El núcleo antes que el átomo

¿Viajar en el tiempo?

Me hace “gracia” ver como mucha gente, incluso científicos, se atreven a dar su opinión sobre cuestiones que no conocen. Y, desde luego, la pregunta del título que arriba pongo, es retórica, ya que, de ninguna manera podríamos contestarla. Nadie sabe lo que habrá pasado dentro de 1.000 años, y, por eso, al no poder explicarlo, me quedo con otros comentarios más sencillos que nos hablan de viajar en el tiempo y otras cuestiones que, ahora, más o menos, sí podemos vislumbrar.

La mayoría de los científicos que no han estudiado seriamente las ecuaciones de Einstein, desprecian el viaje en el tiempo como una “tonteria”, algo que sólo es aplicable a relatos sensacionalistas e historias fantásticas. Sin embargo, la situación que realmente nos encontramos es bastante compleja. Hasta tal punto es así que, resultaría arriesgado negar, de manera rotunda, la posibilidad de hacer o conseguir plasmar en realidad alguna idea derivada de profundos pensamientos como los que Einstein nos dejó y que subyacen en sus ecuaciones.

Para resolver la cuestión debemos abandonar la teoría más sencilla de la relatividad especial, que prohíbe el viaje en el tiempo, y adoptar toda la potencia de la teoría de la relatividad general, que puede permitirlo. La relatividad general tiene una validez mucho más amplia que la relatividad especial. Mientras que la relatividad especial sólo describe objetos que se mueven a velocidad constante muy lejos de cualquier estrella, la teoría de la relatividad general es mucho más potente, capaz de describir cohetes que se aceleran cerca de estrellas supermasivas y agujeros negros. La teoría general sustituye así algunas de las conclusiones más simples de la teoría especial.Para cualquier físico que haya analizado seriamente las matemáticas del viaje en el tiempo dentro de la teoría de la relatividad general de Einstein, la conclusión final, de forma bastante sorprendente, no está ni mucho menos clara.

                             Aquellos viajes en el tiempo que nos llevaban hacia el futuro…Según las ecuaciones de Einstein, podrían ser posibles pero…

Kip S. Thorne, un físico especialista en relatividad general y agujeros negros mundialmente conocido, cree que los viajes en el tiempo serán posibles algún día a través de los agujeros de gusano y utilizando para ello materia exótica, que mantendría abierta las bocas del agujero que nos llevaría a través del hiperespacio a otros lugares lejanos del universo.

Los defensores del viaje en el tiempo señalan que las ecuaciones de Einstein de la relatividad general permiten ciertas formas de viaje en el tiempo. Admiten, sin embargo, que las energías necesarias para doblar el tiempo en un círculo son tan grandes que las ecuaciones de Einstein ya no serían válidas. En la región físicamente interesante en la que el viaje en el tiempo se convierte en una posibilidad seria, la teoría cuántica dominaría sobre la relatividad general.

Recordemos que las ecuaciones de Einstein establecen que la curvatura del espacio y el tiempo están determinadas por el contenido de materia-energía del universo. Es posible, de hecho, encontrar configuraciones de materia-energía suficientemente poderosas para forzar la curvatura del tiempo y permitir el viaje en el tiempo. Sin embargo, las concentraciones de materia-energía para doblar el tiempo hacia atrás son tan enormes que la relatividad general deja de ser válida y las correcciones cuánticas empiezan a dominar sobre la relatividad. Así pues, el viaje en el tiempo requiere un veredicto final que no puede ser pronunciado a través de las ecuaciones de Einstein, que dejan de ser válidas en los campos gravitatorios extraordinariamente grandes, donde esperamos que la teoría cuántica de la gravedad se haga dominante.

No parece que los viajes en el tiempo hacia el pasado tengan mucha viabilidad, el tiempo pasado ya no está y, además, allí no existían las máquinas del tiempo, lo cual, aunque no lo parezca, es un parámetro esencial para poder realizar ese viaje. Podríamos ir al pasado sólo a partir de ese momento en que tengamos la tecnología necesaria para fabricar ese “maravilloso artefacto” que nos pueda llevar hacia lo que fue.

Aquí es donde la teoría del hiperespacio puede zanjar la cuestión.Puesto que la teoría cuántica y la teoría de la gravedad de Einstein están unidas en el espacio decadimensional, esperamos que la cuestión del viaje en el tiempo será establecida definitivamente por la teoría del hiperespacio. Como en el caso de los agujeros de gusano y las ventanas dimensionales, el capítulo final se escribirá cuando incorporemos toda la potencia de la teoría del hiperespacio.

De todas las maneras y desde todos los ángulos que lo podamos mirar, si algún día las máquinas del tiempo son posibles, el peligro estaría servido.¿Quién sería el encargado de controlar su uso? ¿Quién se encargaría de controlar al encargado? y así podríamos seguir indefinidamente, tal es el volumen de gravedad del problema que generaría la existencia de máquinas del tiempo para viajar hacia atrás o hacia delante.

El caos y los estragos rasgarían el tejido de nuestro universo. Millones de personas volverían hacia atrás en el tiempo para entrometerse en su propio pasado y en el pasado de los demás para tratar de reescribir la Historia. ¿Quién no hizo en el pasado alguna cosa de la que se arrepiente o la dejó de hacer, cambiando así el rumbo de su vida? Todos, si pudiéramos, querríamos arreglar eso.

La carrera que no estudiamos, aquella oportunidad desaprovechada, la mujer de nuestra vida que por cobardía dejamos ir, ese tren que no cogimos… Cualquiera de estas situaciones, de haber sido al contrario habría cambiado el curso de nuestras vidas que están regidas, siempre, por la causalidad. Todo lo que ocurre es la consecuencia de lo que ocurrió.

                                 ¿Cuánto no pagarían algunos por tener esa segunda oportunidad, ese momento que por una u otra razón perdieron?

También sería difícil evitar algunas tentaciones de gente con moralidad y conciencia adaptable y elástica, que querrían viajar al pasado para eliminar al padre de su enemigo y hacer posible que éste no naciera. Las paradojas temporales estarían al orden del día.

El viaje en el tiempo significaría que nunca podría existir una historia estable de los sucesos históricos que podrían ser cambiados a placer del consumidor. Pensemos que en los tiempos de Alejandro Magno, viajamos en el tiempo y llevamos a sus enemigos un cargamento de armas modernas; que pudiéramos haber facilitado a Galileo telescopios de última generación y modernos ordenadores. También se podría evitar la crucifixión de Cristo, facilitar a Faraday datos técnicos inexistentes en su tiempo o, por poner otro ejemplo, haber encerrado por loco a Hitler evitando aquel horror.

Obviamente, la mayoría de los científicos no se sienten muy felices con esta desagradable posibilidad que lo trastocaría todo en un continuo caos, eliminaría la Historia y haría inútil la memoria, la experiencia, el conocimiento adquirido a través del esfuerzo personal y un sin fin de situaciones que ahora tenemos y nos hacen ser como somos.

Por mi parte (es una humilde opinión), creo más fácil que consigamos burlar el límite impuesto por la velocidad de la luz (digo burlar, esquivar, no superar) o conseguir, como lo hacen en la serie Star Trek, trasladarnos mediante desintegración molecular que se integra en el punto de llegada de manera instantánea al momento exacto de la partida, que viajar hacia atrás en el tiempo.

El tiempo futuro es algo inexistente, aún no ha llegado, es algo que sabemos que vendrá pero que aún no está en nuestro universo. ¿Cómo se puede viajar a un lugar y a un tiempo que no existen?

Por otra parte, si lo pensamos detenidamente, la cuestión del tiempo no es nada fácil de entender; en realidad, es una ilusión pensar en él en tres fases que llamamos pasado, presente y futuro. El tiempo es algo que inexorablemente no deja de fluir a medida que se expansiona el universo, siempre está avanzando, no tiene intermitencias para que podamos decir: ¡estamos en el presente! Sería mentira. En realidad, vivimos siempre en un instante unificador del pasado-presente-futuro, es el ritmo quie impone la flecha del tiempo que, como no deja de fluir, tampoco hace posible que “el tiempo” esté estacionado en uno de esos apartados a los que hemos puesto nombre para saber si ya pasó, si está en el momento actual o si tendrá que venir. Nuestro sino, es el de vivir en un permanente presente.

Cuando comencé a escribir esta misma página, ahora es pasado, pasó por un presente efímero y me trajo a este instante futuro que ya deja de ser presente para ser pasado. Cada millonésima de segundo que pasa, transforma, a escala infinitesimal, nuestra realidad de tiempo.

No, no es nada fácil determinar dónde estamos, lo que es presente ya es pasado para convertirse en futuro, todo en fracciones de segundo. Pasado + Presente + Futuro: en realidad es una misma cosa ¡TIEMPO! que para entendernos mejor hemos fraccionado en distintos niveles que nos sitúan en lo que fue, en lo que es y en lo que será.

¿Quién no ha oído decir alguna vez? “Hay que ver lo mayor que está este niño, parece que fue ayer cuando nació”.

Dicen que el Tiempo y el Espacio nacieron juntos de aquella Gran Explosión que llamamos Big Bang

Pues ahí tenemos un ejemplo de la realidad de lo que es el tiempo, algo que no se para, algo que surgió hace ahora 13.700 millones de años y que incansable, imparable, continúa fluyendo ajeno a todo cuanto le rodea y que, al menos en el universo que conocemos, sólo dejará de fluir, si la densidad crítica (la cantidad de materia que contiene el universo) es lo bastante grande como para producir el Big Crunch, en cuyo caso, toda la materia existente en el universo, se juntaría de nuevo en una singularidad; el tiempo y el espacio dejarían de existir y, probablemente, todo comenzaría de nuevo con otro Big Bang y otro Tiempo.

¿Alguien puede asegurar que nuestro universo no es el primero de una larga serie? ¡Claro que no!

No sería descabellado pensar que nuestro universo es uno de los muchos universos que antes que él existió y que, al cumplir su ciclo, desaparezca para hacer posible la llegada de un nuevo universo, con un nuevo tiempo, un nuevo espacio y unas nuevas especies en multitud de nuevas estrellas y nuevos mundos. Si es así como realmente sucede, ¿todos los universos que han existido antes o que existirán después tendrán las mismas propiedades que este nuestro?

Las criaturas que podríamos encontrar en otros mundos, serían inimaginables. Siempre se ha dicho que la realidad sobrepasa a la imaginación, y, algunas veces… resulta ser verdad.

No creo que en los ciclos de universos se produzcan siempre las mismas consecuencias y estén presentes las mismas fuerzas. Simplemente con que la masa o la carga del electrón fuesen diferentes, el universo también lo sería. Los equilibrios de nuestro universo son muy sensibles, la materia que podemos observar: estrellas y galaxias, planetas y nosotros mismos, son posibles gracias al equilibrio existente a niveles nucleares. Los quarks confinados por gluones que fabrican la fuerza nuclear fuerte, se junta para crear protones y neutrones que conforman los núcleos de la materia y, al ser rodeados por los electrones, dan lugar a los átomos.

En cromodinámica cuántica, la propiedad de libertad asintótica hace que la interacción entre quarks sea más débil cuanto más cerca están unos de otros (confinación de quarks) y la fuerza crece cuando los quarks tratan de separarse, es la única fuerza que crece con la distancia. Los quarks y los gluones están confinados en una región cuyo valor se define por:

R » ћc /L » 10^-13 cm.

En realidad, la única manera de que pudiéramos observar quarks libres, sería en un ambiente con la temperatura del universo primitivo, es la temperatura de deconfinamiento. De nuevo, como me ocurre con frecuencia me paso de una a otra idea y hago un recorrido, al parecer incoherente, que nos lleva desde las ecuaciones de Einstein y los viajes por el Tiempo, hasta los Universos cíclicos en los que nacen mundos muertos, sin vida,por causa de unas fuerzxas fundamentales diferentes a las que aquí reinan.Claro que, todo eso, no dejan de ser especulaciones de lo que podría ser.

Pero, ¿y nosotros?, ¿qué hacemos aquí?

Parece la pregunta del millón. Sólo se que estamos, que nos interesamos por el mundo que nos rodea, que queremos ir más allá de los conocimientos que ahora tenemos, que profundizamos en los secretos de la Naturaleza para aprender de ella lo que nos conviene hacer, y, a todo ello, buscamos el origen del Mundo, de Nosotros y del Universo mismo.

Pero, rematemos el tema de los viajes en el Tiempo.

Una versión de la máquina del tiempo de Thorne consiste en dos cabinas, cada una de las cuales contiene dos placas de metal paralelas. Los intensos cambios eléctricos creados entre cada par de placas de metal paralelas (mayores que cualquier cosa posible con la tecnología actual) rizan el tejido del espacio-tiempo, creando un agujero en el espacio que une las dos cabinas. Una cabina se coloca entonces en una nave espacial y es acelerada a velocidades próximas a la de la luz, mientras que la otra cabina permanece en la Tierra. Puesto que un agujero de gusano puede conectar dos regiones des espacio con tiempos diferentes, un reloj en la cabina de la nave marcha más despacio que un reloj en la cabina de la Tierra. Debido a que el tiempo transcurriría a diferentes velocidades en los dos extremos del agujero de gusano, cualquiera que entrase en un extremo del agujero de gusano sería instantáneamente lanzado al pasado o al futuro.

Parece que la función de las placas metálicas paralelas consiste en generar la materia o energía exótica necesaria para que las bocas de entrada y salida del agujero de gusano permanezcan abiertas y, como la materia exótica genera energía negativa, los viajeros del tiempo no experimentarían fuerzas gravitatorias superiores a 1g, viajando así al otro extremo de la galaxia e incluso del universo o de otro universo paralelo de los que promulga Stephen Hawking. En apariencia, el razonamiento matemático de Thorne es impecable conforme a las ecuaciones de Einstein (yo no me alistaría a ninguno de esos primeros viajes).

Casimir teorizó que si dos placas perfectamente paralelas podían ser aproximadas lo suficiente la una a la otra, el espacio pequeño entre dichas placas estaría libre de todas las partículas con una longitud de onda larga. Esas partículas, sin embargo, podían seguir creándose espontáneamente en el exterior de las placas, creándose una presión detectable contra el exterior de las placas:

demostrándose con ello la existencia de partículas creadas espontáneamente del “espacio libre”:

El efecto Casimir consiste en la aparición de una fuerza atractiva entre dos placas metálicas en el vacío muy próximas entre sí separadas por menos de 10 nanómetros (10 milmillonésimas partes de un metro). Este efecto ocurre porque, al poner las placas en una región de vacío —que como hemos visto, no está vacío— la energía solo puede resonar y crear nuevas partículas a ciertas frecuencias, mientras que en el exterior de las placas la energía resuena en todas las frecuencias. En el interior no, y por tanto el exterior empuja a las placas. Es una diferencia de presiones la que empuja las placas entre sí. Se demostró experimentalmente con buenos resultados en 1997.

Normalmente, una de las ideas básicas de la física elemental es que todos los objetos tienen energía positiva. Las moléculas vibrantes, los vehículos que corren, los pájaros que vuelan, los niños jugando tienen todos energía positiva. Por definición, el espacio vacío tiene energía nula. Sin embargo, si podemos producir objetos con “energías negativas” (es decir, algo que tiene un contenido de energía menor que el vacío), entonces podríamos ser capaces de generar configuraciones exóticas de espacio y tiempo en las que el tiempo se curve en un circulo.

Este concepto más bien simple se conoce con un nombre que suena complicado: la condición de energía media débil (average weak energy condition, o AWEC). Como Thorne tiene cuidado en señalar, laAWEC debe ser violada; la energía debe hacerse temporalmente negativa para que el viaje en el tiempo tenga éxito. Sin embargo, la energía negativa ha sido históricamente anatema para los relativistas, que advierten que la energía negativa haría posible la antigravedad y un montón de otros fenómenos que nunca se han visto experimentalmente.

Pero Thorne señala al momento que existe una forma de obtener energía negativa, y esto es a través de la teoría cuántica.

          Dicen que las emisiones fractales contrarrestan las energías Casimir

En 1.948, el físico holandés Hendrik Casimir demostró que la teoría cuántica puede crear energía negativa: tomemos simplemente dos placas (imagen arriba) de metal paralelas y descargadas ordinariamente, el sentido común nos dice que estas dos placas, puesto que son eléctricamente neutras, no ejercen ninguna fuerza entre sí. Pero Casimir demostró que, debido al principio de incertidumbre de Werner Heisenberg, en el vacío que separa estas dos placas existe realmente una agitada actividad, con billones de partículas y antipartículas apareciendo y desapareciendo constantemente. Aparecen a partir de la “nada” y vuelven a desaparecer en el “vacío”. Puesto que son tan fugaces, son, en su mayoría, inobservables, y no violan ninguna de las leyes de la física. Estas “partículas virtuales” crean una fuerza neutra atractiva entre estas dos placas que Casimir predijo que era medible.

Cuando Casimir publicó el artículo, se encontró con un fuerte escepticismo. Después de todo, ¿cómo pueden atraerse dos objetos eléctricamente neutros, violando así las leyes normales de la electricidad clásica? Esto era inaudito. Sin embargo, en 1.985 el físico M. J. Sparnaay observó este efecto en el laboratorio, exactamente como había predicho Casimir. Desde entonces (después de un sin fin de comprobaciones), ha sido bautizado como el efecto Casimir.

Una manera de aprovechar el efecto Casimir mediante grandes placas metálicas paralelas descargadas, sería el descrito para la puerta de entrada y salida del agujero de gusano de Thorne para poder viajar en el tiempo.

                                              Agujero de gusano con materia exótica

No se finalmente lo que será pero, creo que, llegará el mopmento de que Andrómeda se junte con la Vía Láctea y aún, no habrá viajes en el tiempo tal como los tenemos pensados y, finalmente serán otros los caminos que nos llevarán…No al pasado ni al futuro, sino a otras galaxias lejanas que, bien mirado, tampoco es un viaje como para aburrirse.

Por el momento, al no ser una propuesta formal, no hay veredicto sobre la máquina del tiempo de Thorne. Su amigo, Stephen Hawking, dice que la radiación emitida en la entrada del agujero sería suficientemente grande como para contribuir al contenido de materia y energía de las ecuaciones de Einstein. Esta realimentación de las ecuaciones de Einstein distorsionaría la entrada del agujero de gusano, incluso cerrándolo para siempre. Thorne, sin embargo, discrepa en que la radiación sea suficiente para cerrar la entrada.

Nueno, así lo he leido y así os lo he contado añadiendo alguna que otra coletilla que a mi humilde entender, podían completar las explicaciones de tan “descabellados pensamientos”. ¡Viajes en el Tiempo! Pero, no dijo alguien que existe una Censura Cosmológica que los prohíbe.

¡Ya veremos que pasa!

emilio silvera

  El Pensador y la Rosa

  El vacío superconducto – La máquina de Higgs-Kibble

En la imagen podemos contemplar  lo que se clasifica NGC 3603,  es un cúmulo abierto de estrellas en una vasta región estelar, rodeada de una región H II (una enorme nube de gas y plasma en el que constantemente están naciendo estrellas), situado en el brazo espiral Carina de la Vía Láctea, a unos 20.000 años-luz de distancia en la constelación de Carina. Es uno de los jóvenes cúmulos de estrellas más luminosas e impresionante en la Vía Láctea, y la concentración más densa de estrellas muy masivas conocidas en la galaxia. Se estima que se ha formado hace alrededor de un millón de años. Las estrellas azules calientes en el núcleo son responsables de la fuerte radiación ultravioleta y los vientos estelares, tallando una gran cavidad en el gas.

NGC 3603 alberga miles de estrellas de todo tipo : la mayoría tienen masas similares o menores a la de nuestro Sol, pero las más espectaculares son algunas de las estrellas muy masivas que están cerca del final de sus vidas. Ahí están presentes algunas estrellas  supergigantes que se agolpan en un volumen de menos de un año luz cúbico, se han localizado en la misma zona a tres llamadas Wolf-Rayet, estrellas muy brillantes y masivas que expulsan grandes cantidades de material antes de convertirse en supernovas.

Una de estas estrellas (NGC 3603-A1), una estrella doble azul que orbita alrededor de la otra una vez cada 3,77 días, es la estrella más masiva conocida hasta en la Vía Láctea. La más masiva de estas dos estrellas tiene una masa estimada de 116 masas solares, mientras que su compañera tiene una masa de 89 masas solares.

Las estrellas supermasivas cuando colapsan forman extrañas y, a veces, fantásticas imágenes que podemos captar por nuestros más sofisticados telescopios.  Hace veinte años, los astrónomos fueron testigos de uno de los más brillantes explosiones estelares en más de 400 años. La supernova titánica, llamada SN 1987A, ardió con la fuerza de 100 millones de soles varios meses después de su descubrimiento el 23 de febrero de 1987.

Las observaciones de SN 1987A, hechas en los últimos 20 por el Telescopio Espacial Hubble de NASA / ESA y muchos otros grandes telescopios terrestres y espaciales, han servido para cambiar la perspectiva que los astrónomos tenían de cómo las estrellas masivas terminan sus vidas.Estudiando estos sucesos sus comienzos se pueden ver los detalles más significativos del acontecimiento, cosa que, estuadinado los remanentes de supernovas muy antiguas no se podían ver.

             Arriba podemos contemplar observaciones realizadas en distintas fechas que nos muestran la evolución de los anillos de SN 1987 A

El clúster abierto NGC 3603 contiene a Sher 25, una super gigante B1a que inevitablemente morirá en un masivo suceso supernova en los próximos 20,000 . ¡Esto emitirá una luz tan potente que competirá en el cielo con el planeta Venus! Un detalle muy emocionante es que Sher 25 presenta anillos similares a los que dejó la supernova SN 1987 A.

Cuando colapsa el núcleo de una estrella, ocurre en la formación de una estrella de neutrones, es preciso que la estrella esté evolucionada hasta el punto de que su núcleo esté compuesto completamente por hierro, que se niega a ser quemado en reacciones nucleares, no se puede producir la fusión y, por tanto, no produce la energía suficiente como soportar la inmensa fuerza de gravedad que propia masa de la estrella genera y que, solamente era frenada por la energía que produce la fusión nuclear que tiende a expandir la estrella, mientras que la gravedad tiende a contraerla.

El núcleo entonces se contrae, liberando energía potencial gravitatoria, se rompen los núcleos de los átomos de hierro en sus protones y sus neutrones constiituyentes. A medida que aumenta la densidad, los protones se combinan con los electrones para formar neutrones. El colapso sólo se detiene la presión de degeneración del gas de neutrones compensa el empuje  hacia adentro de la Gravedad. El proceso completo hasta que se fija como la estrella de neutrones dura de un segundo.

Han sido muy variados los grupos de astrónomos investigadores que han realizado observaciones durante largos períodos de tiempo llevar a cabo la no fácil tarea de comprender cómo se forman las estrellas de neutrones y púlsares cuando estrellas masivas llegan al final de sus vidas y finalizan el proceso de la fusión nuclear, momento en el que -como explicaba antes- la estrella se contrae, implosiona sobre sí misma, se produce la explosión supernova y queda el remanente formado por material más complejo en forma de gases que han sido expulsados por la estrella en este proceso final en el que, las capas exteriores de la estrella, forman una nebulosa y la estrella en sí misma, al contraerse y hacerse más densa, es decir de 10¹⁷ kg/m³.

Se ha podido llegar a saber que las supernovas por colapso de núcleo suelen ocurrir en los brazos de galaxias espirales, así como también en las regiones HII, donde se concentran regiones de formación estelar. Una de las consecuencias de esto es que las estrellas, con masas a partir de 8 veces la masa del Sol, son las estrellas progenitoras de estos estos sucesos cósmicos. También es muy interesante y se está estudiando cómo se forman los inmensos campos magnéticos alreddor de estas estrellas de neutrones y púlsares que se conviertan en magnétares.

Cuando hace un año se descubrió la estrella de neutrones SGR0418, poco podían pensar los astrónomos que su funcionamiento alteraría todas las teorías existentes hasta ahora acerca del funcionamiento de los magnétares. Sin embargo es así, ya que funciona como uno de éstos y no como sería propio de su condicción. Este hallazgo, según la investigadora Nanda Rea del Instituto de Ciencias del Espacio, obliga a la ciencia a replantearse las teorías que se manejaban hasta ahora acerca del origen y evolución de los magnétares.

                                                       La estrella de neutrones SGR0418

                               Podrían estar por todas partes y formar parte de todo

Aunque no todas si son muchas las Grandes Teorías Unificadas y teorías de supersimetría las que predicen la formación de cuerdas en la congelación del segundo 10^-35 despues del comienzo del tiempo, cuando la fuerza fuerte se congeló y el universo se infló. Las cuerdas se deben considerar como un subproducto del proceso mismo de congelación. Es cierto que aunque las diversas teorías no predicen cuerdas idénticas, sí predicen cuerdas con las mismas propiedades generales. En primer lugar las cuerdas son extremadamente masivas y también extremadamente delgadas; la anchura de una cuerda es mucho menor que la anchura de un protón¹. Las cuerdas no llevan carga eléctrica, así que no interaccionan con la radiación como las partículas ordinarias. Aparecen en todas las formas; largas lineas ondulantes, lazos vibrantes, espirales tridimensionales, etc. Sí, con esas propiedades podrían un candidato perfecto para la “materia oscura”. Ejercen una atracción gravitatoria, pero no pueden ser rotas por la presión de la radiación en los inicios del Universo.

El espesor estimado de una cuerda es de 10^-30 centímetros, comparados con los 10^-13 de un protón. Además de ser la más larga, y posiblemente la más vieja estructura del universo conocido, una cuerda cósmica sería también la más delgada: su diámetro sería 100.000.000.000.000.000 veces más pequeño que el de un protón.. Y cada cuerda sería terriblemente inquieta, algo así como un látigo agitándose por el espacio casi a la velocidad de la luz. Las curvas vibrarían como enloquecidas bandas de goma, emitiendo una corriente continua de ondas gravitacionales: rizos en la misma tela del espacio-tiempo. ¿Qué pasaría si una cuerda cósmica tropezara con un planeta? Al ser tan delgada, podría traspasarlo sin tropezar con un solo núcleo atómico. Pero de todos modos, su intenso campo gravitatorio causaría el caos.

Simulación del efecto de lente generado por una cuerda cósmica. Crédito: PhysicsWorld.com

Por tanto, cuando observásemos un objeto con una cuerda cósmica en la trayectoria de nuestra mirada, deberíamos ver este objeto dos veces, con una separación entre ambas imágenes del orden del defecto de ángulo del cono generado por la curvatura del espaciotiempo. Esta doble imagen seríacaracterística de la presencia de una cuerda cósmica, pues otros cuerpos, como estrellas o agujeros negros, curvan el espaciotiempo de manera distinta, generando al menos cuatro imágenes deformadas. Por tanto, una observación de este fenómeno no podría dar lugar a un falso positivo.

En este sentido, el nombre de cuerda cósmica está justificado debido a que son impresionantemente pesadas, pasando a ser objetos macroscópicos aun cuando su efecto es pequeño. Una cuerda de seis kilómetros de longitud cuya separación entre ambas geodésicas es de apenas 4 segundos de arco tendría ¡la masa de la Tierra!. Evidentemente, cuerdas de este calibre no se espera que existan en la naturaleza, por lo que los defectos de ángulo esperados son aún menores y, por tanto, muy difíciles de medir.

Y esta es una de las razones de que todavía no se haya encontrado ninguna cuerda de este tipo. Si bien en los últimos años han surgido muchas imágenes candidatas a estar formadas por un efecto de lente de este tipo, la mayoría han resultado ser dos cuerpos distintos pero muy similares entre sí. Pese a ello, los astrofísicos y los teóricos de cuerdas no puerden la esperanza de encontrar en los próximos años, y gracias a telescopios cada vez más potentes, como el GTC; evidencias directas de la existencia de este tipo de cuerdas; evidencias que no sólo nos indicarían que las teorías de cuerdas van por buen camino, si no que el modelo del Big Bang es un modelo acertado.

                                               Esquema del trazado de rayos para el efecto de lente gravitatoria de una cuerda cósmica

Las cuerdas cósmicas, desde el momento de su formación en el segundo 10^-35,  constituyen un entorno masivo, apelmazado, contra el que se desarrolla la evolución de las partículas, núcleos y átomos. Como no son afectadas por la presión de la radiación,como el plasma, pueden servir como núcleos de condensación -las semillas- para la formación de galaxias, cúmulos galácticos y supercúmulos, siempre que puedan sobrevivir lo necesario para hacerlo.

Neil Turok, titular de la cátedra de Física Matemática en el Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de la Universidad de Cambridge. Es coautor, con Paul Steinhardt, de Universo Infinito: Más allá del Big Bang. El principal portavoz de la idea de las cuerda cósmica es Niel Turok, un joven físico teórico que trabaja en el Imperial College de Londres y pasa muicho tiempo en EE UU haciendo un periplo por diversas Universidades. Ha hecho del desciframiento de la conducta de las cuerdas cósmicas  el trabajo de su vida (al menos por el momento) y, se aplica en las complejas ecuaciones de la teoría de campos cuánticos que describen dichas cuerdas. Su enfoque es admirable por su integridad:

En lugar de seguir el camino normal desarrollando la conducta de las cuerdas y dejando a otros hallar el efecto que las cuerdas tienen sobre el problema de las galaxias, Turok y los jovenes que le rodean han decidido aprender cosmología. Dicha decisión no es frecuenta y por inusual, ha llamado la atención que se quieran especializar de manera específica en otro campo distinto al suyo para poder hacer y comprender mejor su trabajo. Y, otra curiosidad es que, el más duro crítico de las cuerdas cósmicas, P.J.E. Peebles, de Princeton, haya estado actuando como su tutor, lo cual, es tan significativo que se podría valorar como uno de los gestos más desinteresados y de alta calidad que en la Física se pueda haber producido.

Una de las virtudes de esta teoría es que puede “verse” por la observación. Aunque las cuerdas en sí son invisibles, sus efectos no tienen por qué serlo. La idea de las supercuerdas nació de la física de partículas, más que en el campo de la cosmología (a pesar del nombre, la cuerdas cósmicas no tienen nada que ver con la teoría de las “supercuerdas”, que mantiene que las partículas elementales tienen forma de cuerda). Surgió en la década de los sesenta cuando los físicos comenzaron a entrelazar las tres fuerzas no gravitacionales – electromagnetismo y fuerzas nucleares fuertes y débiles – en una teoría unificada.

En 1976, el concepto de las cuerdas se había hecho un poco más tangible, gracias a Tom Kibble. Kibble estudiaba las consecuencias cosmológicas de las grande teorías unificadas. Estaba particularmente interesado en las condiciones del 10^-35 segundo después del Big Bang, cuando las temperaturas en el cosmos embrionario bajaron más de billones de billones de grados. Ese fue el momento en que las fuerzas y las partículas se diferenciaron unas de otras.

                                                    El misterioso “universo” de los campos cuánticos que nadie sabe lo que puede esconde

A los cosmólogos les gusta visualizar esta revolucionaria transición como una especie de “cristalización”: el espacio, en un principio saturado de energía, cambió a la forma más vacía y más fría que rodea actualmente nuestro planeta. Pero la cristalización fue, probablemente, imperfecta. En el cosmos recién nacido podría haberse estropeado con defectos y grietas, a medida que se enfriaba rápidamente y se hinchaba.

Otras cuerdas están en La Teoría M de E. Witten que nos explica muy bien las implicaciones de las cuerdas en el contexto del Universo, y, ademas, lleva implícita la Gravedad Cuántica que tantos físicos buscan desde hace mucho tiempo para explicar cuestiones que hasta el momento carecen de ella. Sin embargo, estas son otras cuerdas que, implicadas en las profundidades de la materia, nos podría explicar otras muchas cosas a diferente nivel de lo que la cuerda cósmica pretende explicar.

Turok nos dice:

“Durante los últimos diez años he estado trabajando principalmente en la cuestión de cómo empezó el universo – o no comenzar. ¿Qué sucedió en el Big Bang? Para mí, esto parece ser una de las cuestiones más fundamentales de la ciencia, porque todo lo que sabemos, según todos los indicios, debe de haber salido de la Gran Explosión. Ya se trate de partículas o los planetas o las estrellas o, en última instancia, incluso la vida misma.”

 

 

En los últimos años, la búsqueda de las leyes fundamentales de la Naturaleza nos ha obligado a pensar en el Big Bang, mucho más profundamente. De acuerdo con nuestras más modernas y mejores teorías – la teoría de cuerdas y la teoría M – todos los detalles de las leyes de la física son en realidad determinada por la estructura del universo, en concreto, por la disposición de pequeñas enrollada dimensiones extra del espacio. Este es un cuadro muy hermoso: la física de partículas en sí es ahora más que otro aspecto de la cosmología. Pero si se quiere entender por qué las dimensiones extra están dispuestas como están, hay que entender el Big Bangporque ahí es de donde todo proviene.

De alguna manera, hasta hace muy poco, la física fundamental se había llevado bien sin realmente hacer frente a un gran problema que no dejaba juntarse a las dos teorías más influyentes e importantes que tenemos: La mecánica cuántica y la relatvidad. Los infinitos surgían y aquello era un sinsentido descomunal que nos hablaba de la incompatibilidad existente entre los muy pequeño y lo muy grande.

Sin embargo, en todo esto existe un sinsentido que debemos desvelar. ¿Si todo lo grande está hecho de cosas pequeñas, cómo pueden ser incompatibles? En la Teoría de Cuerdas no resultan así, y, la mecánica cuántica y la relatividad conviven en paz sin que aparezcan los indeseados infinitos. Es decir, en la Teoría de Cuerdas, subyace de manera automática, una teoría de la Gravedad Cuántica.

El mismo Einstein no interpretó todo esto como el principio de los tiempos y llegó a decir, bueno, mi teoría falla. La mayoría de las teorías fallan en algún régimen, y entonces ustedes necesita una teoría mejor, más moderno y adelantada. La teoría de Isaac Newton no falla cuando las partículas se muevan muy rápidas, sino que no logra describir eso y necesitó la relatividad. Del mismo modo, Einstein dijo:”… necesitamos una mejor teoría de la gravedad que la mía.”

Pero en la década de 1960, cuando la evidencia observacional para el Big Bang se hizo muy fuerte, los físicos de alguna manera llegaron a la conclusión de que todo lo que no sabemos debió gestarse al principio del tiempo, más allá del tiempo de Planck, esa fracción de segundo inaccesible. No estoy seguro de por qué llegaron a tal conclusión, pero tal vez se debió a Fred Hoyle –el principal impulsor de la teoría rival del Big Bang, la del estado estacionariorival– que parece haber ridiculizado con éxito la teoría del Big Bang, diciendo que no tenía sentido porque implicaba un principio de los tiempos y que sonaba absurdo.

A continuación, el Big Bang (parece que) fue confirmado por la observación, al menos todos lo dieron por bueno y, a partir de aquel momento, ese es, el Principio de Todo por el que nos estamos guiando: Allí comenzó el Tiempo y el Espacio y fue el inicio de la creación de todo lo que existe. Todo lo que vemos a nuestro alrededor se basa por completo en ese primer momento que llamamos Big Bang, y sin embargo,  ese primer momento inicial (¡qué casualidad!), es el que nadie ha podido nunca describir.

         Alrededor de las cuerdas cósmicas se crearon las grandes estructuras

Para algunos, no parece que pueda caber la menor duda en el sentido de que, fueron las cuerdas cósmicas las que posibilitaron que se puedieran formar las grandes estructuras del universo surviendo de semilla o núcleo sobre el que se fueron adhiriendo inmensas porciones de materia que conformarían el objeto final. Es posible que las cuerdas cósmicas nos den una visión particularmente atractiva del universo y nos hace pensar en que, en el núcleo de cada galaxia hay una cuerda cósmica que, como el esqueleto de nuestros cuerpos, es la que la mantiene firme tal como la podemos contemplar y hace posible su existencia. Sin embargo, la teoría nos dice que las cuerdas cósmicas (como todo en el universo), tienen un tiempo de vida que una vez cumplido, desaparecen.

  Poco a poco se va diluyendo en energía, se vuelve transparente y desaparece

Está claro que la cuerda cósmica tal y como la presenta la teoría, es todo energía. Cuando comienza a despedir ondas gravitatorias, el proceso sigue hasta que la cuerda se ha radiado a si misma simplemente fuera de la existencia. Cuando su energía se agota, no queda nada. Por tanto sería posible utilizar las proporciones de pérdida de energía que predice la teoría de la relatividad general para calcular cuanto tiempo durará la energía almacenada en cualquier cuerda cósmica.

De hecho hubo un período de nervios cuando en cierto tiempo pareció que la cuerda cósmica tendrían una vida demasiado corta para poder realizar su trabajo de formar las galaxias, que romperían los anillos y se radiarian así misma fuera de la existencia antes que la materia y la radiación y la materia ordinaria se desparejaran. Sin embargo, los nuevos cálculos parecen mostrar ahora que los anillos capaces de formar las semillas de las galaxias durarían lo suficiente para llevar a cabo su función.

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 ser muy viables. Sin embargo, en la Física cuántica hemos tenido tantas sorpresas ya que, dudar de que algo sea posible… ¿Resulta arriesgado! Y, allí, en lo más profundo, en ese lugar que está situado más allá del Límite de Planck… ¿Podrían estar esas cuerdas vibrantes que todo lo conforman como la partícula más infinitesimal y primordial de todas.

Claro que estas teorías de cuerdas, como tantas otras antes que ella, también han desarrollado una gran avalancha de excepticismo que es mostrado por algunos en esos momentos de la última cerveza en charlas distendidas entre compañeros físicos y cosmólogos que están unidos por esa curiocidad por saber si, en realidad, esas cuerdas han existido alguna vez. Y, esos excepticos, en verdad, no eran más duros en las críticas a las teorías de los demás que con las suyas propias. El el fondo, todos los buenos físicos saben… ¡que no saben! Lo suficiente como para poder emitir juicios certeros sobre eso ni sobre nada.Lo que hoy es… mañana no será.

Pero claro, nunca se debe decir que no. Hay maneras de comprobar las evidencias, al menos dos. Una, la llamada lente gravitatoria, se apoya en los efectos que las cuerdas cósmicas tendrían sobre la luz de las galaxias distantes. El otro método, algo más indirecto, implica la búsqueda de ondas gravitatorias despedidas por las cuerdas al comienzo de la vida del Universo.

La lente gravitacional es el efecto en el que los rayos de luz son doblados por el campo gravitacional de un objeto masivo (en este caso serían las cuerdas cósmicas las responsables), también las galaxias y los agujeros negros producen el efecto de Lente gravitacional que es una propiedad de todos los objetos masivos.

                                                                              Buscarlas la estamos buscando pero… ¡No se dejan ver!

Las ondas gravitatorias están siendo buscadas por varios programas y proyectos construídos para tal fin, como LIGO y otros, y, hasta el momento, no parece que se haya tenido muchos resultados a pesar de que, la teoría nos dice que las cuerdas cósmicas emitían una gran cantidad de radiación gravitatoria en los primeros días del Universo. Sin embargo, sí se ha localizado la radiación cósmica del fondeo de microondas y las ondas gravitacionales no.

Está claro que la idea de la cuerda cósmica es sugestiva y nos podría explicar (por fín) como se pudieron formar las galaxias. La gran masa de la cuerda apunta a que debieron ser creadas muy pronro en la vida del Universo, probablemente mucho antes que la materia ordinaria cuando las temperaturas eran muy altas y había disponible mucha energía para formar objetos exóticos.

Si en verdad estuvieron allí, no lo podemos saber a ciencia cierta, y, se trabaja en la búsqueda de pruebas irrefutables que nos confirmen su presencia y su trabajo y contibución en la formación de las grandes estructuras del Universo.

Las grandes estructuras de nuestro Universo se pudieron haber formado a partir de unas semillas (cuerdas cósmicas) de gran densidad que atraían a la materia ordinaria para formarlas, y, de esa manera, pudieron haberse formado las galaxias y estrellas de aquel Espacio Interestelar primigenio. De momento, ninguna explicación mejor que esa nos puede aclarar esa incognita que persiste desde siempre y que, en no pocas ocasiones, produce verguenza a los cosmólogos que, en realidad, no saben qué contestar a una simple pregunta:

¿Cómo se formaron las galaxias?

emilio silvera