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 (sólo en el plano de la especulación).

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, del que hace unos días dejamos aquí una entrevista, 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:

          Queremos entrelazar el Espacio-Tiempo

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.

         Agujero de gusano con materia exótica

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.

 Los agujeros de gusano de Thorne mantienen las puertas abiertas gracias a esa 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

 « Los misterios del Universo

Así que, aquella historia que de niños nos transportaba al mundo mágico de las entrañas de la Tierra, en realidad, habría sido de imposible realidad por una expedición de humanos. El gradiente de temperatura continúa dentro  de la corteza de la Tierra y atraviesa su manto fundido para llegar al núcleo en donde la temperatura asciende a más de 3.000 grados Celcius. Cualquier viaje al Centro de la Tierra significaría una incineración segura para los intrépidos (¿o locos?) expedicionarios. El sueño de Verne de que podía existir vida bajo la superficie de la Tierra parecía ridículo.

Sus aguas rojas, muy ácidas, y de alto contenido en metales pesados sobre todo hierro, contienen oxígeno, que permite la vida de organismos fotosintéticos y … No pocas veces, llevado por la curiosidad, he paseado por estos entornos “marcianos” que, en algunos lugares, te hacen pensar que, verdaderamente estás en otro mundo. Sin embargo, cuando miras hacia arriba y puedes contemplar la atmósfera y el cielo azul… ¡Vuelves a la Tierra!

Un proyecto de la NASA buscó vida en las aguas letales del Río Tinto y en el subsuelo de aquel pueblo de la Sierra de en Huelva. Sus similitudes con el planeta Marte nos podía enseñar lo que allí podríamos encontrar. Los trabajos comenzaron con la perforación más profunda hecha jamás en Riotinto. El objetivo era encontrar una bolsa subterránea de agua donde los responsables de la investigación esperaban encontrar una colonia de organismos nunca antes observados. De bacterias capaces de alimentarse a base de hierro y que no necesitaban ni luz ni oxígeno atmosférico para sobrevivir. Los expertos creían que estos seres vivos colonizaron Riotinto desde las profundidades, dando a la zona su inconfundible paisaje extraterrestre de ríos rojos y laderas amarillas debido a la alta concentración de ácido sulfúrico que generan al alimentarse de pirita.

Los biólogos tienen conocimiento desde hace mucho tiempo de que el mantillo contiene bacterias y de que las cuevas de piedra caliza pueden estar habitadas por organismos especialmente adaptados. Pero , aparte de estas excepciones, se decretó que el planeta estaba muerto por debajo del suelo. La misma era la opinión dominante respecto a las profundidades oceánicas.

  ¿Cómo sería viajar a Marte hoy? ¿Será Marte el futuro?

En 1.849, el físico francés Armand-Hippolyte-Louis Fizeau ideó un artificio mediante el cual se proyectaba la luz sobre un espejo situado a 8 km de distancia, que devolvía el reflejo al observador. El tiempo empleado por la luz en su viaje de ida y vuelta no rebasó apenas la 1/20.000 de segundo, pero Fizeau logró medirlo colocando una rueda dentada giratoria en la trayectoria del rayo luminoso. Cuando dicha rueda giraba a cierta velocidad, regulada, la luz pasaba entre los dientes y se proyectaba contra el siguiente, al ser devuelta por el espejo; así, Fizeau, colocado tras la rueda, no pudo verla. Entonces se dio más velocidad a la rueda, y el reflejo pasó por la siguiente muesca entre los dientes, sin intercepción alguna. De esa forma, regulando y midiendo la velocidad de la rueda giratoria, Fizeau pudo calcular el tiempo transcurrido y, por consiguiente, la velocidad a que se movía el rayo de luz.

Jean-Bernard-Léon Foucault suspendió una bola de 62 libras (unos 28 kilogramos) de hierro desde la cúpula del Panteón y lo puso en movimiento, balanceándolo. Para marcar su progreso el enganchó una aguja a la bola y colocó un anillo de tierra mojada en el suelo bajo él. La audiencia observó con pavor como el péndulo inexplicablemente parecía rotar, dejando un trazo ligeramente distinto en cada balanceo. En realidad era el suelo del Panteón el que estaba ligeramente en movimiento, y Foucault había demostrado, de una forma más convincente que nunca, que la tierra gira sobre su eje. En la latitud de París, el trazo del péndulo completaría una rotación completa en el sentido horario cada 30 horas; en el hemisferio sur rotaría en sentido antihorario, y en el ecuador no rotaría nada. En el Polo Sur, como han confirmado los científicos de la era moderna, el periodo de rotación es de 24 horas.

Un año más tarde, Jean Foucault (quien realizaría poco después su experimento -arriba- con los péndulos) precisó más estas medidas empleando un espejo giratorio en ve de una rueda dentada. Entonces se midió el tiempo transcurrido desviando ligeramente el ángulo de reflexión mediante el veloz espejo giratorio. Foucault obtuvo un valor de la velocidad de la luz de 300.883 km/s. También, el físico francés utilizó su método para determinar la velocidad de la luz a través de varios líquidos. Averiguó que era notablemente inferior a la alcanzada en el aire. Esto concordaba también con la teoría ondulatoria de Huyghens (abajo).

La naturaleza de la luz. Profesor escrupuloso, aunque poco entusiasta, Newton se dedicó a estudios de óptica que le llevaron, a través de una serie de experimentos, al famoso descubrimiento de la descomposición de la luz blanca, que fue explicada por él mediante una teoría corpuscular de la luz destinada a dar jaque a la teoría ondulatoria de C. Huygens y a dominar durante todo el siglo XVIII. Experimentos, descubrimientos e hipótesis sobre la luz fueron hechos públicos en una memoria a la Royal Society. Pero las tempestuosas disputas suscitadas por esta memoria le disgustaron hasta el punto de que se abstuvo de publicar sus Lecciones de óptica (desarrolladas en la cátedra lucasiana entre 1668 y 1671), las cuales sólo vieron la luz en 1729. No obstante, en 1675 presentó a la Royal Society una importante memoria, que constituirá después la base de su Óptica, en la que, partiendo de los experimentos sobre la coloración de laminillas metálicas, expone los principios de su teoría sobre la luz. En la imagen, El descubrimiento de la refracción de la luz de Newton (1827), óleo del pintor italiano Pelagio Palagi.

      Michelson, Einstein y Millikan

Michelson fue más preciso aún en sus medidas. Este autor, durante cuarenta años largos, a partir de 1.879, fue aplicando el sistema Fizeau-Foucault cada vez con mayor refinamiento, para medir la velocidad de la luz. Cuando se creyó lo suficientemente informado, proyectó la luz a través de vacío, en vez de hacerlo a través del aire, pues este frena ligeramente su velocidad, y, empleó para ello tuberías de acero cuya longitud era superior a 1’5 km. Según sus medidas, la velocidad de la luz en el vacío era de 299.730 km/seg. (Sólo un 0’006% más bajo). Demostraría también que todas las longitudes de ondas luminosas viajan a la misma velocidad en el vacío.

En 1972, un equipo de investigadores bajo la dirección de Kenneth M. Eveson efectuó unas mediciones aún más exactas y vio que la velocidad de la luz era de 299.727’74 km/seg. Una vez se conoció la velocidad de la luz con semejante precisión, se hizo posible usar la luz, o por lo menos formas de ella, para medir distancias.

Desde Galileo con sus lámparas, cada vez se han utilizado aparatos más sofisticados para medir la velocidad de la luz, y, finalmente, se consiguió medirla de manera muy exacta en 299.792.458 metros por segundo que, es el límite que algo puede alcanzar corriendo por el espacio vacío y que sólo ha conseguido la luz.

Aunque para algunos resulte alto tedioso el tema anterior, no he podido resistirme a la tentación de exponerlo, así podrá saber algo más sobre la luz y, habrán conocido a personajes que hicieron posible el que ahora nosotros, la conozcamos mejor.

Podría continuar, hasta el final de este trabajo, hablando de la luz y sus distintas formas o aplicaciones: ondas de luz a través del espacio, de cómo se transmite la luz en el “vacío”, nos llega a través del espacio desde Galaxias situadas a miles de millones de años luz; las líneas de fuerzas electromagnéticas de Faraday y Maxwell de campos eléctricos y magnéticos cambiantes (todo ello explicado en un simple conjunto de cuatro ecuaciones, que describían casi todos los fenómenos referentes a esta materia electromagnética), o de los enigmas aún por descubrir (aunque predichos).

Muchos han ido a la caza de los monopolos magnéticos que, deben ser raros en el Universo, si finalmente existen. Parece que, algunos físicos han conseguido alguna cosa…no se bien qué sobre su existencia.

En 1.931, Dirac, acometiendo el asiento de una forma matemática, llegó a la conclusión de que sí los monopolos magnéticos existían, sería necesario que todas las cargas eléctricas fuesen múltiplos exactos de una carga más pequeña, como en efecto así es. Y dado que todas las cargas eléctricas son múltiplos exactos de alguna carga más pequeña, ¿no deberían en realidad existir los monopolos magnéticos?

En 1.974, un físico joven y prometedor (más tarde ganó el Nobel), Gerard’t Hooft, y un físico soviético, Alexander Poliakov, mostraron, independientemente, que podía razonarse, a partir de las grandes teorías unificadas, que los monopolos magnéticos debían así mismo existir, y que debían poseer una masa enorme. Aunque un monopolo magnético sería incluso más pequeño que un protón, debería tener una masa que sería de 10 trillones a 10 cuatrillones mayor que la del protón. Eso equivaldría a la masa de una bacteria comprimida en una diminuta partícula subatómica.

Sería la confirmación de una teoría de 1931. Si seres de otros mundos han podido verlos, habrían visto otro tipo de magnetismo los llamados “monopolos magnéticos”.

Semejantes partículas sólo podían haberse formado en el momento de la gran explosión (otra vez volvemos al origen). Desde entonces, no ha existido la suficientemente alta concentración de energía necesaria para formarla. Esas grandes partículas deberían avanzar a unos 225 km por seg., más o menos, y la combinación de una enorme masa y un pequeño tamaño le permitiría deslizarse a través de la materia sin dejar el menor rastro de presencia. Esta propiedad, de hecho, está relacionada directamente con el fracaso obtenido en su búsqueda.

Los físicos están tratando de idear un mecanismo capaz de poder detectar, con claridad, el paso de monopolos magnéticos.

Podríamos decir que, un monopolo magnético es una entidad magnética hipotética consistente en un polo Norte o Sur elemental aislado. Ha sido postulado como una fuente de campo magnético en analogía a la forma en que las partículas eléctricamente cargadas producen un campo eléctrico.

Se han diseñado numerosos experimentos ingeniosos para detectar monopolos, pero hasta ahora, ninguno ha producido un resultado definitivo. Los monopolos magnéticos son predichos en ciertas teorías gauge con bosones de Higgs. En particular, algunas teorías de gran unificación predicen monopolos muy pesados (con masas del orden de 10¹⁶ geV). Se habló de su aparición en los primeros experimentos del LHC, algunos denunciaron eso junto con la aparición de agujeros negros microscópicos pero, de momento…nada

Los monopolos magnéticos también son predichos en las teorías de Kaluza-Klein (5 dimensiones) y en teoría de supercuerdas (10 y 26 dimensione). Es decir, que se predice pero no se puede verificar, y, siendo así, quedamos anclados en el campo de la teoría.

Recuerdo que estaba hablando de los distintos aspectos de la luz, lo que no recuerdo es como he llegado a éste berenjenal de los monopolos magnéticos. Me ocurre siempre, estoy tratando un tema y termino hablando (escribiendo) de otro. No parece más que, el bolígrafo, tenga vida propia. Sin embargo, lo que ocurre en verdad es que, todo es uno, compuesto de distintas partes. Siempre estamos hablando de lo mismo, solo cambian las partes que, en cada momento, estemos estudiando.

La misteriosa materia que compondría el 23 % (se especula) de toda la materia del universo es tan esquiva que jamás ha sido observada por nadie. Así que sólo podíamos sospechar que quizá existía. La materia oscura emite, absorbe e interactúa con radiación electromagnética de manera tan débil que no puede ser observada por medios técnicos ordinarios, no refleja la luz para ser observada.

“Un equipo internacional de astrónomos de Japón, Gran Bretaña y Taiwan acaba de conseguir, por primera vez, imágenes que reflejan la distribución de materia oscura alrededor de 20 grandes cúmulos de galaxias. Los resultados se publicarán en la revista mensual de la Royal Astronomical Society. Las pruebas aún no son concluyentes, pero sí muy esperanzadoras”.

Ni en el infrarrojo, ni en los rayos X ni en el ultravioleta la materia oscura había revelado aún su auténtica naturaleza. Pero utilizando lentes gravitacionales los científicos han sido capaces de mostrar las primeras imágenes en las que se “aprecia” la misteriosa materia oscura. Bueno, eso es lo que dicen ellos.

Masa-Materia-Luz: Todo la misma cosa ¡Energía! que es el motor que hace andar al ¡El Universo!

emilio silvera

Incluso las frecuencias de onda cerebrales están estrechamente relacionadas con la actividad fisiológica de nuestro organismo. Esto es algo indudable, puesto que todo lo que conocemos en el mundo físico está compuesto por átomos que vibran a determinadas frecuencias. En las últimas décadas, la física cuántica nos ha revelado información muy importante acerca de nuestra realidad. Fue Richard Feynman el que dijo en cierta ocasión que si tuviera que elegir en una frase el descubrimiento más importante de la Ciencia moderna, elegiría:

El mundo está hecho de átomos”

Muchas son las veces que aquí nos hemos referido a que, 500 años antes de Cristo, ya algunos hablaban de ese hecho cierto de que “el mundo estaba hecho de átomos”. Los filósofos de la Naturaleza (como los llamaban entonces), Leucipo de Mileto y su Alumno, Demócrito de Abdera, fueron los encargados de divulgar ese increíble hecho que, según ellos decían: “Todas las cosas estaban hechas de unos objetos invisibles e indivisibles, la parte más pequeña de la materia que llamaban a-tomo o átomos. Aquella historia viene de mucho más lejos y, esos filósofos griegos tomaron prestadas las ideas de los pensadores hindúes que mucho antes que ellos hablaban de átomos y de vacío. Otro filósofo de la Naturaleza, Empédocles, nos decía:

Empedocles de Agrigento, filósofo presocrático  de la antigua Grecia.  Imagen procedente de Thomas Stanley  (1655), The history of philosophy.

“Pues yo he sido a veces un muchacho y una chica,

Un matorral y un pájaro y un pez en las olas saladas.”

 

 

Esto nos decía Empédocles, el padre de aquellos primitivos elementos formados por Agua, tierra, aire y fuego que, mezclados en la debida proporción, formaban todas las cosas que podemos ver a nuestro alrededor. Claro que, él no podía llegar a imaginar hasta donde pudimos llegar después en la comprensión de la materia a partir del descubrimiento de las partículas “elementales” que formaban el átomo. Pero sí, con sus palabras, nos quería decir que, la materia, una veces está conformando mundos y, en otras, estrellas y galaxias.

Sí, hay cosas malas y buenas  pero todas deben ser conocidas para poder, en el primer caso aprovecharlas, y en el segundo, prevenirlas.

Pero demos un salto en el tiempo y viajémos hasta los albores del siglo XX cuando se hacía cada vez más evidente que alguna clase de energía atómica era responsable de la potencia del Sol y del resto de las estrellas que más lejos, brillaban en la noche oscura. Ya en 1898, sólo dos años despuès del descubrimiento de la radiactividad por Becquerel, el geólogo americano Thomas Chrowder Chamberlin especulaba que los átomos eran “complejas organizaciones y centros de eneromes energías”, y que “las extraordinarias condiciones que hay en el centro del Sol pueden…liberar una parte de su energía”. Claro que, por aquel entonces, nadie sabía cual era el mecanismo y cómo podía operar, hasta que no llegamos a saber mucho más sobre los átomos y las estrellas.

 

   Conseguimos tener los átomos en nuestras manos y, aunque la imagen sea simbólica, nos muestra una realidad, toda vez que, en este mismo instante podemos construir “cosas” átomo a átomo. Hemos llegado a un nivel de manipulación de la materia que ni podíamos imaginar hasta hace tan sólo un siglo. Si aquellos Filósofos Naturales levantarán la cabeza…

El intento de lograr tal comprensión exigió una colaboración cada vez mayor entre los astrónomos y los físicos nucleares. Su trabajo llevaría, no sólo a  resolver la cuestión de la energía estelar, sino también al descubrimiento de una trenza dorada en la que la evolución cósmica se entrelaza en la historia atómica y la estelar. En todos estos fenómenos y secretos que nos ocultan la Naturaleza, la Luz está presente y, en el futuro tendrá mucho que decirnos cuando de verdad, la podamos conocer.

La Clave: Fue comprender la estructura del átomo. Que el átomo tenía una estructura interna podía inferirse de varias líneas de investigación, entre ellas, el estudio de la radiactividad: para que los átomos emitiesen partículas, como se había hallado que lo hacían en los laboratorios de Becquerel y los Curie, y para que esas emisiones los transformasen de unos elementos en otros, como habían demostrado Rutherford y el químico inglés Frederick Soddy, los átomos debían ser algo más que simples unidades indivisibles, como implicaba su nombre (de la voz griega que significa “imposible de cortar”).

La Clave: Fue comprender la estructura del átomo. Que el átomo tenía una estructura interna podía inferirse de varias líneas de investigación, entre ellas, el estudio de la radiactividad: para que los átomos emitiesen partículas, como se había hallado que lo hacían en los laboratorios de Becquerel y los Curie, y para que esas emisiones los transformasen de unos elementos en otros, como habían demostrado Rutherford y el químico inglés Frederick Soddy, los átomos debían ser algo más que simples unidades indivisibles, como implicaba su nombre (de la voz griega que significa “imposible de cortar”).

 

 

 

 

El átomo de Demócrito era mucho más de lo que él, en un principio intuyó que sería. Hoy sabemos que está conformado por diversas partículas de familias diferentes: unas son bariones que en el seno del átomo llamamos nucleones, otras son leptones que giran alrededor del núcleo para darle estabilidad de cargas, y, otras, de la familia de los Quarks, construyen los bariones del núcleo y, todo ello, está, además, vigilado por otras partículas llamadas bosones intermedios de la fuerza nuclear fuerte, los Gluones que, procuran mantener confinados a los Quarks.

Pero no corramos tanto, la física atómica aún debería recorrer un largo camino para llegar a comprender la estructura que acabamos de reseñar. De los trs principales componentes del átomo -el protón, el neutrón y el electrón-, sólo el electrón había sido identificado (por J.J. Thomson, en los últimos años del siglo XIX). Nadie hablaba de energía “nuclear” pues ni siquiera se había demostrado la existencia de un núcleo atómico, y mucho menos de sus partículas constituyentes, el protón y el neutrón, que serían identificados, respectivamente, por Thomson en 1913 y James Chawick en 1932.

Rutherford era uno de esos individuos poco corrientes que hizo su más importante contribución a la ciencia, él con su experimento al bombardear una plaxa de oro con partículas alfas, descubrió la existencia de un núcleo dentro del átomo y que era 1/100.000 veces menor que éste. Ganó el Nobel de Fósoca por ello.

De importancia capital resultó conocer la existencia del núcleo y que éste, era 1/100.000 del total del átomo, es decir, casi todo el átomo estaba compuesto de espacios “vacíos” y, la materia así considerada, era una fracción inifintesimal del total atómico.

Rutherford, Hans Geiger y Ernest Marsden se encontraban entre los Estrabones y Tolomeos de la cartografía atómica, en Manchester , de 1909 a 1911, sonderaron el átomo lanzando corrientes de “partículas alfa” subatómicas -núcleos de helio- contra delgadas laminillas de oro, plata, estaño y otros metales. La mayoría de partículas Alfa se escapaban a través de las laminillas, pero, para sombro de los experimentadores, algunas rebotaban hacia atrás. Rutherford pensó durante largo tiempo e intensamente en este extraño resultado; era tan sorprendente, señalaba, como si una bala rebotase sobre un pañuelo de papel. Finalmente, en una cena en su casa en 1911, anunció a unos pocos amigos que había dado con una explicación: que la mayoría de la masa de un átomo reside en un diminuto núcleo masivo. Ruthertford pudo calcular la carga y el diámetro máximo del nucleo atómico. Así se supo que los elementos pesados eran más pesados que los elementos ligeros porque los núcleos de sus átomos tienen mayor masa.

Todos sabemos ahora, la función que desarrollan los electrones en el atomo. Pero el ámbito de los electrones para poder llegar a la comprensión completa, tuvo que ser explorado, entre otros, por el físico danés Niels Bohr, quien demostró que ocupaban órbitas, o capas, discretas que rodean al núcleo. (Durante un tiempo Bohr consideró el átomo como un diminuto sistema solar, pero ese análisis, pronto demostró ser inadecuado; el átomo no está rígido por la mecánica newtoniana sino por la mecánica cuántica.)

Entre sus muchos otros éxitos, el modelo de Bohr revelaba la base física de la espectroscopia. El número de electrones de un átomo está determinado por la carga eléctrica del núcleo, la que a su vez se debe al número de protones del núcleo, que es la clave de la identidad química del átomo. Cuando un electrón cae  de una órbita externa a una órbita interior emite un fotón. La longitud de onda de este fotón está determinada por las órbitas particulares entre las que el electrón efectúa la transición. E esta es la razón de que un espectro que registra las longitudes de onda de los fotones, revele los elementos químicos que forman las estrellas u otros objetos que sean estudiados por el espectroscopista. En palabras de Max Planck, el fundador de la física cuántica, el modelo de Bohr del átomo nos proporciona “la llave largamente buscada de la puerta de entrada al maravilloso mundo de la espectroscopia, que desde el descubrimiento del análisis espectral (por Fraunhoufer) había desafiado obtinadamente todos los intentos de conocerlo”.

 

 

 

Es curioso que, mirando en la oscura noche como brillan las estrellas del cielo, nos atrae su titilar engañoso (es la atmósfera terrestre la que hace que lo parezca) y su brillo, Sin embargo, pocos llegan a pensar en lo que verdaderamente está allí ocurriendo. Las transformaciones de fase por fusión no cesan. Esta transformación de materia en energía es consecuencia de la equivalencia materia-energía, enunciada por Albert Einstein en su famosa fórmula E=mc²; donde E es la energía resultante, m es la masa transformada en energía, y c es la velocidad de la luz (300 000 kilómetros por segundo). La cantidad de energía que se libera en los procesos de fusión termonuclear es fabulosa. Un gramo de materia transformado íntegramente en energía bastaría para satisfacer los requerimientos energéticos de una familia mediana durante miles de años.

Es un gran triunfo del ingenio humano el saber de qué, están confomadas las estrellas, de qué materiales están hechas. Recuerdo aquí a aquel Presidente de la Real Society de Londres que, en una reunión multitudinaria, llegó a decir: “Una cosa está clara, nunca podremos saber de qué están hechas las estrellas”. El hombre se vistió de gloria con la, desde entonces, famosa frase. Creo que nada, con tiempo por delante, será imposible para nosotros.

 

Pero, por maravilloso que nos pueda parecer el haber llegado a la comprensión de que los espectros revelan saltos y tumbos de los electrones en sus órbitas de Bohr, aún nadie podía hallar en los espectros de las estrellas las claves significativas sobre lo que las hace brillar. En ausencia de una teoría convincente, se abandonó este campo a los taxonomistas, a los que seguían obstinadamente registrando y catalogando espectros de estrellas, aunque no sabían hacia donde los conduciría esto.

En el Laboratorio de la Universidad de Harvard, uno de los principales centros de la monótona pero prometedora tarea de la taxonomía estelar, las placas fotográficas que mostraban los colores y espectros de decenas de miles de estrellas se apilaban delante de “calculadoras”, mujeres solteras en su mayoría y, de entre ellas, Henrietta Leavitt, la investigadora pionera de las estrellas variables Cefeidas que tan útiles serían a Shapley y Hubble.

 

 

 

 

Imagen de Sirio A, la estrella más brillante del cielo tomada por el Telescopio Hubble  (Créd. NASA). Sirio es la quinta estrella más cercana y tiene una edad de 300, millones de años. Es una estrella blanca de la secuencia principal de tipo espectral A1V con temperatura superficial de 10 000 K y situada a 8,6 años luz de la Tierra. Es una estrella binaria y, de ella, podríamos contar muchas historias. La estrella fue importante en las vidas de Civilizaciones pasadas como, por ejemplo, la egipcia.

Fue Cannon quien, en 1915, empezó a discernir la forma en una totalidad de estrellas en las que estaba presente la diversidad, cuando descubrió que en una mayoría, las estrellas, pertenecían a una de media docena de clases espectrales distintas. Su sistema de clasificación, ahora generalizado en la astronomía estelar, ordena los espectros por el color, desde las estrellas O blancoazuladas, pasando por las estrellas G amarillas como el Sol, hasta estrellas rojas M. Era un rasgo de simplicidad denajo de la asombrosa variedad de las estrellas.

Pronto se descubrió un orden más profundo, en 1911, cuando el ingeniero y astrónomo autodidacta danés Ejnar Hertzsprung analizó los datos de Cannon y Maury de las estrellas de dos cúmulos, las Híades y las Pléyades. Los cúmulos como estos son genuinos conjuntos de estrellas y no meras alineaciones al azar; hasta un observador inexperimentado salta entusiamado cuando recorre con el telecopio las Pléyades, con sus estrellas color azul verdoso enredadas en telarañas de polvo de diamante, o las Híades, cuyas estrellas varían en color desde el blanco mate hasta un amarillo apagado.

 

 

Las Híades

 

Hertzsprung utilizó los cúmulos como muestras de laboratorio con las que podía buscar una relación entre los colores y los brillos intrínsecos de las estrellas. Halló tal relación: la mayoría de las estrellas de ambos cúmulos caían en dos líneas suavemente curvadas. Esto, en forma de gráfico, fue el primer esbozo de un árbol de estrellas que desde entonces ha sido llamado diagrama Hertzsprung-Russell.

El progreso en física, mientras tanto, estaba bloquedado por una barrera aparentemente insuperable. Esto era literal: el agente responsable era conocido como barrera de Coulomb, y por un tiempo frustó los esfuerzos de las físicos teóricos para copmprender como la fusión nuclear podía producir energía en las estrellas.

La línea de razonamiento que conducía a esa barrera era impecable. Las estrellas están formadas en su mayor parte por hidrógeno. (Esto se hace evidente en el estudio de sus espectros.) El núcleo del átomo de Hidrógeno consiste en un solo protón, y el protón contiene casi toda la masa del átomo. (Sabemos esto por los experimentos de Rutherford). Por tanto, el protón también debe contener casi toda la energía latente del átomo de hidrógeno. (Recordemos que la masa es igual a la energía: E = mc².) En el calor de una estrella, los protones son esparcidos a altas velocidades -el calor intenso significa que las partículas involucradas se mueven a enormes velocidades- y, como hay muchos protones que se apiñan en el núcleo denso de una estrella, deben tener muchísimos choques. En resumen, la energía del Sol y las estrellas, puede suponerse razonablemente, implica las interacciones de los protones. Esta era la base de la conjetura de Eddintong de que la fuente de la energía estelar “difícilmente puede ser otra que la energía subatómica, la cual, como se sabe, existe en abundancia en toda materia”.

 

                                               Plasma en ebullición en la superficie del Sol

Hasta el momento todo lo que hemos repasado está bien pero, ¿que pasa con la Barrera de Coulomb? Los protones están cargados positivamente; las partículasd de igual carga se repelen entre sí; y este obstáculo parecía demasiado grande para ser superado, aun a la elevada velocidad a la que los protones se agitaban en el intenso calor del interior de las estrellas. De acuerdo con la física clásica, muy raras veces podían dos protones de una estrella ir con la rapidez suficiente para romper las murallas de sus campos de fuerza electromagnéticos y fundirse en un solo núcleo. Los cálculos decían que la tasa de colisión de protones no podía bastar para mantener las reacciones de fusión. Sin embargo, allí estaba el Sol, con el rostro radiante, riéndose de las ecuaciones que afirmaban que no podía brillar.

Reflexión y “tunelado” de un electrón dirigido hacia una barrera de potencial. El punto resplandeciente moviéndose de derecha a izquierda es la sección reflejada del paquete de onda. Un vislumbre puede observarse a la derecha de la barrera. Esta pequeña fracción del paquete de onda atraviesa el túnel de una forma imposible para los sistemas clásicos. También es notable la interferencia de los contornos entre las ondas de emisión y de reflexión.

Afortunadamente, en el ámbito nuclear, las reglas de la Naturaleza no se rigen por las de la mecánica de la física clásica, que tienen validez para grandes objetos, como guijarros y planetas, pero pierden esa validez en el reino de lo muy pequeño. En la escala nuclear, rigen las reglas de la indeterminación cuántica.  La mecánica cuántica demuestra que el futuro del protón sólo puede predecirse en términos de probabilidades: la mayoría de las veces el protón rebotará en la Barrera de Coulomb, pero de cuando en cuando, la atravesará. Este es el “efecto túnel cuántico”; que permite brillar a las estrellas.

George Gamow, ansioso de explotar las conexiones entre la astronomía y la nueva física exótica a la que era adepto, aplicó las probabilidades cuánticas a la cuestión de la fusión nuclear en las estrellas y descubrió que los protones pueden superar la Barrera de Coulomb. Esta historia es mucho más extensa y nos llevaría hasta los trabajos de Hans Bethe, Edward Teller y otros, así como, al famoso Fred Hoyle y su efecto Triple Alfa y otras maravillas que, nos cuentan la historia que existe desde los átomos a las estrellas del cielo.

Una cuestión que no debemos olvidar nunca es que la simetría subyace en las leyes del Universo. Muchos han sido los cambios que en los últimos tiempos se han producido en la disciplina cientifica de la física y otras áreas del saber humano. Sin embargo, en todos ellos, en todos esos cambios ha estado siempre presente una característica esencia: La Simetría que es aquella propiedad que permanece invariable a pesar de los cambios. Los físicos fijándose en esa simetría han podido descubrir cuestiones importantes que permanecesían profundamente escondidas en las entrañas de la Naturaleza.

Los que hemos trillado el camino de la Física y de la Astronomía, hemos podido llegar a comprender la importancia de la simetría en la comprensión del “mundo” (una manera en la que los vistorianos expresaban su parecer sobre el universo). En todos los aspectos misteriosos y sutíles que encontramos en la naturaleza, la simetría nos arroja una luz sobre ellos que hace posible que lleguemos a comprender lo que antes no entendíamos. Muchos Físicos como Einstein, por ejmplo, con la Simetría en su cabeza llegó a comprender “su mundo” y se dio cuenta de qué cosas en el Universo no cambian a pesar de todo.

No hace mucho hemos hablado aquí de las eras por las que pas´ço el Universo primitivo hasta que, al enfriarse, se pudo estabilizar y hacerse mayor, es decir, el Universo que hoy conocemos y en los que están presentes una serie de simetrías o constantes que lo hacen reconocible para nosotros. Una de esas constantes, como tantas veces hemos podido referir aquí, es la de la Luz. El amigo Einstein supo “ver” que aquella simetría luminosa hecha de fotones, era invariable y, sin importar cual fuere la fuente ni a que velocidad pudiera moverse ésta o incluso estar parada, la luz, sin importarle nada de todo eso, seguía su camino a la misma velocidad siempre, es decir, a 299.972.458 metros por segundo cuando corría por el vacío interestelar, y, nada podría nunca sobrepasar de esa velocidad que era una constante de la Naturaleza.

Hemos tenido que construir máquinas inmensas para poder comprobar los efectos que se producen en un cuerpo cuando éste quiere ir más rápido que la luz. Lo predijo la teoría de la relatividad especial de Einstein y se ha comprobado despuès en los aceleradores de partículas: Nada va más rápido que la luz en nuestro Universo.

Es preciso ampliar un poco más las explicaciones anteriores que no dejan sentadas todas las cuestiones que el asunto plantea, y quedan algunas dudas que incitan a formular nuevas preguntas, como por ejemplo: ¿por qué se convierte la energía en masa y no en velocidad?, o ¿por qué se propaga la luz a 299.793 Km/s y no a otra velocidad?

La única respuesta que podemos dar hoy es que así es el universo que nos acoge y las leyes naturales que lo rigen, donde estamos sometidos a unas fuerzas y unas constantes universales de las que la velocidad de la luz en el vacio es una muestra.

A velocidades grandes cercanas a la de la luz (velocidades relativistas) no sólo aumenta la masa del objeto que viaja, sino que disminuye también su longitud en la misma dirección del movimiento (contracción de Lorentz) y en dicho objeto y sus ocupantes – si es una nave – se retrasa al paso del tiempo, o dicho de otra manera, el tiempo allí transcurre más despacio. A menudo se oye decir que las partículas no pueden moverse “más deprisa que la luz” y que la “velocidad de la luz” es el límite último de velocidad.

Pero decir esto es decir las cosas a medias, porque la luz viaja a velocidades diferentes dependiendo del medio en el que se mueve. Donde más deprisa se mueve la luz es en el vacío: allí lo hace a 299.792’458 Km/s. Este sí es el límite último de velocidades que podemos encontrar en nuestro universo.

En el futuro, grandes estaciones sumergidas en el océano y ciudades en otros mundos rodeadas de campos de fuerza que impedirán la radiación nosiva mientras tanto se va consiguiendo terraformar el planeta. La tecnología habrá avanzado tanto que nada de lo que hoy podamos imaginar estará fuera de nuestro alcance y, viajar a mundos situados a decenas de años-luz de la Tierra será para entonces, lo cotidiano

Eso es lo que imaginamos pero… ¿Qué maravillas tendremos dentro de 150 años? ¿Qué adelantos científicos se habrán alcanzado? ¿Qué planetas habremos colonizado? ¿Habrá sucedido ya ese primer contacto del que tanto hablamos? ¿Cuántas “Tierras” habrán sido encontradas? ¿Qué ordenadores utilizaremos? ¿Será un hecho cotidiano el viaje espacial tripulado? ¿Estaremos explotando las reservas energéticas de Titán? ¿Qué habrá pasado con la Teoría de Cuerdas? Y, ¿Habrá, por fín aparecido la dichosa relatividad/#”>materia oscura? Haciendo todas estas preguntas de lo que será o podrá ser, nos viene a la memoria todo lo que fue y que nos posibilita hacer estas preguntas.

Una cosa nos debe quedar bien clara, nada dentro de 250 años será lo mismo que ahora. Todo habrá cambiado en los distintos ámbitos de nuestras vidas y, a excepción del Amor y los sentimientos que sentiremos de la misma manera (creo), todo lo demás, habrá dado lugar a nuevas situaciones, nuevas formas de vida, nuevas sociedades, nuevas maneras y, podríamos decir que una Humanidad nueva, con otra visión y otras perspectivas.

  Nuevas maneras de sondear la Naturaleza y desvelar los secretos

Pero echemos una mirada al pasado. Dejando a un lado a los primeros pensadores y filósofos, como Tales, Demócrito, Empédocles, Ptolomeo, Copérnico, Galileo, Kepler y otros muchos de tiempos pasados, tenemos que atender a lo siguiente:

Nuestra Física actual está regida y dominada por dos explosiones cegadoras ocurridas en el pasado: Una fue aquel artículo de 8 páginas que escribiera Max Planck, en ese corto trabajo dejó sentados los parámetros que rigen la Ley de la distribución de la energía radiada por un cuerpo negro. Introdujo en física el concepto novedoso de que la energía es una cantidad que es radiada por un cuerpo en pequeños paquetes discretos, en vez de en una emisión continua. Estos pequeños paquetes se conocieron como cuantos y la ley formulada es la base de la teoría cuántica.

Un amigo físico me decía: cuando escribo un libro, procuro no poner ecuaciones, cada una de ellas me quita diez lectores. Siguiendo el ejemplo, procuro hacer lo mismo (aunque no siempre es posible) pero, en esta ocasión dejaremos el desarrollo de la energía de Planck del que tantas veces se habló aquí, y, ponernos ahora a dilucidar ecuaciones no parece lo más entretenido, aunque el lenguaje de la ciencia, no pocas veces es el de los números.

En cualquier evento de Ciencia, ahí aparecen esos galimatias de los números y letras que pocos pueden comprender, dicen que es el lenguaje que se debe utilizar cuando las palabras no pueden expresar lo que se quiere decir. Y, lo cierto es que, así resulta ser.

Después de lo de Planck y su radiación de cuerpo negro, cinco años más tarde, irrumpió en escena otra  revolución de la Física se produjo en 1.905, cuando Albert relatividad/Einstein con su relatividad/relatividad especial nos dio un golpecito  en nuestras cabezas para despertar en ellas nuestra comprensión de las leyes que gobiernan el Universo.

Nos dijo que la velocidad de la luz es la máxima alcanzable en nuestro universo, que la masa y la energía son la misma cosa, que si se viaja a velocidades cercanas a la de la luz, el tiempo se ralentiza pero, el cuerpo aumentará su masa y se contraerá en el sentido de la misma…Y, todo eso, ha sido una y mil veces comprobado. Sin embargo, muchas son las pruebas que se realizan para descubrir los fallos de la teoría, veamos una:

Los científicos que estudian la radiación gamma de una explosión de rayos lejanos han encontrado que la velocidad de la luz no varía con la longitud de onda hasta escalas de distancia por debajo de la relatividad/longitud de Planck. Ellos dicen que esto desfavorece a algunas teorías de la gravedad cuántica que postulan la violación de la invariancia de Lorentz.

La invariancia de Lorentz se estipula que las leyes de la física son las mismas para todos los observadores, independientemente de dónde se encuentren en el universo. relatividad/Einstein utilizó este principio como un postulado de la relatividad/relatividad especial, en el supuesto de que la velocidad de la luz en el vacío, no depende de que se esté midiendo, siempre y cuando la persona esté en un sistema inercial de referencia. En más de 100 años la invariancia de Lorentz nunca ha sido insuficiente.

 

El mundo moderno de la física se funda notablemente en dos teorías principales, la relatividad/relatividad general y la mecánica cuántica, aunque ambas teorías parecen contradecirse mutuamente. Los postulados que definen la teoría de la relatividad/relatividad de relatividad/Einstein y la teoría del quántum estan incuestionablemente apoyados por rigurosa y repetida evidencia empiríca. Sin embargo, ambas se resisten a ser incorporadas dentro de un mismo modelo coherente.

La Teoría de cuerdas nos habla de las vibraciones que éstas emiten y que son partículas cuánticas. En esta teoría, de manera natural, se encuentran las dos teorías más importantes del momento: La Gravedad y la Mecánica cuántica, allí, subyacen las ecuaciones de campo de la teoría de la relatividad de Einstein que, cuando los físicas de las “cuerdas” desarrollan su teoría, aparecen las ecuciones relativista, sin que nadie las llame, como por arte de magia. Y, tal aparición, es para los físicos una buena seña.

Sin embargo, los físicos siguen sometiendo a pruebas cada vez más rigurosas, incluyendo versiones modernas del famoso experimento interferométrico de Michelson y Morley. Esta dedicación a la precisión se explica principalmente por el deseo de los físicos para unir la mecánica cuántica con la relatividad/relatividad general, dado que algunas teorías de la gravedad cuántica (incluyendo la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles) implica que la invariancia Lorentz podría romperse.

Granot y sus colegas estudiaron la radiación de una explosión de relatividad/rayos gamma (asociada con una explosión de gran energía en una galaxia distante) que fue descubierto por la NASA relatividad/Fermi Gamma-Ray Space Telescope, el 10 de mayo de este año. Se analizó la radiación en diferentes longitudes de onda para ver si había indicios de que los relatividad/fotones con energías diferentes llegaron a los detectores de relatividad/Fermi en diferentes momentos.

Tal difusión de los tiempos de llegada parece indicar que la invariancia Lorentz efectivamente había sido violada, es decir que la velocidad de la luz en el vacío depende de la energía de la luz y no es una constante universal. Cualquier dependencia de la energía sería mínima, pero aún podría resultar en una diferencia mensurable en los tiempos de llegada de relatividad/fotones debido a los miles de millones de años luz de a la que se encuentran las explosiones de relatividad/rayos gamma.

    Cuando nos acercamos a la vida privada del genio… ¡también, como todos, era humano!

De la calidad de relatividad/Einstein como persona nos habla un detalle: Cuando el Presidente Chaim Weizmann de Israel murió en 1952, a relatividad/Einstein se le ofreció la presidencia, pero se negó, diciendo que no tenía “ni la habilidad natural ni la experiancia para tratar con seres humanos.” Luego escribió que se sentía muy honrado por el ofrecimiento del estado de Israel, pero a la vez triste y avergonzado de no poder aceptarla.

Pero sigamos con la segunda revolución de su teoría que se dio en dos pasos: 1905 la teoría de la relatividad/relatividad especial y en 1.915, diez años después, la teoría de la relatividad/relatividad general que varió por completo el concepto del Cosmos y nos llevó a conocer de manera más profunda y exacta la Gravedad de relatividad/Newton.

      Einstein nos decía que el espacio se curva en presencia de grandes masas

En la Teoría Especial de la Relatividad, relatividad/Einstein se refirió a sistemas de referencias inerciales (no acelerados). Asume que las leyes de la física son idénticas en todos los sitemas de referencia y que la velocidad de la luz en el vacío, c, es constante en el todo el Universo y es independiente de la velocidad del obervador.

La teoría desarrolla un sistema de matemáticas con el fin de reconciliar estas afirmaciones en aparente conflicto. Una de las conclusiones de la teoría es que la masa de un cuerpo, aumenta con la velocidad (hay una ecuación quer así lo demuestra), y, tal hecho, ha sido sobradamente comprobado en los aceleradores de partículas donde un relatividad/muón, ha aumentado más de diez veces su masa al circular a velocidades cercanas a la de la luz. Y el relatividad/muón que tiene una vida de dos millonésimas de segundo, además, al desplazarse a velocidades relativistas, también ven incrementado el tiempo de sus vidas.

El Acelerador de Partículas LHC es una Obra inmensa que ha construido el SER Humano para saber sobre la Naturaleza de la materia y…

Todos esos impulsos son llevados a procesadores electrónicos de datos a través de cientos de miles de cables. Por último, se hace una grabación en carrete de cinta magnética codificada con ceros y unos. La cinta graba las violentas colisiones de los protones y antiprotones, en las que generan unas setenta partículas que salen disparadas en diferentes direcciones dentro de las varias secciones del detector.

El LHC es un esfuerzo internacional, donde participan alrededor de siete mil físicos de 80 países. Consta de un túnel en forma de anillo, con dimensiones interiores parecidas a las del metro subterráneo de la Ciudad de México, y una circunferencia de 27 kilómetros. Está ubicado entre las fronteras de Francia y Suiza, cerca de la ciudad de Ginebra, a profundidades que van entre los 60 y los 120 metros debido a que una parte se encuentra bajo las montañas del Jura

La ciencia, en especial la física de partículas, gana confianza en sus conclusiones por duplicación; es decir, un experimento en California se confirma mediante un acelerador de un estilo diferente que funciona en Ginebra con otro equipo distinto que incluye, en cada experimento, los controles necesarios y todas las comprobaciones para que puedan confirmar con muchas garantías, el resultado finalmente obtenido. Es un proceso largo y muy complejo, la consecuencia de muchos años de investigación de muchos equipos diferentes.

relatividad/Einstein también concluyó que si un cuerpo pierde una energía L, su masa disminuye en L/c2. relatividad/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 la ecuación m=E/c2 ( o la más popular E=mc2).

Otras de las conclusiones de la teoría de relatividad/Einstein en su modelo especial, está en el hecho de que para quien viaje a velocidades cercanas a c (la velocidad de la luz en el vacío), el tiempo transcurrirá más lento. Dicha afirmación también ha sido experimentalmente comprobada.

Todos estos conceptos, por nuevos y revolucionarios, no fueron aceptados por las buenas y en un primer momento, algunos físicos no estaban preparados para comprender cambios tan radicales que barrían de un plumazo, conceptos largamente arraigados.

       Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas

Fue Max Planck, el Editor de la Revista que publicó el artículo de Albert relatividad/Einstein, quien al leerlo se dió cuenta de la enorme importancia de lo que allí se decía. A partir de aquel momento, se convirtió en su valedor, y, en verdad, relatividad/Einstein, reconoció publicamente tal ayuda.

En la segunda parte de su teoría, la Relatividad General, relatividad/Einstein concluyó que el espacio y el tiempo están distorsionados por la materia y la energía, y que esta distorsión es la responsable de la gravedad que nos mantiene en la superficie de la Tierra, la misma que mantiene unidos los planetas del Sistema Solar girando alrededor del Sol y, también la que hace posible la existencia de las Galaxias.

 

¡La Gravedad! Siempre está presente e incide en los comportamientos de la materia. La gravedad presente en un agujero negro gigante hace que en ese lugar, el tiempo deje de existir, se paralice y el espacio, se curve en una distorsión infinita. Es decir, ni espacio ni tiempo tienen lugar en la llamada singulariudad.

Nos dio un conjunto de ecuaciones a partir de los cuales se puede deducir la distorsión del tiempo y del espacio alrededor de objetos cósmicos que pueblan el Universo y que crear esta distorsión en función de su masa. Se han cumplido 100 años desde entonces y miles de físicos han tratado de extraer las predicciones encerradas en las ecuaciones de relatividad/Einstein (sin olvidar a Riemann ) sobre la distorsión del espaciotiempo.

Un relatividad/agujero negro es lo definitivo en distorsión espaciotemporal, según las ecuaciones de relatividad/Einstein: está hecho única y exclusivamente a partir de dicha distorsión. Su enorme distorsión está causada por una inmensa cantidad de energía compactada: energía que reside no en la materia, sino en la propia distorsión. La distorsión genera más distorsión sin la ayuda de la materia. Esta es la esencia del relatividad/agujero negro.

             Las ecuaciones de campo de la relatividad general de Einstein… ¡Nos dicen tántas cosas!

Si tuviéramos un relatividad/agujero negro del tamaño de la calabaza más grande del mundo, de unos 10 metros de circunferencia, entonces conociendo las leyes de la geometría de Euclides se podría esperar que su diámetro fuera de 10 m.: л = 3,14159…, o aproximadamente 3 metros. Pero el diámetro del agujero es mucho mayor que 3 metros, quizá algo más próximo a 300 metros. ¿ Cómo puede ser esto ? Muy simple: las leyes de Euclides fallan en espacios muy distorsionados.

 

    Con Einstein llegó la cosmología moderna, otra manera de mirar el Universo

Con esta teoría de la Relatividad General, entre otros pasos importantes, está el hecho de que dió lugar al nacimiento de la Cosmología que, de alguna manera, era como mirar con nueva visión a lo que l Universo podía significar, Después de relatividad/Einstein, el Universo no fue el mismo.

El análisis de la Gravitación que aquí se miuestra interpreta el Universo como un continuo espacio-tiempo de cuatro dimensiones en el el que la presencia de una masa (como decía antes) curva el espacio para crear un campo gravitacional.

De la veracidad y comprobación de las predicciones de ésta segunda parte de la Teoría Relativista, tampoco, a estas alturas cabe duda alguna, y, lo más curioso del caso es que, después de casi un siglo (1.915), aún los físicos están sacando partido de las ecuaciones de campo de la teoría relativista en su versión general o de la Gravedad.

Tan importante es el trabajo de relatividad/Einstein que, en las nuevas teorías, en las más avanzadas, como la Teoría M (que engloba las cinco versiones de la Teoría de Cuerdas), cuando la están desarrollando, como por arte de magía y sin que nadie las llame, surgen, emergen, las ecuaciones de relatividad/Einstein de la Relatividad General.

La luz se propaga en cualquier medio pero en el vacío, mantiene la mayor velocidad posible en nuestro Universo, y, hasta el momento, que se sepa, nada ha corrido más que la luz en ese medio. Algunos han publicado ésta o aquella noticia queriendo romper la estabilidad de la relatividad especial y han publicado que los neutrinos o los taquiones van más rápidos que la luz. Sin embargo, todo se quedó en eso, en una noticia sin demostración para captar la atención del momento.

La luz se propaga en el vacío a una velocidad aproximada a los 30.000 millones (3×10¹⁰) de centímetros por segundo. La cantidad c² representa el producto c×c, es decir:

3×10¹⁰ × 3×10¹⁰, ó 9×10²⁰.

Por tanto, c² es igual a 900.000.000.000.000.000.000. Así pues, una masa de un gramo puede convertirse, en teoría, en 9×10²⁰ ergios de energía.

El ergio es una unida muy pequeña de energía que equivale a: “Unidad de trabajo o energía utilizado en el sistema c.g.s y actúa definida como trabajo realizado por una fuerza de 1 dina cuando actúa a lo largo de una distancia de 1 cm: 1 ergio = 10^-7 julios”. La kilocaloría, de nombre quizá mucho más conocido, es igual a unos 42.000 millones de ergios. Un gramo de materia convertido en energía daría 2’2×10¹⁰ (22 millones) de kilocalorías.  Una persona puede sobrevivir cómodamente con 2.500 kilocalorías al día, obtenidas de los alimentos ingeridos. Con la energía que representa un solo gramo de materia tendríamos reservas para unos 24.110 años, que no es poco para la vida de un hombre.

Emilio Silvera