Hay más materia de la que epnsamos en el Espacio Intergaláctico. Las galaxias se pudieron formar por que aqllí estaba presente una sustancia cósmica desconocida. Esa sustancia generaba fuerza de Gravedad y, a pesar de la expansi´`on de Hubble, las galaxias se pudieron formar.

Según los investigadores, en el Espacio aparentemente vacío que separa las galaxias podría haber también miles de millones de “estrellas errantes”.

Los enormes espacios que existen entre unas galaxias y otras pueden llegar a tener extensiones de millones de años luz. Baste citar como ejemplo que Andrómeda, la galaxia espiral vecina a nuestra Vía Láctea, se encuentra a 2,5 millones de años luz de distancia. ¡Y es la que tenemos más cerca! Y aunque parezca que esos espacios están completamente vacíos, en realidad bullen de materia. Entre galaxias, de hecho, el espacio “vacío” contiene más materia que la que hay en la suma de todas las galaxias del Universo.La densidad de esa materia, sin embargo, es muy pequeña. “Si tomamos un metro cúbico de espacio intergaláctico -asegura el astrónomo Michael Shull a la revista Live Science- apenas habría un único átomo en su interior. Pero cuando lo sumas todo, el resultado se encuentra en algún lugar entre el 50 y el 80% de toda la materia ordinaria que existe”.

Nota de prensa.

[?]

                                     ¿Qué podremos encontrar en los océanos de Europa?

La Nave del Consorcio Internacional de Naciones, Aurora, que salió de la Tierra el 4 de abril de 2.090 para desarrollar el proyecto “Otros mundos, otras formas de Vida”, nos envía increíbles imágenes del océano interior de la luna Europa, donde extrañas conformaciones  (que no sabemos lo que son y al parecer están construídas por seres inteligentes, han causado el asombro de los astronautas aventureros que, asombrados, contemplaron a esa asombrosa y gigantesca criatura que majestuosa surcaba las aguas oceánicas de Europa.

A la derecha una imagen del hemisferio posterior de Europa en sus colores naturales que muestran las enormes fracturas de la superficie helada. La fotografía se hizo el 7 de septiembre de 1996 por la nave espacial Galileo a 677.000 Km del satélite que tiene un tamaño próximo al de la Luna.

El hallazgo ha causado una gran conmoción en los medios y, por fín, sabemos que la vida no es una exclusividad de la Tierra. Ahora, habrá que seguir investigando para obtener respuesta a miles de preguntas que tienen que ser contestadas.

Los ingenios robóticos submarinos que han introducido en los huecos abiertos en la superficie de Europa no dejan de enviar increíbles imágenes de extrañas conformaciones que ningún ser con un alto grado de inteligencia podría haber construido.

¿Cómo serán esos Seres vivos inteligentes que, al menos de momento, no han dado ninguna señal de que se han percato de la presencia de los humanos?

 Algunas de las cosas que aquí aparecen no son naturales, alguien las ha tenido que hacer. ¿O, acaso No?

Por otra parte, la expedición “Fermi” que salió de la Tierra el día 7 de enero de 2091 con destino en un sistema planetario descubierto en Orión, después de investigar durante meses, halló un planeta idóneo para la vida al que mandaron sondas que en distintas regiones han captado imágenes asombrosas que prueban la presencia de la vida inteligente.

Como aquí en la Tierra, distintas regiones con distintos climas y habitats podrían albergar a un sin fin de criaturas que no serán conocidas hasta que llegue allí la expedición humana programada que tratará de tomar contacto con los posibles seres de inteligencia superior.

A pesar de nuestras altas tecnologías seguimos sin saber nada de aquel extraño aparato que fue fotografiado por encima de las nubes en el espacio de Alemania. El piloto que lo captó lo vió desaparecer a velocidades inusuales para las aeronaves conocidas y, los científicos están extrañados del hallazgo y de las consecuencias que podrían llevar consigo.

La Sonda sideral Einswton, ha mandado imágenes de un mundo situado a menos de 1/10 de UA de su estrella. Se le ha dado el nombre de Averno y las temperaturas allí medidas han sobrepasado los 800 ºC, y, la esperanza de que esté presente alguna forma de vida es irrisoria.

Los últimos experimentos científicos han logrado por fín abrir una ventana al Hiperespacio, se mantiene abierta con materia extraña y, al menos de momento no se sabe hasta donde podrá llegar y dónde estará situada la puerta de salida, parece que todo depende de la cantidad de energía de la que se pueda disponer y, se quiere lograr dirigir al lugar exacto ese pasillo hiperespacial que nos podría llevar hasta mundos lejanos en la nuestra y en otras galaxias.

Por fín se ha encontrado la manera de invertir el curso de la vida, como nos decía De Grey en el siglo XXI, la genética y su conocimiento profundo nos llevará a codearnos con la inmortalidad (vivir 500 o 1.000 años ya lo parece). envejecer no es una consecuencia inevitable de la condición humana. Según se ha podido lograr ahora, el avance de nuestros conocimientos han cambiado esa situación del pasado, ya que, el envejecimiento sólo era el resultado de daños acumulados a nivel celular o molecular, que los avances médicos pueden ahora prevenir e incluso revertir. Ya la ciencia puede ofrecer una longevidad que se codee con la inmortalidad. “Hemos logrado extender la vida sana, no de prolongar la fragilidad de la vejez”.

Los antiguos aceleradores de partículas (incluido el famoso LHC del siglo XXI), han quedado desfasados y, ahora, otros monstruosos equipos que funcionan a 350 TeV, pueden llegar más allá de los Quarks y localizar las cuerdas vibrantes que conforman la esencia de la materia.

Hemos llegado a saber que, durante la expansión, el estado de falso vacío empieza a decaer en el vacío habitual produciéndose una sopa muy caliente de partículas que precisamente corresponde al punto de partida del Big-Bang estándar.

Ya no hablamos de “materia oscura” que por fin, quedó descartada allá por los años 2.054, al poder captar con telescopios modernos y muy potentes que, mucho más allá de nuestro universo, existen otros que, siendo masivos como el nuestro generan una inmensa fuerza de gravedad que tira de nosotros y, en un futuro aún muy lejano, comenzarán a fusionarse universos que se atraen.

Lo mismo que en el siglo XX y XXI podíamos captar imágenes de galaxias que se fusionaban, en el futuro podremos captar las mismas imágenes de universos que se juntan para formar otros mayores. Esa inmensidad cosmológica no es bien asimilada por nuestras mentes tridimensionales pero, si queremos progresar y estar al día en lo que vendrá, una condición inexcusable será la de retirar de nuestras mentes la palabra Imposible.

¡Todo lo que podamos imaginar será realidad!

emilio silvera

[?]

Existen inesperadas conexiones entre los cuerpos celestes y los patrones que rigen la Vida en el Planeta Tierra, No pocas de las secuencias que podemos observar, son la consecuencia directa de dichas conexiones, a las que, la mayoría de las veces, no le prestamos la menor atención.

Merece la pena examinar esos vínculos que, situados a niveles diferentes, pueden comenzar en puntos temporales subyacentes en el entorno terrestre y terminar con las respuestas  que los seres vivos, donde sólo los Humanos, aprendieron a dar al reino astronómico el valor y la conexión que en todo ello tenían.

Estas respuestas (aunque a veces nos parezcan ancestrales), aún se manifiestan en nuestra organización social, y también subyacen a muchas de nuestras respuestas metafísicas y emocionales del Universo.

Hemos estado tentados a ver las estrellas como dioses, como demonios, como la mejor guía para la navez viajeras, como la profesía de la mala suerte, o, lo que es peor, como gobernantes de cada una de nuestras acciones.

Descubrimos también que hemos sido tremendamente afortunados por el simple hecho de que, la forma de vida que representamos, vino a caer, por razones del Azar, dentro de un entorno celeste que influye significativamente en el alcance y dirección de cualquier investigación científica del Universo que, en nuestra pacífica Región, se hace totalmente posible al estar alejados de lugares turbulentos y emisiones de inmensas energías que impedidirían cualquier clase de observación y estudio fiable.

Si en nuestro entorno explotaran Supernovas y estuvieran presentes Agujeros Negros masivos… ¡Las cosas serían muy diferentes para nosotros, o, incluso, no serían!

Nuestros primeros pasos preconscientes, es decir, los de nuestros ancestros primitivos a lo largo del Sendero Evolutivo, se produjeron en un mundo de alternancia diaria de la noche y el día, una crecida y bajada mensual de las mareas y una variación anuela en las horas diurnas y en el clima. Todos estos cambios de escenarios dejaron su impronta sobre nosotros, los actores en el serial de la Vida.

Hace millones de años la Tierra carecía de Oxígeno y los seres que la poblaban (anaeróbicos) vivían tan ricamente. Más tarde, las cosas cambiaron y casi todos los seres que pueblan la Tierra necesitan del oxígeno para vivir.

No hace muchos años que, un equipo científico descubrió la existencia de seres que, teniendo boca y cabeza no necesitaban del oxígeno para vivir. Uno de los tres nuevos loricíferos descubiertos ha sido bautizado oficialmente como Spinoloricus cinzia en honor de la esposa del investigador.

Algunos seres vivos pudieron sobrevivir mejor porque variaciones fortuitas les dieron ritmos corporales que reflejaban con precisión el pulso de cambios ventajosos en el entorno que pudieron ser aprovechados por ellos, tanto en las plantas como en los animales de todo tipo. Unos pudieron adaptarse y otros no.

Esos otros, sintieron directa y vivamente en su propios metabolismos aquellos cambios que los ritmos celestes imponían y a los que ellos, no se pudieron adaptar, y, de esa manera, sus especies perecieron y dejaron de existir.

El mundo está lleno de Plantas y Animales que han crecido sensibles al ciclo de la noche y el día, el cielo estacional del calor del Sol y la variación mensual de las mareas. Las mareas oceánicas provocadas por las feses de la Luna influyeron en la evolución de los crustáceos y los anfibios.

La formación de regiones con grandes diferencias entre mareas vivas y muertas, con alternancia de períodos de inmersión y períodos secos, puede haber aninado la disfunción de la vida del mar a la tierra. Las condiciones cambiantes estimulan la evolución de un tipo de complejidadque lleva a la vida porque crea condiciones en las que la variación supone una diferencia en las perspectivas de supervivencia (adaptarse o morir).

Existen huellas claras de un período anual en los ciclos vitales de las plantas y de los demás seres vivos de que, han favorecido su adaptación evolutiva y han hecho posible la supervivencia  y crecimientos de las especies y sus “relojes” innatos que hace coincidir, en no pocos casos, el nacimiento de sus crías con momentos en los que la posibilidad de supervivencia es mayor, especialmente, en las regiones templadas, donde las estaciones cambian de manera más abruptas.

En la manera que hemos podido llegar a descubrir, de cómo desovan algunos y como tienen en cuenta el momento de la Luna nueva o Luna llena , y los peces desoven después de enterrar la mitad de sus cuerpos en la arena. De esta manera les da tiempo a que las mareas no puedan arrastrarlos para evitar su puesta.

Los animales sienten el cambio de las Estaciones por una respuesta a la duración de la Luz diurna. Hay ejemplos notables de la precisión de esta sensibilidad, que optimiza la fertilidad de las hembras para que coincida con el equinoccio de primavera.

Parece que la actividad de apareo se desencadena cuando la duración de la Luz diurna alcanza un valor crítico. Los experimentos muestran que pueden haber dos fases:

– Amor a la Luz

– Amor en la Oscuridad

En la primera fase, cuando la luz cae en el cuerpo estimula el crecimiento y la actividad; en la segunda fase, estas cosas se inhiben. En días largos, más luz estimula las respuestas bioquímicas más fuertes.

Pero la situación no es siempre tan sencilla. Las criaturas pueden poner a cero sus relojes internos exponiéndolos a entornos artificiales.

El día y el Año son las más simples de nuestras de nuestras divisiones temporales. La longitud del día está determinada por el Tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta alrededor de su eje. El día sería mucho más largo si la Tierra rotara más lentamente, y las variaciones diurnas no existirían en absoluto si la Tierra no tuviera rotación. En este caso, los seres vivos estarían, divididos entre trtes poblaciones diferentes:

– Los que vivirían en el lado oscuro

– Los que vivirían en el lado luminoso

– Los que vivirían en la Zona Corpuscular intermedia

Está claro que hay un límite en lo que se refiere a que el día sea más corto o más largo, todo dependerá de los factores que en ello puedan intervenir. El día no podría ser mucho más corto porque hay un límite en la rápido que puede girar un cuerpo antes de que empiece a despedir a todos los objetos que estén sibre su superficie y, más tarde, a desintegrarse. De hecho, la longitud del día está alargándose muy lentamente, aproximadamente dos milésimas de segundo cada siglo, debido a la atracción de la Luna.

Seguramente, algunos de ustedes, al leer “…dos milésimas de segunda cada siglo…”, hayan podido pensar: Qué tontería, y, qué puedo eso influir en nada.

Lo cierto es que, durante los enormes períodos necesarios para un cambio Geológico o Biológico destacable, ese infinitesimal aumento adquiere una importancia vital.

           La Tierra gira cada vez más lentamente

El día habría sido 11 horas más corto hace ahora 2.000 millones de años, cuando vivían las antiguas bacterias fósiles conocidas y halladas en las rocas más antiguas de la Tierra en Warradona (Australia). Se han hallado pruebas directas de este cambio impresos en los seres vivos en algunas arrecifes de las Bahamas.

En el coral se depositan bandas de crecimiento anual (similares a los anillos de los árboles), y contando cuantas bandas diarias hay en cada banda anual se puede determinar cuantos ciclos diarios había en un año. El crecimiento coral contemporáneo muestra unas trescientas sesenta y cinco bandas por cada año, aproximadamente lo que se esperaba, mientras que los corales de hace 350 millones de años, muestran unos cuatrocientos anillos diarios en cada banda anual, lo que nos indica que el día era entonces de sólo 21,9 horas.

Si hacemos un viaje al pasado, para tratar de contemplar la evolución terrestre desde su formación, podríamos contemplar cómo, la Tierra jóven podría haber tenido días de tan sólo 6 horas. Así pués, si la Luna no existiera nuestro día sería (probablemente) dee sólo un cuarto de su longitud actual. Esto también hubiera tenido consecuencias para el campo magnético de la Tierra. Con un día de sólo 6 horas, la rotación más rápida de partículas cargadas dentro del planeta produciría un campo terrestre tres veces más intenso que el actual.

La sensibilidad magnética sería una adaptación más económica  para los seres vivos de un mundo semejante.Sin embargo, los efectos ambientales de más largo alcance de un día más corto serían seguidos de vientos más fuertes, mucho más fuertes que azotarían que azotarían la superficie en rotación del planeta.

El grado de erosión por el viento y las olas sería muy grande. Habría presión selectiva hacia árboles más pequeños y para que las plantas desarrollaran hojas más pequeñas y más fuertes que fueran menos susceptibles de ser arrancadas. Esto podría alterar el curso de la evolución  de la atmósfera terrestres al retrasar la conversión de su primitiva atmósfera de dióxido de Carbono en Oxígeno por acción de la Fotosíntesis.

El año está determinado por el Tiempo que tarda la Tierra en completar una órbita alrededor del Sol. Este período de Tiempo no es en modo alguno aleatorio. Las temperaturas y emisiones de energía de las estrellasd estables están fijadas por las intensidades invariantes de las fuerzas de la naturaleza.

En un planeta sólo puede haber una actividad Biológica si su temperatura superficial no es extrema. Demasiado calor y las moléculas se frien; demasiado frío, y se congelan; pero en medio, hay un rango de temperaturas en el que pueden multiplicarse y crecer en complejidad los seres vivos.

Existe un estrecho rango dentro del cual el agua puede mantenerse líquida y ese estado es el óptimo para la evolución espontánea de la vida. El agua ofrece un ambiente maravilloso para la evolución de la Química compleja porque aumenta tanto la movilidad como la acumulación de grandes concentraciones de moléculas que se pueden transformar en estructuras complejas.

Estas limitaciones a las temperaturas garantizan a los seres vivos que su biología les exige estar situados en planetas que no estén demasiado cerca de su estrella madre, ni tampoco, demasiado lejos de su luz y su calor. Es lo que llamamos estar situados en la Zona habitable de una estrella para que, en los planetas allí situados, la vida pueda florecer.

Otra cuestión importe es que, esos planetas, tengan órbitas casi circulares, si queremos que dichos planetas permanezcan en esa Zona habitable, ya que, si la órbita es elíptica se saldría de ella y, la vida, tendría muchos problemas para poder mantenerse estable.

Esta animación muestra algunas órbitas elípticas con diferentes excentricidades. Así mismo, muestra cómo está el Sol durante el foco de una elipse, y algo de la matemática que hay tras las órbitas elípticas. Animación de Randy Russell (miembro del equipo de Ventanas al Universo).

Las órbitas elípticas llevarían al planeta a puntos con diferentes distancias y temperaturas con lo cual, la vida tendría muchos problemas para poder resistir cambios tan drásticos que, por lo general, serían mortales para los seres vivos de aquel planeta.

La Tierra en su deambular alrededor del Sol, describe una órbita elíptica pero, poco pronunciada. Su máxima distancia del Sol es de 1,017 veces la distancia media, y su mínima distancia es sólo de 0,983 veces la distancia media que sería la de 1 UA.

Como veréis, la ligera variación hace de la órbita “casi” un círculo perfecto y la variación anuela es aproximadamente de un 7% en el flujo de energía que la superficie de la Tierra recibe del Sol. La cercanía de la órbita de la Tierra a un círculo, tiene una importancia evidente.

La regularidad de la Tierra que viene dada por la intensidad de energía que nos envía el Sol, desde 150 millones de kilómetros, y, la intensidad está amortiguada por la rica y densa atmósfera terrestre, y, los seres vivos, tienen un escudo contra las radiaciones nosivas.

Dejémos aquí la primera parte.

En la segunda parte seguiremos hablando de la importancia que tiene la Luna para nosotros y explicaremos el por qué de las Estaciones en nuestro planeta.

La Fuente: “El Universo como Obra de Arte” JOHN D. BARROW.

[?]

Malentendido acerca del efecto fotoeléctrico  (1905)

Es frecuente asociar el carácter corpuscular de la radiación con la explicación einsteniana del efecto fotoeléctrico en 1905. Pero tal asociación requiere precisiones. El fenómeno fue detectado por H. Hertz, en 1887, como un fenómeno secundario en sus experimentos diseñados para confirmar la teoría de Maxwell. Ironías de la historia: tratando de asentar una teoría de naturaleza continua, como es la del campo electromagnético, Hertz proporcionó, sin sospecharlo, una base experimental para pensar en posibles aspectos discretos de la radiación. Es en 1905 cuando Einstein muestra la analogía formal existente entre un gas ideal monoatómico y la radiación del cuerpo negro, si se admite para ésta la ya entonces caduca ley de Wien. Un genuino análisis le lleva a la siguiente conclusión: la radiación de frecuencia v, siempre dentro del rango de validez de aquella ley, “se comporta termodinámicamente como si estuviera constituida por cuantos de energía, mutuamente independientes, de valor hv”,  donde h representa la constante de Planck. Con tal supuesto Einstein logra una explicación teórica de tres fenómenos que se resistían a ello: la regla de Stokes –la frecuencia de la emisión por luminiscencia resulta inferior  a la frecuencia incidente–, el efecto fotoeléctrico y la ionización de gases por luz ultravioleta. La anterior conclusión fue entendida por muchos –y lo sigue siendo– como la introducción de la naturaleza corpuscular de la radiación. Pero es obvio que, si Einstein así lo hubiera creído, no sólo lo habría destacado como se merecía, sino que el creador de la teoría de la relatividad habría tenido que asignar al cuanto un impulso de valor hv/c. Además, aunque el efecto fotoeléctrico se explicaba como un simple choque inelástico cuanto-electrón, Einstein tendría que haber considerado también el correspondiente choque-elástico, con lo que habría previsto la existencia del efecto Compton casi veinte años antes de su detección.

Rechazo generalizado

La tónica del impacto causado por la hipótesis cuántica de Einstein se manifiesta en el discurso que Planck pronuncia –¡en 1913!– ante la Academia Prusiana de Ciencias para presentar el nuevo académico: En suma, puede afirmarse que entre los problemas importantes, tan abundantes en la física moderna, difícilmente exista uno ante el que Einstein no adoptara una posición de forma notable. Que, a veces, errara el blanco en sus especulaciones, como por ejemplo en su hipótesis acerca del cuanto de la luz, no puede esgrimirse realmente demasiado en su contra. Porque sin correr un riesgo de vez en cuando es imposible, incluso en la ciencia natural de mayor exactitud, introducir verdaderas innovaciones. Cabe entender la prevención ante tal problemática hipótesis cuántica, en tanto los experimentos no se pronunciaran. Nada más lejos de la realidad. Milikan, que publicó en 1916 sendos artículos confirmando rigurosamente las previsiones teóricas einstenianas, remataba sus conclusiones así: “A pesar del éxito aparentemente completo de la ecuación de Einstein [para el efecto fotoeléctrico], la teoría física de la que estaba destinada a ser la expresión simbólica se ha encontrado tan insostenible que el mismo Einstein, creo, ya no la sostiene”. Hasta cierto punto, resulta comprensible el rotundo y prolongado rechazo de los cuantos de energía de Einstein; una osada hipótesis que parecía sugerir, cuando menos, la necesidad de una revisión profunda de la teoría del campo continuo de radiación. ¿A cambio de qué? De casi nada, dado que la carencia de resultados experimentales rigurosos en aquella época impedía la deseable comprobación de las predicciones einstenianas de 1905.

Un jugoso Gedankenexperiment

Mostrar la compatibilidad entre los cuantos y el electromagnetismo maxwelliano representa un primer objetivo ineludible. Además de la dificultad de la tarea en sí, Einstein cuenta con la patente hostilidad de la mayoría de los líderes de la física del momento, para los cuales el comportamiento discreto de la energía de la radiación se da de bruces con el carácter continuo del campo electromagnético, al concebirlas como dos formas de comportamiento incompatibles, mutuamente excluyentes. En la reunión de la Sociedad Alemana de Científicos Naturales y Médicos de 1909, Einstein presenta una comunicación que Pauli no dudaría luego en calificar como “uno de los hitos en el desarrollo de la física teórica”. Einstein introduce aquí un fructífero Gedankenexperiment, al que volverá en 1917: un espejo se mueve libremente en la dirección perpendicular a su propio plano, reflejando totalmente la radiación comprendida en el intervalo de frecuencias (v, v + dv) y siendo transparente para el resto. El espejo se mueve en una cavidad que contiene un gas ideal monoatómico y radiación electromagnética; todo ello en equilibrio térmico, a la temperatura absoluta T. Las fluctuaciones en los choques irregulares de las moléculas de gas con el espejo implican, dada la situación de equilibrio, la existencia de fluctuaciones en la presión de la radiación. Su análisis, más intuitivo que riguroso, permite a Einstein obtener la siguiente expresión para la fluctuación de energía de la radiación:

donde h es la constante de Planck, p la densidad de energía de la radiación, c la velocidad de la luz en el vacío y V el volumen de la cavidad.

Einstein afirma que el primer sumando “recuerda” el carácter cuántico (discreto) de la radiación –al incluir la constante de Planck– mientras que asocia el segundo con un proceso de interferencias, que no concreta, entre ondas electromagnéticas. Ello le lleva a intuir en 1909, cuatro años antes de aparecer el modelo de Bohr, la necesidad de tener que incorporar, en una misma teoría, algún tipo de dualismo: “Es mi opinión, entonces, que la próxima fase del desarrollo de la física teórica nos aportará una teoría de la luz que pueda ser interpretada como una fusión de las teorías ondulatorias y de emisión [corpuscular]”.

El nacimiento del fotón

Einstein firma, en 1917, la partida de nacimiento del fotón en un artículo que contiene dos resultados de gran calado: la deducción de la ley de Planck partiendo  de hipótesis cuánticas y la inferencia de la direccionalidad de los procesos elementales de emisión y absorción. Enarbolado con decisión de la navaja de Ockham se libera de resonadores y espejos. Tras comprobar que, partiendo de dos procesos elementales –emisión espontánea (EE) y absorción (A) –como responsables de la interacción materia-radiación, se llega ineludiblemente a la ya muy obsoleta ley de Wien, Einstein se apercibe de que la introducción de un tercer proceso –emisión inducida es precisamente el principio teórico que habría de regir la construcción del láser.

Ahora parte de un gas material, en equilibrio térmico con la radiación, en el que cada molécula adopta estados de un conjunto discreto, Z_1, Z_2, …, Z_n,…, con energías respectivas E_1, E_2,…, E_n,…Las transiciones pueden darse hacia estados de energía mayor, absorbiéndola de la radiación, o hacia estados de energía menor, emitiendo la diferencia como energía radiante. Al no conocerse las leyes exactas que gobiernan estos procesos, Einstein introduce las “probabilidades de transición”, en un intervalo de tiempo d t:

La tasa de procesos inducidos por la presencia de radiación es proporcional a su densidad de energía y los “coeficientes de Einstein” A y B son característicos del apr de estados involucrados. Tras imponer la condición de equilibrio al sistema materia-radiación, Einstein deduce la ley de Planck, así como que en cualquier proceso elemental la cantidad de energía intercambiada entre materia y radiación de frecuencia v, venía dada por el mismo valor: hv. En principio, objetivo cumplido.

La segunda parte del artículo, dedicada a un análisis crítico de sus premisas y conclusiones, es la importante para nuestra conmemoración. A tal fin Einstein vuelve a recurrir a las fluctuaciones, lo que no sorprende dada la alta estima en la que las tenía. Resultaría prolijo describir aquí el tratamiento, que esencialmente consiste en una rediscusión de su Gedankenexperiment de 1909, a la luz de los nuevos supuestos. Pero queremos destacar un resultado fundamental de su peculiar análisis, del que Einstein da cuenta a su amigo y confidente Michele Besso con estas palabras:

Esto [su nuevo tratamiento] conduce al resultado (que todavía no se encuentra en el trabajo que te he enviado) de que, cuando existe intercambio de energía elemental entre radiación y materia, se transfiere el impulso h v / c a la molécula. Se deduce que todo proceso elemental de esta naturaleza es un proceso enteramente orientado. Así, queda establecida la existencia de los cuantos de luz.

Si el intercambio de energía entre materia y radiación siempre va acompañado de una transferencia de impulso, cabe afirmar que en los procesos elementales se intercambian auténticas partículas y no meros cuantos de energía, como Einstein creía en 1905. En el caso de radiación monocromática de frecuencia v, estas partículas se mueven a la velocidad de la luz, tienen masa nula –de acuerdo a las prescripciones relativistas–, energía hv e impulso hv / c. En adelante escribiremos “fotones”, aunque el término tardaría diez años en acuñarse.

Una recepción hostil: la propuesta de BKS

A mediados de 1918 Einstein expresa a Besso estas cavilaciones:

He reflexionado durante un número incalculable de horas sobre la cuestión de los cuantos, naturalmente sin hacer verdaderos progresos. Pero ya no dudo en absoluto de la realidad de los cuantos de radiación, si bien aún soy casi el único con este convencimiento.

Surgen algunos interrogantes razonables. ¿Qué razones había para que los físicos no compartieran las convicciones de Einstein? ¿Por qué continuaba éste interesado en el problema de los fotones, si consideraba que ya había probado su existencia?

                           Carácter ondulatorio y corpuscular de la luz

Insistimos en que la razón de peso para el rechazo del fotón era la admitida incompatibilidad entre la teoría maxwelliana (ondulatoria) y la nueva teoría cuántica (corpuscular). Pero es que, además, para una gran mayoría de los físicos del momento, las fluctuaciones –centrales en la justificación einsteniana– no pasaban de ser puro academicismo. Para ellos, resultaba inconcebible pensar en un posible desmantelamiento de la teoría del campo electromagnético –por entonces contrastada y admitida–, apoyándose básicamente en un análisis de las fluctuaciones estadísticas.

Es frecuente ver escrito que el fotón se instaló en la física en 1923, tras la explicación teórica del “efecto Compton”. Dicha explicación parecía confirmar simultáneamente dos resultados, por entonces aún en entredicho: la realidad de los fotones y la validez de la relatividad especial, que se empleaba en el análisis del choque elástico fotón-electrón libre. Pero la historia no ocurrió exactamente así, como lo prueba la publicación de un renombrado artículo firmado en 1924 por Bohr, Kramers y Slater –posteriormente conocido por las siglas BKS–, en el que se rechaza sin ambigüedad el fotón de Einstein y los consiguientes supuestos. Los autores asumen que, según el dictamen experimental, las discontinuidades cuánticas resultan ya ineludibles, pero que ello no implica la necesidad de la explicación einsteniana. De otra forma: los experimentos no conducen inexorablemente al fotón.

Precisamente el objetivo de BKS es hacer compatibles los saltos cuánticos con la descripción maxwelliana. A tal fin, la interacción materia-radiación se describe en términos de interferencias entre campos electromagnéticos, ya sean éstos reales o virtuales. El que dichas interferencias den lugar a fenómenos de absorción o emisión de radiación sólo se puede describir en términos probabilísticos análogos –según los autores– a los empleados por Einstein.

Tras reconocer que la causalidad clásica estricta resulta incompatible con la propuesta BKS, sus autores llegan a una osada conclusión: en un proceso individual de emisión o absorción, descrito sobre la base de aquellos campos virtuales, los principios de conservación de la energía y del momento dejan de ser universalmente válidos. Sólo gozan de validez estadística: se cumplen para valores medios en un número de procesos muy elevado.

En 1925, Bothe y Geiger sometieron a test experimental una de las extrañas implicaciones de BKS: la violación del principio de causalidad. Comprobaron que el electrón secundario del efecto Compton se crea en el instante mismo del impacto fotón-electrón, como exige la causalidad clásica, y no tras el tiempo medible predicho por BKS, al requerir esta teoría unas supuestas interferencias entre campos. Casi simultáneamente, Compton y Simon diseñaron un experimento diferente –ahora empleando una cámara de niebla–, que confirmaba la conservación de energía en los procesos individuales.

Epílogo

Las aspiraciones de Einstein no se colman con la introducción del fotón, al no verse capaz de reconciliarlo con el continuo del campo electromagnético. Pero, en nuestra opinión, hay otra razón de peso para su insatisfacción: el papel que la probabilidad comienza a jugar a partir de sus propias investigaciones, y de otras posteriores, como la misma propuesta BKS. Parece vislumbrar que la probabilidad puede llegar a jugar en la física un papel esencial para entender el comportamiento del mundo físico, sin limitarse a ser un mero recurso matemático, como sucede en mecánica estadística.

Si la falta de información sobre el “cuándo” y el “cómo” –de la emisión espontanea, por ejemplo– se toma como un defecto de la teoría, lo procedente sería de esperar hasta que apareciese una explicación más completa. Pero si realmente se había llegado a la teoría más afinada posible sobre el comportamiento de la radiación, el papel que en ella desempeña la probabilidad lleva a la negación del determinismo clásico. El dilema es fuerte y Einstein opta desde un principio por la primera opción: piensa que su incipiente teoría cuántica, son teorías provisionalmente válidas, pero no definitivas, por incompletas.

Ante el protagonismo que la probabilidad podía adquirir en el futuro de la física, Einstein manifiesta así su inquietud a la esposa de Born:

La opinión de Bohr sobre la radiación es de gran interés. Pero no desearía verme forzado a renunciar a la causalidad estricta sin defenderla con la mayor intensidad que lo he hecho hasta ahora. Me resulta completamente intolerable la idea de que un electrón expuesto a radiación pueda escoger según su propio libre albedrío, no sólo el momento para saltar, sino también la dirección. Si este fuera el caso, preferiría haber sido zapatero remendón, o incluso empleado de un casino, antes que físico.

El desacuerdo con Bohr que Einstein apunta aquí se mantendría ya de por vida. Subsistiría incluso después de la formulación de la mecánica cuántica (la matricial por Heisenberg en 1925 y la ondulatoria por Schrödinger en 1926) y de la electrodinámica cuántica (por Dirac en 1927); las disciplinas que proporcionan la solución vigente a los problemas que venimos exponiendo. La discrepancia entre ambos acerca de la interpretación del formalismo cuántico nunca desapareció. Hay quien piensa que esta confrontación, aunque centrada en el nacimiento del fotón y la contrapuesta BKS, representa el auténtico punto de partida del renombrado y fructífero “debate Bohr-Einstein”. Pero eso es harina de otro costal…

Autor: Luis Navarro Veguillas

Revista de la Real Sociedad Española de Física

Volumen 31. Número 2. 2017

[?]