Las estructuras fumdamentales del Universo

Las fuerzas fundamentale son

 

Tipo de Fuerza	Alcance en m	Fuerza relativa	Función
Nuclear fuerte	<3×10-15	1041	Une Protones y Neutrones en el núcleo atómico por medio de Gluones.
Nuclear débil	< 10-15	1028	Es responsable de la energía radiactiva   producida de manera natural.  Portadoras W y Z–
Electromagnetismo	Infinito	1039	Une los átomos para formar moléculas; propaga la luz y las ondas de radio y otras formas de energías eléctricas y magnéticas por medio de los fotones.
Gravitación	Infinito	1	Mantiene unidos los planetas del Sistema Solar, las estrellas en las galaxias y, nuestros pies pegados a la superficie de la Tierra. La transporta el gravitón.

 

Fue Einstein el que anunció lo que se llamó principio de covariancia: que las leyes de la naturaleza deberían expresarse en una forma que pareciera la misma para todos los observadores, independientemente de dónde estuvieran situados y de cómo se estuvieran moviendo. En caso contrario… ¿En qué clase de Universo estaríamos?

Lo cierto es que Einstein fue muy afortunado y pudo lanzar al mundo su teoría de la relatividad especial, gracias a muchos apoyos que encontró en Mach, en Lorentz, en Maxwell… En lo que se refiere a la relatividad general, estuvo dando vueltas y vueltas buscando la manera de expresar las ecuaciones de esa teoría pero, no daba con la manera de expresar sus pensamientos.

Sin embargo, fue un hombre con suerte, ya que,  durante la última parte del siglo XIX en Alemania e Italia, matemáticos puros habían estado inmersos en el estudio profundo y detallado de todas las geometrías posibles sobre superficies curvas. Habían desarrollado un lenguaje matemático que automáticamente tenía la propiedad de que toda ecuación poseía una forma que se conservaba cuando las coordenadas que la describían se cambiaban de cualquier manera. Este lenguaje se denominaba cálculo tensorial. Tales cambios de coordenadas equivalen a preguntar qué tipo de ecuación vería alguien que se moviera de una manera diferente.

 

Einstein se quedó literalmente paralizado al leer la Conferencia de Riemann. Allí, delante de sus propios ojos tenía lo que Riemann denominaba Tensor métrico. Einstein se dio cuenta de que era exactamente lo que necesitaba para expresar de manera precisa y exacta sus ideas. Así  llegó a ser  posible la teoría de la relatividad general.

 

Gracias al Tensor de Rieman, Einstein pudo formular: 

Recordando aquellos años de búsqueda e incertidumbre, Einstein escribió:

“Los años de búsqueda en la oscuridad de una verdad que uno siente pero no puede expresar el deseo intenso y la alternancia de confianza y desazón hasta que uno encuentra el camino a la claridad y comprensión sólo son familiares a aquél que los ha experimentado. “

Einstein, con esa aparentemente sencilla ecuación que arriba podemos ver, le dijo al mundo mucho más, de lo que él mismo, en un principio pensaba. En ese momento, se podría decir, sin temor a equivocarnos que comenzó la historia de la cosmología moderna. Comprendidmos mejor el universo, supimos ver y comprender la implosión de las estrellas obligadas por la gravedad al salir de la secuencia principal, aprecieron los agujeros negros… y, en fin, pudimos acceder a “otro universo”.

 

 

Es curioso como la teoría de la relatividad general nos ha llevado a comprender mejor el universo y, sobre todo, a esa fuerza solitaria, la Gravedad. Esa fuerza de la naturaleza que ahora está sola, no se puede juntar con las otras fuerzas que -como tantas veces hemos comentado aquí-, tienen sus dominios en la mecánica cuántica, mientras que la gravitación residen en la inmensidad del cosmos; las unas ejercen su dominio en los confines microscópicos del átomo, mientras que la otra sólo aparece de manera significativa en presencia de grandes masas galácticas, estelas y de objetos que, como los agujerods negros y los mundos, emiten la fuerza curvando el espacio a su alrededor y distorsionando el tiempo si su densidad llega a ser extrema.

 

 

Cuando miramos al cielo nocturno -en la imagen de arriba lo hacemos desde Tenerife-  y nos sentimos reducidos, empequeñecidos por la inmensidad de las luces celestes que puntúan en el cielo, estamos mirando realmente una minúscula porción de las estrellas localizadas en el brazo de Orión. El resto de los 200 mil millones de estrellas de la Vía Láctea están tan lejanas que apenas pueden ser vistas como una cinta lechosa que cruza el cielo nocturno.

Queda un poco lejos pero… ¡El momento llegará! No sabemos si para entonces seguiremos aquí

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Investigadores proponen una solución a algunos problemas de la Física Cuántica, como los viajes en el tiempo o la paradoja del abuelo. El físico Lorenzo Gavassino de la Universidad de Vanderbilt ha propuesto una solución a la “paradoja del abuelo”, sugiriendo que los viajes al pasado son teóricamente posibles sin contradicciones lógicas. Mediante el uso de mecánica cuántica y termodinámica, el estudio indica que la naturaleza ajusta la entropía para mantener la autoconsistencia, haciendo que cualquier cambio sea temporal o se integre en un bucle lógico.

Las curvas temporales abiertas podrían resolver muchos problemas de la Física

¡Por qué nos guista tanto complicarnos la vida?

¿Por qué jabnlamos de lo que no sabemos?

¿Por qué somos tan curiosos?

¿Pir qué nos gusta tanto imaginar sobre lo que podría ser si…?

¡La Humkanidad! ¿Quién la entiende?

 

Emilio Silvera v.

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Universo y la Mente

Ajuste Fino del Universo para que estemos aquí (seguramente con muchos otros en otros mudnos)

En física, la noción de ajuste fino se refiere a la situación en la que un cierto número de parámetros deben tener un valor muy preciso para poder explicar tal o cual fenómeno observado, y, la presencia de la Vida.

Si el Universo no es consciente… ¿Cómo explicar el ajuste fino para hacer posible nuestra presencia?

Si nos preguntaran: ¿Es consciente el Universo? Tendríamos que contestar de manera afirmativa, toda vez que, al menos una sección importante de él, ¡la que piensa!, representada por seres vivos y que forman parte de ese inmenso universo, Sí que lo es. La vida es la consecuencia de la materia evolucionada hasta su más alto nivel y, a partir de ella, ha podido surgir eso que llamamos cerebro, un lugar de tal complejidad que es capaz de generar ideas y de él emana también ese algo inmaterial que llamamos mente, un ente inmaterial y superior que trasciende y va más allá, lo que los filósofos llamaron Ser y quisieron explicar mediante la metafísica, toda vez que, al estar fuera de la materia, nada podía la Física decir. Todavía, no sabemos lo que la vida es y tampoco, podemos explicar lo que es la energía, o, por exponer algún concepto de los muchos que denota nuestra ignorancia, tampoco podemos contestar a una simple pregunta: ¿Qué es el Tiempo? ¿Existe en realidad o simplemente es una abstracción de la mente? Ya hablamos aquí de eso hace unos días.

Sí, puede tardar pero, al final, todo llega, todo cambia, nada permanece, y, todo tiene “su” Tiempo

Lo que sucede es que, con frecuencia, cuando surgen ideas nuevas que tienden a querer explicar científicamente lo que es la Naturaleza, aparecen viejos datos que relacionan esas nuevas ideas con aquellos viejos problemas. Tenemos que admitir que todavía “no sabemos” cómo es la realidad del mundo y que, nuestra realidad, no tiene que coincidir con la verdadera realidad que incansables buscamos.

 

Está muy claro que, nuestro mundo es como es, debido a una serie de parámetros que, poco a poco, hemos ido identificando y hemos denominado Constantes de la Naturaleza. Esta colección de números misteriosos son los responsables, de que nuestro universo sea tal como lo conocemos que, a pesar de la concatenación de movimientos caóticamente impredecibles de los átomos y las moléculas, nuestra experiencia es la de un mundo estable y que posee una profunda consistencia y continuidad.

Eso es cierto sin dejar en el olvido que, estamos en una región bastante tranquila de la Galaxia, ya que, en otras regiones muy alejadas de la nuestra se producen, de manera continua, fenómenos de gran energía que podría poner en peligro la vida en un mundo como el nuestro. Explosiones gamma que son mortales para cualquier forma de vida, agujeros negros gigantes, estrellas de neutrones y púlsares que emiten una inmensa radiación electromagnética….

Sí, nosotros también hemos llegado a saber que con el paso del tiempo, aumenta la entropía y las cosas cambian. Sin embargo, algunas cosas no cambian, continúan siempre igual, sin que nada les afecte. Esas, precisamente, son las constantes de la naturaleza que, desde mediados del siglo XIX, comenzó a llamar la atención de físicos como George Johnstone Stoney (1.826 – 1.911, Irlanda).

Parece, según todas las trazas, que el universo, nuestro universo, alberga la vida inteligente porque las constantes de la Naturaleza son las que aquí están presentes, cualquier ligera variación en alguna de estas constantes habría impedido que surgiera la vida en el planeta que habitamos. El universo con las constantes ligeramente diferentes habría nacido muerto, no se hubieran formado las estrellas ni se habrían unido los quarks para construir nucleones (protones y neutrones) que formaran los núcleos que al ser rodeados por los electrones construyeron los átomos que se juntaron para formar las moléculas y células que unidas dieron lugar a la materia. Esos universos con las constantes de la naturaleza dis tintas a las nuestras, estarían privados del potencial y de los elementos necesarios para desarrollar y sostener el tipo de complejidad organizada que nosotros llamamos vida.

  ¿Quién nos observa? No podríamos negar que esté sucediendo

 

 

 

 

No todos los planetas que alberguen alguna clase de vida, ni en nuestra Galaxia ni en otras lejanas, tienen que ser como la Tierra. Existen planetas en los que se nos encogería el corazón por su aspectos terrorífico y de inhabitable naturaleza, mientras que otros, nos parecerían una fantasía sacada de esos cuentos de hadas que de ñinos podíamos leer, tal es su belleza natural. En la Tierra tenemos muchas imágenes de lugares que hacen honor a ese pensamiento. Nos asombraría poder descubrir que, en lugares que nos parecerían imposibles para la vida… ¡Allí estaría!

De la misma manera que existen estrellas de mil tipos diferentes, así ocurre con los mundos que podemos encontrar repartidos por el universo orbitando estrellas que los configuran de mil diferentes maneras. Si nos fijamos en nuestro planeta que ha hecho posible nuestra presencia aquí, en el que junto a miles de otras especies hemos evolucionado, veremos que se han dado unas condiciones específicas para que todo eso sea posible.

 

 

¿Será el Universo como creemos que es?

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Gracias al Sol, podemos tener una serie de mejoras y tecnologías que aprovechan sus rayos de luz y su calor para obtener la energía limpia que necesitamos, y, cierto es que, teniéndolo tan cerca (es la estrella más cercana a nosotros), aún nos queda por desvelar muchos secretos que esconde. Pero veámoslo desde otras perspectivas.

Se han programado modelos donde la composición de la Corona del Sol ha sido alterada digitalmente y que, mediante la combinación de 30 fotografías se nos hace ver las periféricas olas y filamentos y, por mi parte, con el modelo por delante en la pantalla de mi ordenador, estoy viendo esa parte interior brillante de la corona (corona K), provocada por la luz del Sol difundida por electrones. Es la auténtica corona, al revés que la corona F, que es debida a la luz difundida por las partículas de polvo.

Debido a las velocidades extremadamente altas de los electrones libres (en promedio unos 10.000 Km/s para una temperatura coronal de unos 2 millones de K, las líneas de Fraunhofer del espectro fotosférico se encuentran difuminadas de manera que el espectro de la corona K es casi un puro continuo.

Ante la imagen de arriba y las figuras que están presenten en ese resplandor de la corona del Sol, estoy viendo la propiedad del espacio-tiempo en la que las leyes familiares de la geometría no son aplicables en regiones donde los campos gravitacionales son intensos, como es el caso de la fuerza de Gravedad que produce la inmensa masa de nuestro Sol y, a su alrededor, el espacio se curva y el tiempo se distorsiona.

En relatividad general la geometría del espacio-tiempo está íntimamente relacionada con la distribución de materia. En un espacio de sólo dos dimensiones, como una lámina de goma plana, la geometría euclidea se aplica de manera que la suma de los ángulos internos de un triángulo en la lámina es de 180º. Si colocamos un objeto masivo sobre la lámina de goma, la lámina se distorsionará y los caminos de los objetos que se muevan sobre ella se curvarán. Esto es, en esencia, lo que ocurre en relatividad general.

Es un hecho comprobado que, la presencia de grandes masas como la de planetas (La Tierra) o estrellas (El Sol), distorsionan el espacio y dibujan la geometría del Universo gracias a la fuerza de Gravedad. Así nos lo explica la relatividad general de Einstein largamente comprobada.

En los modelos cosmológicos más sencillos, basados en el universo de Friedman, la curvatura del espacio-tiempo está relacionada simplemente con la densidad media de materia, y se describe por una función matemática exacta denominada métrica de Robertson-Walker.

 Métrica de Robert-Walker

Si un universo tiene una densidad mayor que la densidad crítica, se dice que tiene curvatura positiva, queriendo decir que el espacio tiempo está curvado sobre sí mismo, como la superficie de una esfera; la suma de los ángulos de un triángulo dibujados sobre la esfera es entonces mayor que 180º. Dicho universo tiene tamaño y vida finita; se trata de un universo cerrado.

Un universo con menor densidad que la crítica se dice que tiene curvatura negativa, como la superficie de una silla de montar, en la que la suma de los ángulos de un triángulo es menor que 180º. Dicho universo sería infinito y se expandiría para siempre, se trata de un universo abierto. El Universo del Einstein-de Sitter tiene densidad crítica y es, por consiguiente, especialmente plano (euclideo) e infinito tanto en el espacio como en el tiempo.

Como la distorsión del tiempo y la curvatura espacial no la podemos ver (sólo se dejan sentir sus efectos) al ver la Imagen distorsionada de la Corona me vino a la mente la curvatura espaciotemporal que producen las grandes masas en el espacio circundante, y, de ahí llegue a los tres modelos del universo abierto, cerrado y plano que arriba quedan significados.

En realidad, lo que aquí arriba estamos viendo es la corona visible en luz blanca, la Corona del Sol observada en longitudes de onda visibles durante los eclipses totales de Sol y con coronógrafos. La emisión en luz blanca tiene su origen en la luz de la fotosfera del Sol que se difunde por los electrones libres (la corona K) y el polvo (la corona F). Una pequeña cantidad de luz visible procede de las líneas de emisión (la corona E).

En presencia de grandes masas de materia, tales como planetas, estrellas y galaxias, está presente el fenómeno descrito por Einstein en su teoría de la relatividad general, la curvatura del espacio–tiempo, eso que conocemos como gravedad, una fuerza de atracción que actúa entre todos los cuerpos y cuya intensidad depende de las masas y de las distancias que los separan; la fuerza gravitacional disminuye con el cuadrado. La gravitación es la más débil de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Isaac Newton formuló las leyes de la atracción gravitacional y mostró que un cuerpo se comporta gravitacionalmente como si toda su masa estuviera concentrada en su centro de gravedad. Así, pues, la fuerza gravitacional actúa a lo largo de la línea que une los centros de gravedad de las dos masas (como la Tierra y la Luna, por ejemplo).

En la teoría de la relatividad general, la gravitación se interpreta como una distorsión del espacio que se forma alrededor de la masa que provoca dicha distorsión, cuya importancia iría en función de la importancia de la masa que distorsiona el espacio que, en el caso de estrellas con gran volumen y densidad, tendrán una importancia considerable, igualmente, la fuerza de gravedad de planetas, satélites y grandes objetos cosmológicos, es importante.

Esta fuerza es la responsable de tener cohesionado todo el universo, de hacer posible que existan las galaxias, los sistemas solares y que nosotros mismos tengamos bien asentados los pies a la superficie de nuestro planeta Tierra, cuya gravedad tira de nosotros para que así sea.

No obstante, a escala atómica la fuerza gravitacional resulta ser unos 10⁴⁰ veces más débil que la fuerza de atracción electromagnética, muy potente en el ámbito de la mecánica cuántica donde las masas de las partículas son tan enormemente pequeñas que la gravedad es despreciable.

La gravitación cuántica es la teoría en la que las interacciones gravitacionales entre los cuerpos son descritas por el intercambio de partículas elementales hipotéticas denominadas gravitones. El gravitón es el cuanto del campo gravitacional. Los gravitones no han sido observados, aunque se presume que existen por analogía a los fotones de luz.

Cuando hablamos de la Corona del Sol nos estamos refiriendo a un gas altamente ionizado y extremadamente caliente (alrededor de los 2 millones de K) que rodea al Sol. Existen otras estrellas que también presentan coronas. La corona solar (como podemos comprobar arriba) son visible durante los eclipses totales como una región blanca que se extiende varios radios solares, mostrando filamentos, penachos, plumas y burbujas o bucles.

La Corona solar es un misterio sin resolver

La radiación de la corona en luz blanca tiene componentes debidas a líneas de emisión (la corona E) a la difusión de electrones (la corona K) y a partículas de polvo (la corona F). La extensión externa de la corona es el viento solar.

Las imágenes de rayos X de la corona solar muestran estructuras complejas con bucles cerca de los grupos de manchas solares, y cerca de los puntos brillantes de rayos X, más pequeños. La emisión de rayos X, además de las líneas de emisión de los átomos altamente ionizados (líneas coronales), indican que la temperatura es de unos 2 millones de K; pueden ser encontradas temperaturas incluso mayores de 4 millones K en las condensaciones coronales.

Los campos magnéticos con una intensidad de 10³ tesla, gobiernan la forma de la corona. Los campos magnéticos forman bucles cerrados en las regiones activas, y en la mayor parte de la corona tranquila (es decir, regiones no activas), si bien en los agujeros coronales las líneas de campo magnéticos son abiertas y se extienden por el espacio, no volviendo al Sol.

Por el momento, se desconoce como se calienta la corona, aunque el mecanismo probablemente está conectado con los fuertes campos magnéticos allí presentes. De todas las maneras de millones de K en la corona a 5.770 K en la superficie, 4.400 K en el mínimo de temperatura de la fotosfera y, una cromosfera de 20.000 K, nos da a entender que existe un aumento de temperatura con la altitud –en la región de transición- hacia la corona donde la tempera llega al máximo antes expresado de millones de K.

Está claro que, también sobre el Sol debemos procurar profundizar en esas lagunas que se forman en nuestro entendimiento de los fenómenos que allí ocurren y, la temperatura de la Corana Solar, es una de ellas.

El Sol quema la masa de un millón de elefantes por segundo, es decir, el equivalente a cuatro millones de toneladas de Hidrógeno.

La enorme presión gravitatoria en el interior del Sol supera la repulsión electrostática entre los núcleos de hidrógeno (protones) y los obliga a acercarse. Se fusionan hasta convertirse en núcleos de helio.

Cada kilogramo de hidrógeno consumido por el Sol libera la misma energía que una bomba de hidrógeno de 1 megatón.

Una erupción solar de gran tamaño contiene suficiente energía como para asegurar el suministro en Estados Unidos durante 100.000 años.

El Sol tiene un potente campo magnético que se retuerce y se enrolla, y a veces arroja al espacio gigantescas nubes de plasma. Una explosión registrada el 28 de octubre de 2010, por ejemplo, lanzó al espacio un tornado de plasma de 350.000 km.

El Sol contiene el 98,8% de la masa total del Sistema Solar. El otro 1,2% en su mayor parte corresponde a Júpiter.

 

 

Tiene una vida aproximada de 10.000 millones de años, y se encuentra en el ecuador de su vida. Cuando su combustible se esté agotando, se hinchará y nos engullirá a todos. Para entonces ya deberíamos haber encontrado otro planeta donde residir.

 

Nadie diría que con este consumo tan alto de hidrógeno por segundo, el Sol pudiera durar mucho tiempo, pero es que ese cálculo no tiene en cuenta el enorme tamaño del Sol. Su masa totaliza 2.200.000.000.000.000. 000.000.000.000 (más de dos mil cuatrillones) de toneladas. Un 53% de esta masa es hidrógeno, lo cual significa que el Sol contiene en la actualidad una cantidad de 1.166.000.000.000.000.000.0000.0000.000 toneladas.

Para completar datos diré que el resto de la masa del Sol es casi todo helio. Menos del 0’1 por 100 de su masa está constituido por átomos más complicados que el helio. El helio es más compacto que el hidrógeno. En condiciones idénticas, un número dado de átomos de helio tiene una masa cuatro veces mayor el mismo número de átomos de hidrógeno. O dicho de otra manera: una masa dada de helio ocupa menos espacio que la misma masa de hidrógeno. En función del volumen – el espacio ocupado –, el Sol es hidrógeno en un 80 por ciento.

Si suponemos que el Sol fue en origen todo hidrógeno, que siempre ha convertido hidrógeno en helio al ritmo dicho de 654 millones de toneladas por segundo y que lo seguirá haciendo hasta el final, se calcula que ha estado radiando desde hace unos 4.000 millones de años y que seguirá haciéndolo durante otros cinco mil millones de años más.

Pero las cosas no son tan simples. El Sol es una estrella de segunda generación, constituida a partir de gas y polvo cósmico desperdigado por estrellas que se habían quemado y explotado miles de millones de años atrás. Así pues, la materia prima del Sol contenía ya mucho helio desde el principio, lo que nos lleva a pensar que el final puede estar algo más cercano.

      La radiación solar incide en la Tierra y produce una serie de fenómenos que contribuyen a que las cosas sean tal como las podemos ver

Por otra parte, el Sol no continuará radiando exactamente al mismo ritmo que ahora. El hidrógeno y el helio no están perfectamente entremezclados. El helio está concentrado en el núcleo central y la reacción de fusión se produce en la superficie del núcleo.

La complejidad que encierra los mecanismos de una simple estrella es tan profunda que, para conocer los entresijos de la más cercana a nosotros (el Sol, del que por cierto depende la vida en la Tierra), necesitamos investigar más, hacer nuevos modelos y nuevas observaciones que, a través de sondas espaciales robóticas nos puedan decir lo que realmente allí ocurre.

Fuente: Isaac Asimov y alguna otra.

Publica: Emilio Silvera V.

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El Físico que aquí nos explica lo que piensa sobre la presencia de vida en otros mundos, el cree que es improbable que exista vida inteligente en otros planetas situados en la zona habitable de sus estrellas. Lo explica con todo lujo de detalles, Sin embargo… ¡No lo tiene claro sobre la posibilidad de que la vida haya surgido en otros mundos!

Como bien nos dice, miles de millones de estrellas están situadas en la zona habitables de sus estrellas, y, sin embargo, no cree que la vida inteligentes surgiera en ninguno de ellos.

Mi discrepancia con sus afirmaciones están situadas en que, el Universo es igual en todas partes, y, en todas sus regiones por lejos que estén, en la nuestra o en otras galaxias, está regido por las mismas Fuerzas fundamentales y las mismas Constantes Universales, y, si eso es así (que lo es), lo que pasó “Aquí”, no hay motivos que impidan  que haya pasado !Allí!

Creo que la Vida es un principioi esencial del Universo.

¿Qué serían o qué podría importar miles de galaxias sin la presencia de estrellas, de mundos y de vida?

Todas las incógnitas serían borradas de un plumazo tan solo con que pudiéramos  (no vencer, que es imposible), pero sí burlar a la velcidad de la luz, encontrar un atajo que nos llevara a esos otros mundos habitables y comprobar lo que allí esté preswe nte.

Como he dicho muchas veces, la Naturaleza es sabia, y, si nos ha situado tan lejos de las otras estrellas… ¡Por algo será!

Nuestro habitad está en la Tierra y no nos queremos enterar, en otros mundos, las condiciones serán idóneas para otros seres, no parece que esos mundos estén dispuestos a dar cobijo a los humanos.

Claro que, poca importancia puede tener lo que yo pueda pensar que, al fin y al cabo, especulaciones son.

Emilio Silvera V.

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