros…, podemos discrepar de algunas de las cuestiones que hoy se están debatiendo y ser críticos con otras. Sun ebargo, no podremos negar los avances que realmente se están logrando en el mundo de las nuevas tecnologías que, gracias a la Física, ya están en el futuro y, en nuestras vidas cotidianas lo estamos viendo continuamente.

Por otra parte, nada despierta más nuestra curiosidad que lo ininteligible y, precisamente por eso, tiene tanto éxito y llama la atención teorías como la de las supercuerdas. Miremos, por ejemplo, lo que es tan curioso en el mundo de la longitud de Planck es que no podemos encontrar absolutamente ningún modelo que nos pueda dar una descripción razonablemente autoconsistente de partículas que interaccionan entre sí con fuerzas gravitatorias tan intensas y que, al mismo tiempo, abedezcan a las leyes de la mecánica cuántica. Por tanto, incluso si hubiéramos sido capaces de realizar experimentos con choques de partículas con energías planckianas, no hubiéramos sabido como comparar los resultados con una teoría. Aquí hay trabajo para los físicos: hacer una teoría. No nos importa demasiado como describa esa teoría la interacción gravitatoria, perom tenemos suficientes requisitos en la lista como para que encontrar  esa candidata a ser la teoría sea una labor extremadamente difícil. La Teoría de Supercuerdas parecía estar a punto de conseguirlo, pero falló en los últimos momentos.

Mientras buscamos esas teorías que están más allá de nuestras posibilidades reales de hoy, la Ciencia no se para y sigue avanzando en otros muchos campos que, como antes decía, nos están llevando a pasos agigantados hacia un futuro que ya está con nosotros y, lo está haciendo con tal rapidez que ni nos hemos percatado de ello.

En cuanto a esa soñada Teoria de Todo, en primer lugar debe ser matemáticamente exacta y tiene que permitirnos calcular con extrema precisión el comportamiento de las partículas bajo todas las circunstancias imaginables. Por ahí circulan una y mil “teorías” que exponen las ideas más variopintas que imaginarnos podamos pero, desgraciadamente son inñutiles para los físicos porque sus desripciones no reúnen el rigor ni la prcisión que deben estar presentes en toda buena teoría. Por otra parte, los físicos prefieren que la teoría trate la fuerza gravitatoria de tal manera que esté de acuerdo con la obtenida en la formulación de la teoría de la relatividad general de Einstein. Sabemos que la fuerza gravitatoria entre cuerpos pesados como las estrellas y los planetas obedece a esta teoría con gran exactitud (como ha sido confirmado espectacularmente en las observaciones de los púlsares, estrellas compactas que rotan a gran velocidad. Nuestra teoría candidata debería explicar estas observaciones.

No digamos de los intrincados caminos que la Física ha sobrevolado cuando se ha querido meter en la posibilidad de hacer viajes en el Tiempo y, los físicos se encontraron con una y mul paradojas extrañas. Además, como nos ocurre con la Teoría de cuerdas, al meternos en un sendero desconocido y de intrincados peligros…nunca hemos podido llegar al final después de largos y costosos recorridos. ¿Servirá para algo los muchos esfuerzos realizados?

Por otra parte somos conscientes y conocedores de que las leyes de la mecánica cuántica son inexorables y, por tanto, queremos que nuestra teoría sea formulada en términos de la mecánica cuántica. Tanto la mecánica cuántica como la teoría de la relatividad tienen la propiedad de que, tan pronto como uno admita la más pequeña desviación de esos principios, ambas darían lugar a una teoría totalmente diferente, que de ninguna manera se parecería al mundo que conocemos (o pensamos conocer). “Un poco relativista” o “un poco mecanicuántico” tiene tan poco sentido como “un poco embarazado”. Podríamos imaginar, por otra parte, que la mecánica cuántica o la relatividad general, o ambas, serían marcos demasiado restrictivos para nuestra avanzada teoría, de manera que habaría que extender sus principios.

La cuerda es cuántica y gravitatoria, de sus entrañas surge, como por arte de magia, la partícula mensajera de la fuerza de gravedad: el gravitón. Funde de forma natural las dos teorías físicas más poderosas de que disponemos, la mecánica cuántica y la relatividad general, y cuando se convierte en supercuerda -con mayores grados de libertad- es capaz de describir bosones y fermiones, partículas de fuerza y de materia. La simple vibración de una cuerda infinitesimal podría unificar todas la fuerzas y partículas fundamentales.

Parece que todo está hecho de cuerda, incluso el espacio y el tiempo podrían emerger de las relaciones, más o menas complejas, entre cuerdas vibrantes. La materia-materia, que tocamos y nos parece tan sólida y compacta, ya sabíamos que está casi vacía, pero no imaginábamos que era tan sutil como una cuerda de energía vibrando. Los átomos, las galaxias, los agujeros negros, todo son marañas de cuerdas y supercuerdas vibrando en diez u once dimensiones espaciotemporales.

Está claro que no trato de explicar aquí una teoría que no comprendo y, el tratar el tema se debe a la curiosidad de tratar de indicar el camino, o, los caminos, por los que se podría llegar más lejos, al menos, algo más allá.

En el universo existen numerosas estrellas cuyas masas son considerablemente mayores que las del Sol, debido a lo cual, la fuerza gravitotoria en su superficie es considerablemente más intensa que sobre la Tierra o sobre el Sol. La enorme cantidad de materia de una de esas estrellas causa una presión inimaginablemente alta en su interior, pero como  las tenperaturasd en el interior de las estrellas es también altísima, se produce una presión contraria que evita que la estrella se colapse. La estrella, sin embargo, pierde calor continuamente. Al proncipio de su vida, en las estrellas se producen todo tipo de reacciones nucleares que mantienen su temperatura alta y que incluso la pueden elevar, pero antes o después el combustible nuclear se acaba. Cuanto más pesada sea la estrella, mayor es la prsión y la temperatura, y más rápidamente se consume su combustible. La contrapresión disminuye progresivamente y la estrella se va colapsando bajo la presión. según dismunye el tamaño de la estrella, la fuerza gravitatoria aumenta hasta que finalmente se produce una implosión -un colapso repentino y completo- que no puede ser evitado por más tiempo.

Según todos los indicios, cuando la estrella es muy masiva, la Improsión finaliza convirtiendo a la estrella en un A. N., pero antes, explota como supernova y llena el espacio de los materiales coplejos que han sido fabricados en sus hornos nucleares, siembra el espacio con una Nebulosa de la que, años más tardes, nacerán nuevas estrellas y nuevos mundos…Y, ¿quién sabe!

A menudo esta implosión libera tanto calor que las capas exteriores de la estrella explotan por la presión de la radiación, y la implosión queda interrumpida produciéndose una esfera extremadamente compacta de “material nuclear” que conocemos como una estrella de neutrones. Algunas veces, estas estrellas de neutrones rotan con una tremenda velocidad (más de 500 revoluciones/segundo), y, debido a irregularidades en la superficie, emiten una señal de radio que pulsa con esa velocidad.

Si todos estos sucesos pudieran ser observados desde una distancia segura, las señales emitidas por el material durante la implosión pronto serían demasiado débiles para ser detectadas y, en el caso de un afgujero negro, el objeto se vuelve de ese color y desaparece de nuestra vista convertido en una “bola de gravedad pura”, se pueden calcular sus propiedades con precisión matemática. Sólo se necesitan tres parámetros para caracterizar completamente al agujero negro: su masa, su movimiento angular (cantidad de movimiento de rotación) y su carga eléctrica.

También se puede calcular como se comportan los chorros de partículas cuando se aventuiran cerca del agujero negro. Hawking ya nos habló de ello y explicó con suficiente claridad, lo que pasaba era que, en contra de lo que pudiéramos pensar, el agujero emite un débil flujo de partículas en ciertas circunstancias. ¿Esas partículas son reales! Cada Agujero Negro está emitiendo un flujo constante de partículas de todas las especies concebibles.

Es cierto que nunca hemos podido estar tan cerca de un agujero negro como para poder comprobar, in situ, la radiación Hawking que, para su formulación, sólo utilizó leyes bien establecidas de la naturaleza y que, por tanto, el resultado debería ser incuestionable, pero no es del todo cierto por dos razones.

La primera razón es que nunca (como he dicho) hemos sido capaces de observar un agujero negro de cerca y mucho menos de un tamaño tan pequeño que su radiación Hawking pueda ser detectada. Ni siquiera sabemos si tales miniagujeros negros existen en nuestro universo, o si sólo forman una minoría extremadamente escasa entre los objetos del cielo. Aunque pensemos conocer la teoría, no nos hab´ria hecho ningún daño haber podido comprobar sus predicciones de una forma o de otra. ¿Sucede todo exactamente como pensamos actualmente que debería suceder?

Otros, como Gerald ´t  Hooft, consiguieron construir otro tipo de teorías alternativas y le dieron resultados distintos a los de Hawking, en la que el Agujero Negro podia radiar con una intensidad considerablemente mayor que la que la teoría de Stephen predecía.

Hay un aspecto relacionado con la radiación Hawking mucho más importante. El agujero negro disminuye su tamaño al emitir partículas, y la intensidad de su radiación crece rápidamente según se reduce su tamaño. Justo antes de llegar a los estadios finales, el tamaño del agujero negro se hará comparable a la longitud de Planck y toda la masa llegará a ser sólo un poco mayor que la masa de Planck, Las energías de las partículas emitidas corresponderan a la masa de Planck.

¡Solamente una teoría completa de la Gravedad Cuántica podrá predecir y describir exactamente lo que sucede al agujero negro en ese momento! Esta es la importancia de los Agujeros Negros para la teoría de partículas elementales en la Longitud de Planck. Los agujeros negros serían un laboratorio ideal para experimentos imaginarios. Todos alcanzan, por sí mismos, el régimen de energía de los números de Planck, y uhna buena teoría debe ser capaz de decirnos como calcular en ese caso. Durante casi una década, Gerad ´t Hoofft ha estado resltando esa objeción en la teoría de supercuerdas: no nos dice nada de los agujeros negros y mucho menos de cómo un agujero negro puede comenzar su vida como un agujero negro de tamaño “astronómico” y acabar su vida explosivamente.

Lo cierto es que, andamos un poco perdidos y no pocos físicos (no sabemos si de forma interesada), insisten una y otra vez, en cuestiones que parecen no llevar a ninguna parte y que, según las imposibilidades que nos presentan esos caminos, no sería conveniente elegir otros derroteros para indagar nuevas físicas mientras tanto, avanzan las tecnologías, se adquieren más potentes y nuevas formas de energías que nos puedan permitir llegar a sondear las cuerdas y poder vislumbrar si, es cierto, que pueda existir alguna “materia oscura”, o, si existen bosones dadores de masa, o…¡tántas cosas más que, la lista, sería interminable! de las cosas que no sabemos.

emilio silvera

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El Invernadero Marciano

En muchas de las fotografías que nuestros ingenios espaciales han tomado de muchos lugares de Marte, podemos ver, sin ningún lugar a dudas, que el agua corrió rumorosa por sus regajos y canales.

Los “ríos marcianos” ofrecen una clara evidencia de que el planeta fue en algún momento más caliente y más húmedo. Pero, ¿cómo pudo ser esto? A primera vista hay una buena razón para creer que Marte debería haber estado aún más frío en el pasado que lo está hoy. Dicha razón tiene que ver con el denominado problema del Sol joven. A medida que el Sol envejece, se hace poco a poco más brillante debido a cambios en su constitución química.

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