Sí, amigos míos, la Belleza puede estar en todas partes y, a cualquier lugar que podamos mirar nos podemos encontrar con esa maravillosa imagen que nos deje sin respiración. También una nirada o una bella canción… Nos pueden transportar a otro mundo sin salir de este.

emilio silvera

[?]

El gráfico representa un modelo de manguera de un espacio-tiempo de dimensiones más altas de tipo Kaluza-Kleim donde la longitud, o mejor, la dimensión a lo largo de la longitud de la manguera representa el 4-espacio-tiempo normal, y la dimensión alrededor de la manguera representa la dimensión extra “pequeñas” (quizá escala de Planck). Imaginemos un “ser” que habite en este mundo, que rebasa estas dimensiones extra “pequeñas”, y por ello no es realmente consciente de ellas.

Nuestras Mentes están conformadas de forma tridimensional, nuestro mundo es de tres dimensiones espaciales, la cuarta, el Tiempo, no incide en la posible alteración evolucitva que podríamos acoger para experimentar el poder vislumbrar más altas dimensiones pero, ¿podrán alterarse las percepciones? En lo que a lo material se refiere, nuestros cerebros sólo perciben las tres dimensiones de las que ellos mismos está hechos. Sin embargo, el cerebro es tan complejo que puede generar algo que llamamos Mente y, a partir de ahí… ¡Cualquier cosa sería posible!

                   Nunca nos ha resultado fácil encontrar esas otras dimensiones extra

Nuestras mentes hacen posible ver las cosas de diferentes maneras, incluso aquellas que no podemos ver.

Para ver cómo dimensiones más altas simplifican las leyes de la Naturaleza, recordemos que un objeto tiene longitud, anchura y altura.  Puesto que tenemos libertad para girar un objeto 90º, podemos transformar su longitud en anchura y su anchura en altura.   Mediante una simple rotación, podemos intercambiar cualquiera de las tres dimensiones espaciales.

Ahora bien, si el tiempo es la cuarta dimensión, entonces es posible hacer “rotaciones” que convierten el espacio en tiempo y el tiempo en espacio.  Estas rotaciones tetradimensionales son precisamente las distorsiones del espacio y del tiempo exigidas por la relatividad especial. En otras palabras, espacio y tiempo se mezclan de una forma esencial, gobernada por la relatividad.  El significado del tiempo como la cuarta dimensión es que pueden hacerse relaciones entre el tiempo y el espacio de una forma matemáticamente precisa.  A partir de entonces, deben ser tratados como dos aspectos de la misma magnitud: el espacio-tiempo. Así han quedado unificadas las leyes de la Naturaleza al pasar de tres a cuatro dimensiones.

Con esta imagen apareció la leyenda: “Varapalo para la teoría de cuerdas: Existe una teoría cuántica de la gravedad en 4D (cuatro dimensiones) finita, la supergravedad N = 8.

En esta otra imágen gráfica se preguntaba: ” Qué pasaría si el espaciotiempo tuviera ndomensiones espaciales y m dimensiones temporales.

En topología diferencial se descubrió que el espacio cuatridimensional euclídeo admite estructuras diferenciables exóticas que no son equivalentes a la convencional; se sabe que existen las exóticas pero su descripción explícita en coordenadas es muy complicada, salvo bajo ciertas restricciones. Hay un número infinito no numerable de estructuras diferenciables en R⁴, pero sólo existe una en Rⁿ, para n≠4. Esta propiedad de un universo con cuatro dimensiones lo distingue de un universo con cualquier otro número de dimensiones posibles.

El espacio tiempo de Minkowski apareció en escena tras leer éste, la relatividad espacial de Einstein

La discusión de la unificación de las leyes de la Naturaleza fue más bien abstracta, y lo habría seguido siendo si Einstein no hubiese dado el siguiente paso decisivo.  Él comprendió que si el espacio y el tiempo pueden unificarse en una sola entidad, llamada espaciotiempo, entonces quizá la materia y la energía pueden unirse también en una relación dialéctica.  Si las reglas pueden contraerse y los relojes pueden frenarse, razonó, entonces cualquier cosa que midamos con regla y relojes también debe cambiar.

Sin embargo, casi todo en el laboratorio de un físico se mide con regla y relojes. Esto significa que los físicos tendrán que recalibrar todas las magnitudes del laboratorio que una vez dieron por hecho que eran constantes.

              Hay que evitsr por todos los medios el choque frontal del vehículo con cualquier cosa

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 se 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 reacelera. Pero  ¿de dónde procede este exceso de masa?  Y él concluyó que procedía de la energía.

Esto tuvo consecuencias perturbadoras.  Dos de los grandes descubrimientos de la física del siglo XIX fueron la conversación de la masa y la conservación de la energía; es decir, la masa total y la energía total de un sistema cerrado, tomadas 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.

Emergía calorífica

Sin embargo, Einstein decía ahora que la energía del automóvil podía 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.

Y, a todo esto, no podemos dejar de asombrarnos de nuestra presencia aquí, de todo lo que hemos sido capaces de entender en la configuración del mundo, y, como decía Eintein: “lo incomprensible del Universo es, que lo podamos comprender”.

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 la 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 un pacifista y nunca quiso participar en proyectos de ésta índole.

                                      ¿Dónde estará la puerta de la Quinta Dimensión? ¿Existirán en realidad las dimensiones más altas?

Einstein completó su teoría de la relatividad con una segunda etapa que, en parte, estaba inspirada por lo que se conoce como principio de Mach, la guía que utilizó Einstein para crear esta parte final y completar su teoría de relatividad general.

Einstein enunció que, la presencia de materia-energía determina la curvatura del espacio-tiempo a su alrededor.  Esta 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.

La masa del planeta, de la estrella o de la galaxia curva el espacio-tiempo a su alrededor y configura la geometría local de esa región que está bajo el dominio de la Gravedad. ?Os iagináis la curvatura “infinta” alrededor de un Agujero Negro?

Albert Einstein realizó una verdadera hazaña intelectual y nos legó su teoría General de la Relatividad, una teoría construida desde la pura geometría, excediéndose en elegancia y efectiva en su espacio de aplicación. La relación entre el cuerpo y la curvatura del espacio-tiempo, es equivalente (Gµv). Significa, la manifestación visible o invisible de la energía [m=e/c2], y en este caso, manifestada en la forma masiva del cuerpo, curva el espació-tiempo.

Esto, a su vez, puede resumirse en la famosa ecuación de Einstein, que esencialmente afirma:

Materia-energía determina la curvatura del espacio-tiempoyse denota

Esta ecuación engañosamente corta es uno de los mayores triunfos de la mente humana (me he referido a ella en otras muchas ocasiones).  De ella emergen los principios que hay tras los movimientos de las estrellas y las galaxias, los agujeros negros, el big bang, y seguramente el propio destino del Universo.

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 si 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.

El Tensor métrico de Riemann que salvó a Einstein cuando estaba atrancado y no sabía cómo expresar, la ecuación de su Relatividad General que, al fín pudo escribir y decir al mundo cómo sería la Cosmología moderna. En esos “garabatos de arriba, Einstein `lasmóp una ecuación engañosamente corta y es uno de los mayores triunfos de la mente humana.

“¡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 como sería?”

STEVEN WEINBERG

 

                                                                                                ¿Son tántas las clases de belleza en el Universo?

¿Es la belleza un principio Físico? Bueno, podríamos decir que también, pudiera ser un principio del Sentimiento de la Mente Humana, aunque, en Física, por ejmplo, el concepto de belleza tenga otras connotaciones.

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 10¹⁹ miles de millones de electronvoltios, que como sabéis, es alrededor de mil billones de veces mayor que las energías actualmente disponibles en nuestros aceleradores de partículas, se denota por la ecuación:

Como la masa de Planck es del orden de 10^-8 kg (equivalente a una energía de 10¹⁹ GeV), y, por ejemplo, la masa el protón es del orden de 10^-27 kg y las mayores energías alcanzables en los aceleradores de partículas actuales son de un orden muy inferior, los efectos de la gravitación cuántica no aparecen en los laboratorios de física de partícula (ni el LHC ni en el Fermilab). Sin embargo, en el universo primitivo las partículas tenían energías del orden de la masa de Planck, de acuerdo con la teoría el big bang, y es, por tanto, necesaria una teoría cuántica de la gravedad para estudiar las condiciones en la época conocida como Tiempo de Planck.

              David Gross

Ya he comentado otras veces que el físico David Gross (el de más edad de los miembros conocidos como el “cuarteto de cuerdos” 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 el técnico – matemático.  El primero por falta de dinero que  nos pudiera construir aceleradores tan potentes 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 con Einstein y Kaluza-klein.

Estaría bueno que, al final se descubriera que alfa (α) tuviera un papel importante en la compleja teoría de cuerdas, ¿Por qué no? En realidad alfa, la constante de estructura fina, nos habla del magnetismo, de la constante de Planck y de la relatividad especial, es decir, la velocidad de la luz y, todo eso, según parece, emergen en las ecuaciones topológicas de la moderna teoría de cuerdas. ¡Ya veremos!

Sí, es cierto, que la teoría tiene muchos detractores y algunos han llegado a denominarla Física de Circo pero, 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. Simplemente se trata (como nos dice E. Eitten) de una teoría adelantada a su tiempo.

Dentro del mundo de la Física, los hay de todas las opiniones: en contra y a favor.  Es famosa la postura detractora del Nóbel Sheldoy Glasgow 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-Marn, Steven Weinberg (ambos Premios Nóbel) o el mismo.  E. Witten (Medalla Field), opinan lo contrario y ven en esta teoría de dimensiones más altas el futuro de la Física.

 Todas las versiones de las diversas Teorías de cuerdas han sido unificadas en una, la Teoría M de E. Witte, y, esperemos que no se quede ahí estancada y que, aparezca algún genio matemático como Ramanujan o Riemman y nos saque del agujero en el que actualmente estamos metidos y del que no podemos salir, no existen ideas que la hagan avanzar ni matemáticas complejas que la puedan hacer andar.

             La recreación del mundo no parece cosa fácil, y, en estas teorías queremos recrear mucho más

Ya sabemos que en física toda teoría debe ser verificada, una y otra vez, en uno y en 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?

La teoría de supercuerdas trata de eso.  Quiere explicarnos todos los misterios del Universo a partir de ese primer momento, ¡la creación!

emilio silvera

[?]

Heber Doust Curtis

June 27, 1872. Muskegon, Michigan

Heber Doust Curtis fue un astrónomo estadounidense,  conocido por defender en el conocido “Gran Debate”,  la hipótesis de que las conocidas como nebulosas espirales eran galaxias fuera de la Vía Láctea frente a las idea contraria defendida por Harlow Shapley.  La situación era con confusa que, en abril de 1920, Shapley y Herbert Curtis, uno de los principales proponentes de la hipótesis del universo-isla, mantuvieron un debate en el Instituto Smithsoniano, sobre la cuestión de la estructura del universo. Financiado por la National Academy od Sciencie.

Como podréis comprender, por aquellas fechas no existían los grandes telescopios que hoy nos traen ante nuestros ojos las imágenes de los cúmulos de galaxias situados a muchos años-luz del Sistema Solar. Así que, en aquellos tiempos el Debate entre Herbert Curtis y Shapley, fue el no va más y, todavía, es considerado por los Astrónomos  como el equivalente a los famosos debates Huxley-Wilberforce sobre la validez de la evolución.

Shapley presentó sus pruebas del tamño de la Vía Láctea y Curtis argumentó a favor de la existencia de otras galaxias, como la nuestra. Nadie “ganó” el debate, en primer lugar porque los dos hombres dicutían diferentres temas. Cada uno era correcto en su propio dominio. La Vía Láctrea es realmente muy grande, como aducía Shapley, pero las distnacias a las otras galaxias son aún mayores.

La Naturaleza de las Nebulosas fue finalmente averiguada en 1923 cuando el Astrónomo Edwin Hubble se convirtió en una de los primeros científicos que pudo utilizar el nuevo telescopio de 100 pulgadas del Monte Wilson, cerca de los Ángeles. Con este instrumento Hubble era capaz de aislar estrellas individuales, incluidas en las Cefeidas variables, en las galaxias cercanas. Utilizando la correlación entre pulsación y brillo desarrollado por Leavitt, Hubble demostró que las distancias a las nebulosas espirales debían medirse en millones de años-luz, distancias mucho mayores que las asignadas por Shapley al tamaño de la Galaxia.

Una vez más el universo se expandía al aumentar nuestra capacidad para ver en él. No sólo había otros universos islas, sino que estaban mucho más lejos de lo que nadie había podido imaginar nunca. Las Nebulosas espirales eran en realidad sistemas de estrellas como el nuestro, situados a enormes distancias de nosotros. Otras Nebulosas  -las que tienen relativamente pocas estrellas y mucho material diseminado-, son nubes de gas en nuestra propia Galaxia. Para señalar la diferencia entre las dos necesitábamos un telescopio capaz de determinar que un conjunto de nebulosas estaba más distante que el otro. Una vez que se hizo esto, el problema quedó resuelto.

Las galaxias no están distribuidas por el espacio de manera aleatoria o azarosa, sino que tienden a reunirse en estructuras llamadas cúmulos que a su vez están agrupados en supercúmulos que llegan a tener miles o cientos de miles de galaxias. Claro que Hubbkle no podía saber eso y en aquellos tiempos, poder explicar la desiguadad en la distribución de las galaxias constituía uno de los mayores problemas. Incluso algunos, dicen que es el mayor problema de la Cosmología moderna.

Claro que, por importante que pudiera ser el descubrimiento o demostración de Hubble de la existencia de otras galaxias, todavía fue mucho más asombroso que hizo como parte del mismo estudio. Observando las galaxias más cercanas, Hubble podía ver que se alejaban de él, y que cuanto más lejos estaba la galaxia, más rápidamente se movía. Este descubrimiento era tan desconcertante -tan cuajado de implicaciones para la cosmología moderna- que era necesario considerar la base del razonamiento sobre el que hizo Hubble sus afirmaciones.

Del Efecto Doppler todos hemos oido hablar y sabemos que, si un coche se nos acerca percibimos las ondas sonaras muy juntas, más fuertes y, cuando pasa de largo y se aleja, las ondas también se alejan y nos suenan más suaves. Esto explica (de manera muy sencilla el efecto Doppler, y también explica como descubrió Hubble la expansión del universo. Lo que sucede con el sonido también sucede con cualquier tipo de onda, desde las olas del océano hasta la luz. En el caso de la Luz, el apretarse de las ondas cuando un objeto se acerca se percibe un desplazamiento hacia el Azul en el color del objeto; al separarse las ondas cuando un objeto se aleja se descubre como un desplazamiento hacia el rojo.

Lo que en realidad hizo Hubble fue comparar la luz emitida por átomos de elementos conocidos en las galaxias cercanas con la luz de los mismos átomos emitidas en laboratorios terrestres y descubrió que la luz de las galaxias distantes se desplazaba hasta el extremo rojo del espectro, de lo que concluyó que las galaxias se estaban alejando de la Tierra. Al estudiar lo lejos que estaban las galaxias apareció otro modelo, Hubble vio que los datos marcaban una tendencia: cuanto más lejos estaban las galaxias, más elevado era el desplazamiento al rojo.

El descubirmiento de Hubble tiene que ser atribuido en parte, a la buena técnica experimental y en parte a una premonición inspirada en lo que surgiría cuando se pudieran hacer medjores mediciones con aparatos más modernos y tecnologías más avanzadas. Así, especulando, fuimos lejorando los telescopios en las distintas partes del Mundo hasta que llegó el Hubble, el Telescopio Espacial al que se le pudo el nombre de aquel gran Astrónomo.

No sería justo cerrar esta pequeña reseña sin mencionar… ¡Lo que sigue!

“¿Por qué nace la gente? ¿Por qué muere ¿Y por qué pasa tanto tiempo intermedio llevando relojes digitales?

Doug Adams en La guía Hitchhiker para la galaxia.

[?]