¡La Física! ¡Las Matemáticas! El Avance de la Humanidad

Para reconstruir el pasado de los hombres que todavía no habían inventado la escritura sólo es posible apoyarse en técnicas especiales de investigación. Estas técnicas permiten extraer información de los restos materiales dejados por esos hombres, como por ejemplo sus huesos, los instrumentos que fabricaron con piedras, o los restos de alimentos.

La arqueología es la disciplina que estudia esos restos materiales. Pero el arqueólogo no se limita a recoger objetos hermosos como si fuera un coleccionista. Su trabajo consiste en reconstruir la vida de los grupos humanos que dejaron restos materiales: debe deducir su antigüedad, reconstruir las formas de subsistencia, sus costumbres y ritos, su organización social.

La cultura, la consciencia de Ser, el ser consciente de nuestra realidad y del lugar que ocupamos en el Universo, el tener la seguridad de a qué especie pertenecemos y, sobre todo, para llamarse humano con propiedad, debemos sentir que ¡todos somos uno! Que el dolor ajeno se debe sentir como propio y tratar de evitarlo. Conseguir la dignidad para todos.

La Humanidad,está aún en proceso de humanización, para su evolución necesita otro salto cuantitativo y cualitativo del conocimiento que les permita avanzar notablemente hacia el futuro, dejando detrás algunas de las rémoras que ahora van con nosotros (egoismo desmedido, un alto sentido de lo individual, la envidia hacia lo de los demás… Ese avance está supeditado a que sigamos avanzando en el conocimiento de las disciplinas científicas del saber Humano: Las matemáticas, la Física, la Química, la Biología… ¡Y tantas otras! Que nos puedan llevar a formular Teorías coherentes en todos esos campos, por ejemplo la teoría M, para que la versión más avanzada de supercuerdas, se haga realidad.

Queremos escenificar la teoría de más dimensiones pero…

La teoría de supercuerdas tiene tantas sorpresas fantásticas que cualquiera que investigue en el tema reconoce que está llena de magia. ¡Es algo que funciona con tanta belleza! Cuando cosas que no encajan y tratamos de juntarlas y se repelen, si se acerca la una a la otra, y, viene alguien que es capaz de formular un camino mediante el cual, no sólo no se rechazan, sino que encajan a la perfección dentro de ese sistema, como ocurre ahora con la teoría M que acoge con naturalidad la teoría de la relatividad general y la teoría mecánico-cuántica; ahí, cuando eso se produce, está presente la belleza.

El modelo que tenemos de la física de partículas se llama Modelo Estándar y, nos habla de las interacciones entre partículas y las fuerzas o interacciones que están presentes, las leyes que rigen el Universo físico y que, no hemos podido completar al no poder incluir una de las fuerzas: La Gravedad. Claro que, no es esa la única carencia del Modelo, tiene algunas más y, a estas alturas, se va necesitando un nuevo Modelo, más completo y audaz, que incluya a todas las fuerzas y que no tenga parámetros aleatorios allí donde nuestros conocimientos no llegan. Esa podría ser la Teoría M de supercuerdas si algún día, en el futuro, la podemos verificar y tenemos aceleradores con la energía necesaria para ello (10¹⁹ GeV), es decir, la Energía de Planck.

Hace tiempo que los físicos tratan de mejorar el Modelo Estándar con otras Teorías más avanzadas y modernas. ¿Por qué es tan importante encajar la gravedad y la teoría cuántica? Porque no podemos admitir una teoría que explique las fuerzas de la naturaleza y deje fuera a una de esas fuerzas. Así ocurre con el Modelo Estándar que deja aparte y no incluye a la fuerza gravitatoria que está ahí, en la Naturaleza.

Es necesario continuar avanzando en el conocimiento de las cosas para hacer posible que, algún día, dominemos las energías presentes en las las estrellas, y en los fenómenos que en el Universo se producen. Ese dominio será el único camino para que la Humanidad que habita el planeta Tierra, pueda algún día, lejano en el futuro, escapar hacia las estrellas para instalarse en otros mundos lejanos.

Ese es nuestro inevitable destino. Llegará ese irremediable suceso que convertirá nuestro Sol en una gigante roja, cuya órbita sobrepasará Mercurio, Venus y posiblemente el planeta Tierra. Pero antes, en el proceso, las temperaturas se incrementarán y los mares y océanos del planeta se reconvertirán en vapor. Toda la vida sobre el planeta será eliminada y para entonces, si queremos sobrevivir y preservar la especie, estaremos ya muy lejos, buscando nuevos mundos habitables en algunos casos, o instalados como colonizadores de otros planetas. Mientras tanto, la Gigante roja que antes fue el Sol, habrá creado una Nebulosa Planetaria y, su masa restante,  se convertirá en una estrella enana blanca. La fuerza de gravedad reducirá más y más el diámetro de la gigante roja diámetro, hasta dejarlo en 25 o 30 kilómetros, como una gran pelota de enorme densidad, radiando furiosamente en el ultravioleta y que poco a poco se enfriará para convertirse en un simple  cadáver estelar.

Cada una de estas ecuaciones, aunque algunas puedan dar la sensación de triviales y sencillas, son de una gran complejidad e hicieron posible que el mundo avanzara llevando a la Humanidad a estadios de conocimiento nunca antes jamás conocidos, y, posibilitaron que pudiéramos conocer, la realidad de cómo funciona la Naturaleza.

Todos los avances de la Humanidad han estado siempre cogidos de la mano de las matemáticas y de la física. Gracias a estas dos disciplinas del saber podemos vivir cómodamente en ciudades iluminadas en confortables viviendas. Sin Einstein, pongamos por ejemplo, no tendríamos láseres o máseres, pantallas de ordenadores y de TV, y estaríamos en la ignorancia sobre la curvatura del espaciotiempo o sobre la posibilidad de ralentizar el tiempo si viajamos a gran velocidad; también estaríamos en la más completa ignorancia sobre el hecho cierto y demostrado de que masa y energía (E = mc²), son la misma cosa.

La geometría de Riemann, por ejemplo, hizo posible que pudiéramos trabajar y conocer la realidad de los especios curvos, y, nos llevó a poder discernir sobre la verdadera naturaleza del Espacio,

El dominio de las matemáticas y de la Física será el único camino para que la Humanidad que habita el planeta Tierra, pueda algún día, lejano en el futuro, escapar hacia las estrellas para instalarse en otros mundos lejanos. Ese es nuestro inevitable destino.

Para que la escena sea rrealidad, falta mucho, mucho, mucho, muchísimo tiempo todavía. Hasta que no sepamos manejar otras fuentes de energías, hasta que no sepamos construir naves inteligentes, hasta que no sepamos crear la Gravedad artificial… ¡Son muchos los “Hasta que…” que necesitaremos.

Nuestros ingenios espaciales, nuestra naves hoy (estamos en la edad primitiva de los viajes espaciales), pueden alcanzar una velocidad máxima de 40 ó 50 mil kilómetros por hora y, además, la mayor parte de su carga es el combustible necesario para moverla.

La estrella más cercana al Sol es Alfa Centauro; un sistema triple, consistente en una binaria brillante y una enana roja débil a 2º, llamada Próxima Centauro. La binaria consiste en una enana G2 de amplitud -0’01 y una enana K1 de magnitud 1’3. Vistas a simple vista, aparecen como una única estrella y se encuentran a 4’3 años luz del Sol.

Sabemos que 1 año luz es la distancia recorrida por la luz en un año trópico a través del espacio vacio, y equivale a 9’4607×10¹² km, ó 63.240 Unidades Astronómicas, ó 0’3066 parsecs, es decir, lo que recorre la luz en el vacío a razón de 299.792,458 metros cada segundo.

La  Unidad Astronómica es la distancia que separa al planeta Tierra del Sol, y equivale a 150 millones de kilómetros; poco más de 8 minutos luz.

Ahora pensemos en la enormidad de la distancia que debemos recorrer para llegar a Alfa Centauro, nuestra estrella vecina más cercana.

63.240 Unidades Astronómicas a razón de 150 millones de km. Cada una nos dará 9.486.000.000.000 de kilómetros recorridos en un año y, hasta llegar a Alfa Centauro, lo multiplicamos por 4’3 y nos resultarían 40.789.800.000.000 de kilómetros. La cantidad resultante son billones de kilómetros.

                                                       Última nave espacial diseñada por la NASA

Ahora pensemos que con nuestras actuales naves que alcanzan velocidades de 50.000 km/h, tratáramos de llegar a Alfa Centauro. ¿Cuándo llegaríamos, en el supuesto caso de que no surgieran problemas durante el viaje?

Bueno, en estas condiciones, los viajeros que salieran de la Tierra junto con sus familias, tendrían que pasar el testigo a las siguientes generaciones que, con el paso del tiempo (muchos, muchos siglos), olvidarían su origen y, posiblemente, las condiciones de ingravidez del espacio mutarían el físico de estos seres en forma tal que, al llegar a su destino podrían ser cualquier cosa menos humanos.

La radiación daña el material genético de nuestras células

Precisamente para evitar este triste final, estamos investigando, haciendo pruebas en viajes espaciales, trabajando en nuevas tecnologías y probando con nuevos materiales, y buscando en nuevas teorías avanzadas, como la teoría M, las respuesta a preguntas que hacemos y de las que hoy no tenemos respuesta, y sin estas respuestas, no podemos continuar avanzando para que, cuando llegue ese lejano día, podamos con garantía salir hacia las estrellas, hacia esos otros mundos que acogerá a la Humanidad, cuyo destino, irremediablemente, está en las estrellas. De material de estrellas estamos hechos y en las estrellas está nuestro destino.

Si finalmente el destino del universo (supeditado a su densidad crítica), es el Big Crunch, entonces la Humanidad tendrá otro problema, este aún más gordo que el anterior, para resolver. Aunque parece que no habrá Big Crunch, según los últimos estudios nos dicen que el universo es plano y que estamos en el límite de la Densidad Crítica, con lo cual, el Universo tendrá una muerte térmica, es decir, el frío absoluto de los -273 ºC. Con esa temperatura, ni los átomos se mueven.

Necesitamos otros sistemas planetarios, con planetas habitables para asegurar el futuro de la especie

El primero será buscar soluciones para escapar de nuestro sistema solar, lo que en un futuro lejano, y teniendo encuentra que el avance tecnológico, es exponencial, parece que dicho problema puede tener una solución dentro de los límites que la lógica nos puede imponer. El segundo parece más serio, ¡escapar de nuestro universo! Pero… ¿a dónde podríamos escapar? Stephen Hawking y otros científicos nos hablan de la posibilidad de universos paralelos o múltiples; en unos puede haber condiciones para albergar la vida y en otros no. ¿Pero cómo sabremos que esos universos existen y cuál es el adecuado para nosotros? ¿Cómo podremos escapar de este universo para ir a ese otro?

Tampoco sabemos como podríamos ir a esos otros universos

Son preguntas que nadie puede contestar hoy. La Humanidad, para saber con certeza su futuro, tendrá que seguir trabajando y buscando nuevos conocimientos y, para dentro de unos milenios (si antes no se destruye a sí misma), seguramente, habrá obtenido algunas respuestas que contestarán esta difícil pregunta que, a comienzos del siglo XXI, nadie está capacitado para contestar.

Se puede sentir la fascinación causada por la observación de la belleza que encierra el universo, la simple observación de lo que encierra nos causará asombro, aunque no se tenga preparación científica, pero el nivel de apreciación de la naturaleza, la verdadera maravilla, vendrá de comprender mejor lo que estamos viendo, que es mucho más que grandes figuras luminosas y múltiples objetos brillantes, es… la evolución… la vida.

Ensimismado en mis pensamientos me asombro del enorme talento que tenía Einstein. Su gravedad es una predicción de las supercuerdas; sus ecuaciones surgen de esta nueva teoría como por arte de magia, nadie las ha llamado, pero aparecen. Dicha aparición espontánea es una pista importante a favor de esta nueva teoría que aspira a contestar alguna de las preguntas pendientes. Por otra parte, las supercuerdas originan la idea de la supersimetría, considerada uno de los grandes descubrimientos en física.

Y ¿por qué hay una estatua del dios hindú Shiva (“el destructor”) de pie justo frente a la sede del CERN?

En el CERN (Laboratorio Europeo de Física de Partículas), situado cerca de Ginebra, los países europeos han construído el mayor acelerador de partículas del mundo, el LHC, y en él se buscará esta supersimetría, ya se encontró la partícula de Higgs que proporciona la masa a todas las partículas, y tratará de despejar interrogantes que en los aceleradores actuales no pueden ser contestados.Quieren alguna respuesta sobre las partículas supersimétricas de la hipotética “materia oscura”.

Pero volviendo al tema principal, tendremos que convenir todos en el hecho innegable de que, en realidad, estas nuevas teorías que pretenden explicarlo todo, en realidad, como digo, están todas basadas en la teoría de la relatividad general de Einstein. También, es posible que, la Relatividad, sea una teoría que subyace en esta otra que, más moderna, integra a la anterior y, precisamente por eso, las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, emergen, sin que nadie las llame, cuando desarrollan las matemáticas de la teoría de cuerdas.

La han ampliado elevándola a más dimensiones que les permite añadir más factores, pero las ecuaciones de campo de Einstein subyacen en la base de todas estas teorías, desde la que expusieron Kaluza-Klein en la 5ª dimensión, hasta estas otras más recientes de 10, 11 y 26 dimensiones.

Sólo vemos y detectamos tres dimensiones espaciales y una temporal

Lo que realmente podemos constatar en nuestra experiencia cotidiana es que las dimensiones espaciotemporales del mundo en que vivimos son tres de espacio y una de tiempo. Sin embargo, muchos propugnan otro esquema en el que el universo tiene más dimensiones que, en el primer segundo del comienzo del tiempo, cuando se produjo el Big Bang, quedaron compactificadas y no pudieron expandirse como las otras tres (longitud, anchura y altura), sino que se quedaron en la longitud de Planck, inmóviles, mientras que sus compañeras se expandían y se hacían más y más grandes. Estas estructuras conceptuales, la más famosa (por ser la primera), la teoría de Kaluza que más tarde perfeccionó Klein y pasó a llamarse de Kaluza-Klein, más tarde inspiró otras teorías hasta llegar a las supercuerdas y a la teoría M, la más avanzada y completa. Sin embargo, es importante recordar que Kaluza se inspiró en la teoría de Einstein para formular su teoría, a la que añadió otra dimensión de espacio que le permitió incluir dentro de la nueva teoría, además de las ecuaciones de Einstein, las de Maxwell; uniendo así la gravedad con el electromagnetismo.

Las supercuerdas en más dimensiones, al tener mucho más espacio disponible, puede incluir dentro de su esquema a todas las fuerzas y a todas las partículas que conforman la materia del universo, como se ve claramente en el gráfico de la página 73 que partiendo de la gravedad de Einstein pasa al electromagnetismo de Maxwell, a las fuerzas nucleares, con sus partículas transmisoras y se llega a los quarks y leptones de la materia. Es la primera teoría que ha sido capaz de unir la relatividad y la mecánica cuántica.

Hemos conseguido grandes logros y enormes conocimientos, cualquiera de ellos es suficiente para causar nuestro asombro. Por ejemplo, matemáticamente, la fuerza eléctrica fue descubierta en el año 1.785 por el ingeniero en estructuras Charles Coulomb. Ahora bien, con relación a las grandes distancias, la fuerza eléctrica y magnética actúa igual a como lo hace la gravedad: al duplicar la distancia, su magnitud disminuye a la cuarta parte. Claro que la gravedad depende de la masa y la electricidad de la carga y, mientras que la primera sólo es atractiva, la segunda puede ser atractiva cuando los objetos tienen carga diferentes (protón positiva y electrón negativa) o repulsivos cuando las cargas son iguales (protón rechaza a protón y electrón rechaza a electrón); se puede probar jugando con dos imanes que se juntarán por sus polos negativos-positivo y se rechazarán por sus polos positivo-positivo y negativo-negativo. Más tarde llegó Michael Faraday con sus experimentos eléctricos y magnéticos y, finalmente, James Clero Maxwell formuló con sus ocho ecuaciones vectoriales la teoría del electromagnetismo.

Lorentz nos descubrió que un objeto que viaje a velocidades cercanas a la de la luz, c, se achatará por la parte delantera del sentido de su marcha (contracción de Lorentz) y, mientras tanto, su masa aumentará (lo que ha sido comprobado en los aceleradores de partículas).

“La constante de Planck es una constante física que desempeña un papel central en la teoría de la mecánica cuántica y recibe su nombre de su descubridor, Max Planck, uno de los padres de dicha teoría. Denotada como  , es la constante que frecuentemente se define como el cuanto elemental de acción. Planck la denominaría precisamente «cuanto de acción» (en alemán, Wirkungsquantum), debido a que la cantidad denominada acción de un proceso físico (el producto de la energía implicada y el tiempo empleado) solo podía tomar valores discretos, es decir, múltiplos enteros de   .”

 

 

 

Max Planck nos trajo su cuanto de acción, h, que dio lugar a la mecánica cuántica al descubrir que la energía se transmite en forma discontinua mediante paquetes discretos a los que llamó cuantos. También fue obra de Planck perfeccionar las unidades de Stoney y nos dejó esas cantidades naturales de tiempo, espacio, energía y masa.

Schrödinger, con su función de onda (Y), nos dijo la manera de solucionar, en parte, el problema planteado por Heisemberg con su principio de incertidumbre, según el cual no podemos saber, al mismo tiempo, dónde está una partícula y hacia dónde se dirige; sólo estamos capacitados para saber una de las dos cosas, pero no las dos al mismo tiempo. Así que la función de onda nos dice la probabilidad que tenemos para encontrar esa partícula y en qué lugar se encuentra.

Función de onda una partícula bidimensional encerrada en una caja. Las líneas de nivel sobre el plano inferior están relacionadas con la probabilidad de presencia. La función de onda del Universo de Schrödinger que nos dice la probabilidad que tenemos de saber donde se encuentra una partícula determinada. A partir del Principio de Incertidumbre de Heisenberg, surgió la ecuación de Schrödingerpara paliar, en El nubarrón puede compararse a una sola función de onda electrónica.Al igual que el nubarrón, electrón. Así mismo, las funciones de onda pueden estar asociadas con objetos grandes, como personas. mismo, que estoy sentado en mi sillón de la mesa del despacho que tengo en mi casa para escribir sobre ciencia, sé que tengo una función de onda de probabilidad de Schrödinger. Si de algún modo pudiera ver mi función de onda, se parecería a una nube con una forma muy aproximada a la de mi cuerpo. Sin embargo, algo de la nube se extenderá por todo el espacio, más allá de Júpiter e incluso más allá del Sistema Solar, aunque allí sea prácticamente nula. Esto significa que existe una probabilidad muy grande de que yo esté, de hecho, sentado en mi sillón y no en el planeta Júpiter. Aunque parte de mi función de onda se extienda incluso más allá de la Vía Láctea, hay sólo una posibilidad infinitesimal de que yo este sentado en otra galaxia.

Más tarde, Stephen Hawking ha utilizado la función de onda de Schrödinger ampliándo su campo como “Función de Onda” de todo el Universo, y, él dice que, estamos inmersos en un Multiverso, es decir, una consecución de universos conectados mediante agujeros de gusano.

El objetivo al que se enfrentan los cosmólogos cuánticos es verificar matemáticamente todo esto y, si tomamos a Hawking en serio, ello significa que debemos empezar nuestro análisis con un profundo estudio de la función de onda que está presente en el universo y que nos hablaría de… ¡tántas cosas!

Estos universos no son todos iguales, en unos reinaran unas constantes y fuerzas y en otros estarán presentes otras fuerzas diferentes, habrán nacido sin vida. ¿Será así? No lo sabemos, pero lo cierto es que, no podemos negarnos a cualquier posibilidad. No sabemos tanto como para poder hacer eso.

emilio silvera

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