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26 de abril de 2015

Sr. Paulo Coelho: ¡Usted no es Dios!

En 1968 Arthur C. Clarke calculó que por cada persona que existe han existido otras treinta, «pues tal es la proporción numérica con que los muertos superan a los vivos».
Al menos lo era entonces, cuando publicó 2001: Una Odisea del espacio. Aquel año la población humana ascendía a tres mil quinientos millones de individuos frente a los cien mil millones que habían pasado por la Tierra en total, según C. Clarke, «desde el alba de los tiempos».
Casi cincuenta años más tarde los números han acumulado enteros y se han revisado al alza, pero siguen pareciéndose a los que concluyó el escritor inglés. En octubre de 2011, el Population Reference Bureau de Washington calculó que desde aquella alba de los tiempos —el año 50 000 antes de Cristo, cuando el Homo sapiens entró en la llamada modernidad conductual— hasta ese momento habían pasado por nuestro planeta 107 602 707 791 seres humanos.
Solo unos meses después, en algún momento entre finales de 2011 y principios de 2012, el censo planetario superó por primera vez la cifra de siete mil millones de individuos. Por monstruoso que resulte el número, siete mil millones son poco más del seis por ciento de todos los seres humanos que han existido jamás.
Y ahora, dígame. ¿De verdad piensa usted que es, en modo alguno, una persona especial?
El universo conspiranoico
Porque con frecuencia se le dirá que sí. Que entre tantísimas personas como existen, usted, de alguna manera, es diferente de todas. Tiene algo, un qué sé yo. Un it esquivo, un factor equis. Y usted lo intuye. Lo sabe con lo de atrás de la cabeza.
No es un talento ni una virtud. No le desplaza a usted de su posición en ese punto superpoblado donde confluyen las medias aritméticas. Es otra cosa. Un asterisco invisible que pende sobre su cabeza, como el protagonista de un videojuego. Y le distingue como a un Wally que encontrar inmerso en muchedumbres. Por eso, se le dirá, debe usted resultar encontrado. Por eso, se le dirá, usted va a ser encontrado. Porque habrá una cantidad inconcebible de personas pero usted tiene algo que ellas no: el poder de conjurar lo improbable. Tiene más papeletas, muchas más. Y concurre armado con ellas a las rifas del mundo, que así se inclinan todas a su favor.
Y por esa razón, se le dirá también, es un atropello que aún no le haya tocado nada. Y que ocupe usted la posición vitalicia que le ha sido asignada en el reparto de las cosas, que es la de un mindundi de mierda.
«No importa lo que haga, cada persona en la tierra juega un papel central en la Historia del Mundo. Y normalmente no lo sabe».
Palabras de Paulo Coelho, no nuestras. Nosotros no le conocemos de nada y no damos un duro por usted, disculpe la sinceridad. Pero Paulo Coelho sí. Paulo Coelho asegura que usted juega nada menos que «un papel central en la historia del mundo».
Como Newton o como Sócrates, para hacernos una idea, pero sin haber contribuido grandemente a la ciencia o la filosofía. En general, sin haber contribuido a nada porque usted, corríjame si me equivoco, ni ha conducido pueblos a la utopía ni ha descubierto la fórmula de la fusión fría. Por no hacer ni siquiera abona cinco euritos mensuales para honrar ese papel protagónico del que goza en la relojería elemental del mundo y acometer cambios, como erradicar el trabajo infantil o salvar de la extinción a las ballenas. Podría, pero no. Total, pst.
Para qué. El mismo Coelho lo dice, «no importa lo que haga». Y tampoco importa lo que razone, se lo puede ahorrar. Si llega usted a su conclusión estará en lo cierto, pero si resuelve lo contrario le dará igual, porque el caso es que «no lo sabe».
No hay escapatoria, ya lo ve. Se ponga como se ponga, es usted la hostia.
Lea el artículo completo en:

16 de febrero de 2015

¿Existió el Big Bang? Proponen que el universo no tuvo principio


Estudios realizados en universidad en Canadá buscan añadir nueva ecuación cuántica a teoría del Bing Bang, demostrando así que el universo no inició en una masa densa. 

La tradicional Teoría del Big Bang que explica el origen del universo podría verse relegada por una nueva teoría basada en una ecuación cuántica. Los estudios, que fueron realizados en la Universidad de Lethbridge cuestionan la conocida teoría ya que es “muy singular”.
Como conocemos, la teoría explica que al inicio había una masa densa infintesimalmente pequeña que, luego de una explosión, se expandió hasta formar el universo como lo conocemos.
La singularidad del Big Bang es el problema más grande de la relatividad general, porque las leyes de la física parecen romperse ahí abajo. No explican qué pasó antes o en su momento como única masa densa”, cuestionó Ahmed Farag Ali, uno de los científicos encargados de la investigación.
Es por ello que Ali se une a Saurya Das y proponen que la nueva teoría cuántica podría demostrar que, en realidad, el universo no tuvo ni inicio ni fin. ¿Cómo lo lograron? Ambos usaron ideas del físico teórico David Bohm, conocido por sus contribuciones a la filosofía de la física. Fue Bohm quien en 1950 exploró la geodesia clásica (el camino más corto entre dos puntos de una superficie curva) con trayectorias cuánticas.
Ali y Saurya Das aplican esta teoría a una ecuación más: la ecuación desarrollada por el físico Amal Kumar Raychaudhuri, pero corregida cuánticamente por científicos. De este modo, aplican esta última ecuación a las que propuso Friedman para explicar la expansión y la evolución del universo.
En la relatividad general, un posible destino del Universo es que comienza a contraerse hasta que se derrumba sobre sí mismo en una gran crisis y se convierte en un punto infinitamente denso, una vez más.
Ali y Das explican que tiene una diferencia clave entre geodesias clásicas y trayectorias de Bohm. Las geodesias clásicas finalmente se cruzan entre sí, y los puntos en los que convergen son singularidades. En cambio, las trayectorias de Bohm nunca se cruzan entre sí, por lo que las singularidades no aparecen en las ecuaciones. Es decir, no hay inicio ni fin.
En términos cosmológicos, los científicos explican que las correcciones cuánticas pueden ser consideradas como una constante cosmológica (sin la necesidad de la energía oscura) y un plazo de radiación. Estos términos mantienen el Universo en un tamaño finito, y por lo tanto le dan una edad infinita.
Fuente:

17 de septiembre de 2014

Física: ¿Cuántos neutrinos hay en una caja?


El Sol es una fuente de neutrinos

El Sol, una continua fuente de neutrinos (NASA)

Los neutrinos son, después de los fotones, las partículas más abundantes del Universo. Se crean por ejemplo en reacciones nucleares en el centro de las estrellas como nuestro Sol (neutrinos solares), en reactores nucleares (neutrinos de reactor) y por colisiones de rayos cósmicos en la atmósfera (neutrinos atmosféricos).

Cuando escuchamos hablar de neutrinos hay un ejercicio al que todo físico siempre invita para intentar dimensionar su abundancia. Tomemos por ejemplo los neutrinos solares, el ejercicio es el siguiente: levanta tu pulgar, apúntalo hacia el Sol y cuenta hasta tres. En esos tres segundos cerca de doscientos mil millones de neutrinos solares atravesaron la uña de tu pulgar. Doscientos mil millones es un número enorme, es un 2 seguido de 11 ceros: 200.000.000.000, lo que en notación científica se escribe como 2\times10^{11}. Con este enorme número de neutrinos atravesando cada centímetro cuadrado de nuestro cuerpo (y nuestro planeta) uno podría preguntarse, si pudiéramos verlos ¿cuántos neutrinos habrían en una caja? Esta pregunta puede ser algo ridícula por dos motivos: primero, los neutrinos son partículas fundamentales por lo que no son visibles, y segundo, los neutrinos se mueven muy rápido, casi a la velocidad de la luz, por lo que no es posible atraparlos. Entonces supongamos que los neutrinos fueran visibles y les tomamos una foto, ¿cuántos neutrinos veríamos dentro de la caja? Para responder esta pregunta el presente post tendrá dos partes, la primera consiste en estimar cuántos neutrinos nos llegan desde el Sol y en la segunda veremos cómo calcular los neutrinos en la caja. Para conocer la respuesta se puede ir directo a la segunda parte, la primera es opcional y sólo para quienes deseen aprender cómo se crean neutrinos en el Sol y de dónde los físicos sacamos ese número tan grande mencionado al principio.

Parte 1: ¿Cuántos neutrinos solares llegan a la Tierra?

El artículo completo en:

Conexión Causal

16 de septiembre de 2014

Stephen Hawking: 'Ahora mismo no sé aún por qué existe el Universo'

Stephen Hawking, a su llegada al puerto de Santa Cruz de Tenerife.  
Stephen Hawking, a su llegada al puerto de Santa Cruz de Tenerife

El astrofísico británico Stephen Hawking ha asegurado este sábado que durante toda su vida ha intentando comprender el Universo, aunque "ahora mismo no sé todavía por qué existe".

Hawking, que ha llegado a media mañana a Tenerife a bordo del crucero Oceana procedente de Inglaterra para participar en el Festival Starmus, ha agradecido a todos los que han hecho posible que esté en Canarias.

En un acto de bienvenida que ha tenido lugar en el puerto de Santa Cruz de Tenerife, el científico, quien debido a la enfermedad neurodegenerativa que padece precisa de un sistema de voz automatizado para comunicarse, se ha mostrado ilusionado con su próxima participación en el Festival Starmus.

Dentro de este evento, que se celebrará entre los próximos días 22 y 27 y que convertirá a la isla en el epicentro mundial de la astrofísica, Hawking ha avanzado que hablará de los agujeros negros y de otros descubrimientos recientes.

Fuente:

El Mundo Ciencia

12 de septiembre de 2014

Tormenta solar extrema se dirige a la Tierra

Podría causar daños en algunas redes eléctricas, satélites y transmisiones de radio, indicaron científicos.





Los meteorólogos del Centro de Predicciones Meteorológicas del Espacio aún no saben en qué momento llegará la tormenta solar a Tierra y qué parte del planeta se llevará la peor parte de los efectos. Podría ser entre hoy y un par de días después.


Tom Berger, director del Centro, señaló que los científicos tendrán un pronóstico más claro una vez que reciban información del satélite.

La llamarada es considerada extrema en la escala de los analistas, pero apenas. Llamaradas como la que se anunció causan tormentas geomagnéticas capaces de cortar temporalmente el suministro de algunas redes eléctricas offline. También pueden causar daños en satélites e interrumpir las transmisiones de radio. Pero expanden las coloridas auroras boreales.

Fuente:

El Comercio (Perú)

 

10 de septiembre de 2014

Stephen Hawking: El bosón de Higgs tiene potencial para destruir el Universo

El científico Stephen Hawking ha advertido de que el bosón de Higgs podría ser tan inestable como para llevar el espacio y el tiempo al colapso y, por tanto, a la destrucción del Universo.

   Hawking, ha realizado estos comentarios en el prefacio del libro  'Starmus', dedicado al festival del mismo nombre que se organiza a final de mes en Tenerife. En él ha indica que el campo de Higgs --la fuerza en el universo que dan partículas de masa y, por tanto, actúa como el "pegamento" que mantiene todo unido-- "tiene la característica preocupante de llegar a ser metaestable" a energías superiores a 100 millones de gigaelectronvoltios. Esta teoría ha reavivado los temores infundados de que se podría crear un "agujero negro" en la Tierra.
   "Esto significa que el universo podría sufrir deterioro catastrófico de vacío, como una burbuja de la verdadera expansión de vacío a la velocidad de la luz. Podría suceder en cualquier momento y no lo vería venir", ha añadido el científico.

   Según explican en NBC News, sus palabras han sacudido la comunidad de la Física debido a la repercusión que puedan tener en la sociedad. Los expertos recuerdan que, cuando comenzó la actividad del CERN el temor de que todo se derrumbara en un agujero negro era una preocupación generalizada en Internet.

   Hawking admite, sin embargo, que la probabilidad de un desastre del Higgs es muy pequeña, ya que los físicos no tienen un acelerador de partículas lo suficientemente grande como para llevar el experimento a esos niveles de energía.

Fuente:

Europa Press

27 de julio de 2014

La Teoría de Cuerdas: Una breve descripción

Cuerdas 

La supuesta estructura básica de toda la materia según la Teoría de Cuerdas es una especie de filamentos de sutil energía que, gracias a su aptitud para adoptar un número ilimitado de formas, explicaría la maravillosa variedad de todo lo que hay en el Universo, por muy grande o pequeño que sea. Una hipótesis por ahora indemostrable, pero sugerente y “elegante”

La mecánica cuántica y la relatividad general adoptan unos enfoques diferentes para ver cómo funciona el Universo. Muchos físicos creen que debe haber alguna forma o algún método de unificar estas dos teorías. Una aspirante a tal teoría universal es la Teoría de las Supercuerdas o la teoría de cuerdas, para abreviar. Vamos a dar un breve resumen de esta nueva y compleja hipótesis.

Cuerdas, y no partículas
 
Los niños de pequeños aprenden sobre la existencia de protones, neutrones y electrones, las partículas subatómicas básicas que crean toda la materia tal y como la conocemos. Los científicos han estudiado cómo estas partículas se mueven e interactúan unas con otras, pero en el proceso se ha planteado una nueva serie de conflictos.

Ejemplos de cuerdas cerradas

Ejemplos de cuerdas cerradas

De acuerdo con la teoría de cuerdas, estas partículas subatómicas no existen. En cambio, pequeños trozos de cuerda vibrante, que son demasiado pequeñas para ser observadas por los instrumentos de hoy en día, sustituyen a estas partículas. Cada cuerda puede estar cerrada en un bucle, o puede estar abierta. Cada partícula sería en realidad una cuerda vibrante, y la vibración que tenga determinará su tamaño y su masa.

¿Cómo pueden las cuerdas sustituir a las partículas puntuales?

En un nivel subatómico, existe una relación entre la frecuencia (f) a la que vibra algo y su energía (E).

E = h*f     donde h es la constante de Planck.

Al mismo tiempo, la famosa ecuación de Einstein E=m*c2 nos dice que hay una relación entre la energía y la masa.

Por lo tanto, existe una relación entre la frecuencia de vibración de un objeto y su masa. Tal relación es fundamental para la teoría de cuerdas.

El artículo completo en:

1 de mayo de 2014

¿Qué sucede con el agua en el espacio?

Cómo se comporta en condiciones de gravedad cero y presión cero del espacio exterior una de las moléculas más interesantes de la Tierra:
“Día tras día, día tras día,
permanecíamos fijos, sin aliento,
ociosos como una nave pintada
a flote en un pintado mar.

Agua, por todas partes agua,
y un rechinar de cundernas;
agua, por todas partes agua,
y ni una gota que beber.”
La Balada del Viejo Marinero. Samuel Taylor Coleridge.
La Tierra es uno de esos lugares extremadamente escasos y especiales en el Universo donde el agua puede existir, de forma estable, en forma de líquido. Nuestra canica azul nos resulta tan familiar que olvidamos lo escasa que es el agua líquida en el Universo.
 
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Image credit: NASA Goddard Space Flight Center Image by Reto Stöckli, Terra Satellite / MODIS instrument.

Hay tanta agua en la Tierra que si juntáramos todos los océanos del planeta, pesarían más de 10^18 toneladas, más que el mayor de los asteroides descubiertos y aproximadamente lo mismo que Caronte, la luna gigante de Plutón. En resumidas cuentas, un montón de agua,  ¡la suficiente como para llenar una esfera de 1.385 km de diámetro!

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Image credit: Jack Cook / WHOI / USGS.

Sin embargo, el agua sólo dispone de un pequeño margen en el que puede existir físicamente como líquido, incluso en la Tierra. Por ejemplo, si lleváramos agua caliente a un lugar muy elevado, comenzaría a hervir y se convertiría en gas. Cuanto más alto la llevásemos, más descendería su punto de ebullición.


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Image credit: Thomson Higher Education.

¿Y esto por qué es así? Porque a mayor altitud, hay un menor porcentaje de atmósfera presionando sobre el agua, es decir, la presión es menor. A las temperaturas atmosféricas que son normales en la Tierra, las moléculas de agua tienen una determinada cantidad de energía cinética y tienden a moverse a una determinada velocidad media. Algunas de esas moléculas tienen la suficiente energía como para escapar en un momento dado de la fase líquida y convertirse en gas. La mayor fuerza que contrarresta esto es la presión atmosférica. Si se incrementa la presión se vuelve más difícil para el agua escapar y pasar a gas; si se disminuye la presión, se vuelve más fácil. Esta es la razón de que la temperatura de ebullición del agua sea mayor dentro de una olla a presión, pero menor en grandes altitudes, donde la presión atmosférica es más baja.

Por otra parte, el agua tampoco puede ser líquida a bajas temperaturas. Puedes comprobar (en el diagrama de debajo) que si empiezas con agua líquida, puedes convertirla en gas bajando la presión, pero también puedes convertirla en un sólido bajando la temperatura.

Lea el artículo completo en:

Divúlgame

19 de abril de 2014

Sobre la entropía


De la entropía

Posiblemente pocas ideas científicas tan fundamentales tengan más expresiones diferentes que la segunda ley de la termodinámica. Una que no suele emplearse demasiado pero que encierra en una sola frase su esencia se debe a Ludwig Boltzmann que, parafraseando a Josiah Willard Gibbs, dijo: “La imposibilidad de una disminución no compensada de la entropía parece estar reducida a una improbabilidad”. Y es que el concepto de entropía está en el centro de la termodinámica, y en el de la evolución del universo.

El origen del concepto de entropía tiene está en una paradoja planteada por William Thomson (más tarde lord Kelvin) en 1847: la energía no puede crearse ni destruirse, sin embargo la energía térmica pierde su capacidad de realizar trabajo (por ejemplo, levantar un peso) cuando se la transfiere de un cuerpo caliente a uno frío. En 1852 Thomson sugirió que en un proceso como la conducción del calor la energía no se pierde sino que se “disipa” o deja de estar disponible. Además, la disipación, según Thomson, es equivalente a una ley natural que expresa la “direccionalidad” de los procesos naturales.
William Macquorn Rankine y Rudolf Clausius propusieron sendos conceptos que representaban la misma tendencia de la energía hacia la disipación. Llamado inicialmente “función termodinámica” por Rankine y “disgregación” por Clausius , sería éste el que le diese su nombre definitivo en 1865, entropía, a partir de a palabra griega para transformación. Cada proceso que tiene lugar en un sistema aislado aumenta la entropía del sistema.

Así, Clausius formuló la primera y la segunda leyes de la termodinámica en su frase “La energía del universo es constante, y su entropía tiende a un máximo”. De esta simple expresión se deduce que el universo terminará alcanzando una temperatura uniforme, que no habrá energía disponible para realizar trabajo y que el universo sufrirá, por tanto, una lenta “muerte térmica”.

Demonio de Maxwell

En 1871 James Clerk Maxwell publicó un experimento mental intentando demostrar que no siempre el calor tiene que fluir de un cuerpo a mayor temperatura a otro a menor. Un agente microscópico ( que Thomson bautizaría después como “el demonio de Maxwell”) controlando una trampilla en una pared que separa un gas frío de otro caliente, podría elegir dejar pasar sólo aquellas moléculas del gas que se muevan más rápidamente de lo que lo hacen el promedio de las moléculas del gas caliente. De esta manera el calor iría del gas frío al gas caliente. Este experimento mental venía a indicar que la “disipación” no era algo inherente en la naturaleza, sino que surgía de la inhabilidad humana de controlar los procesos microscópicos. La segunda ley de la termodinámica tiene sólo un valor estadístico; en regiones macroscópicas la entropía casi siempre aumenta.

Boltzmann intentó resolver un problema apuntado por Joseph Loschmidt en 1876, y por Thomson dos años antes, que ponía en peligro la interpretación mecánica de la termodinámica en general y de la segunda ley en particular. Esta ley sugiere que existe una asimetría en el tiempo que rige los procesos físicos; el paso del tiempo tiene como consecuencia un cambio irreversible, el incremento de entropía. Sin embargo, si las leyes de la mecánica aplicasen a los constituyentes de los sistemas termodinámicos, su evolución debería ser reversible, ya que las leyes de la mecánica son las mismas tanto si el tiempo fluye hacia delante como si lo hace hacia atrás; las leyes de Newton pueden decirnos donde estaba la Luna hace mil años con tanta exactitud como dónde estará dentro de mil a partir de ahora. A primera vista, no parece existir una correspondencia mecánica para la segunda ley de la termodinámica.

No sería hasta 1877 que Boltzmann encontró una solución a esta dificultad interpretando la segunda ley en el sentido del demonio de Maxwell.

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Cultura Científica

3 de abril de 2014

¿Dónde se esconde la materia oscura?

  • Forma el 90% de la materia que existe en el Universo
  • Los científicos saben que existe pero no han logrado detectarla
  • Las primeras evidencias de su existencia se remontan a los años 70
Abell 1689, uno de los mayores cúmulos de galaxias que se conoce

Hace unos días el telescopio Hubble capturó la imagen de Abell 1689, uno de los mayores cúmulos de galaxias que se conoce.

Los físicos teóricos no les salen las cuentas. Según sus cálculos, el Universo debería tener más materia de la que han observado. La materia convencional, es decir, la que forma la pantalla del ordenador que estás usando, tu cuerpo, una montaña, las estrellas o los planetas, solo supone el 10% de la materia total del Universo. ¿Dónde está el 90% que falta?

La materia que falta es la denominada materia oscura. Se llama oscura porque no podemos verla. Los científicos han comprobado que, al contrario que con la materia ordinaria, la oscura no se puede detectar con los procesos asociados a la luz, es decir, porque no absorbe ni emite radiaciones electromagnéticas. Por eso, aunque hace más de 70 años los físicos teóricos calcularon su existencia aún no han logrado localizarla.

Los científicos saben que está ahí, aunque no puedan verla, por sus efectos sobre estructuras enormes, como las galaxias. Fue en los años treinta del siglo pasado cuando el astrónomo suizo Fritz Zwicky notó una anomalía: las galaxias del enorme cúmulo de Coma se movían como si tuviesen mucha más masa que la observable.

A grandes rasgos, las galaxias que forman un cúmulo están reunidas gracias a la atracción gravitatoria que se produce entre ellas. Sin embargo, la cantidad de materia convencional que hay en cúmulo de Coma no es suficiente para generar la atracción necesaria para mantener atrapadas a las galaxias. Zwicky concluyó que la masa que falta para agruparlas debía existir aunque no la viera.

En los setenta, la astrónoma estadounidense Vera Rubin volvió a toparse con el mismo dilema. En esta ocasión no podía explicar sin recurrir a la existencia de la materia invisible el movimiento de rotación de las estrellas de las galaxias espirales.

Hoy en día, detectar esa materia y averiguar de qué está hecha es uno de las grandes misiones de la comunidad científica. En un litro de aire se estima que hay tres partículas de materia oscura. Es una cifra tan baja que es extremadamente difícil localizarla.

Hay decenas de proyectos en marcha que intentan detectar materia oscura. Los más destacados están situados en laboratorios subterráneos para evitar que lleguen los rayos cósmicos que son fuente de neutrinos, partículas tan parecidas a las de materia oscura que podrían confundirse. Allí los científicos han colocado sensores enfriados a una temperatura cercana al cero absoluto, la más baja que existe, para que evitar que vibren.

Uno de ellos es el Experimento Criogénico de Búsqueda de la Materia Oscura (el CDMS, por sus siglas en inglés). Se lleva a cabo en la mina Soudan, en Minnesota (Estados Unidos). Otros se desarrollan en un laboratorio bajo una montaña Gran Sasso (Italia), a 1,5 kilómetros de profundidad.

Atraviesan todo lo que se les ponga delante

Los dos grupos buscan unas partículas hipotéticas llamadas Partículas Masivas de Interacción Débil (WIMPS). No se puede asegurar que existan, pero por sus características, si existieran resolverían el misterio de la materia oscura. Precisamente también por sus características son muy difíciles de detectar. Son mucho más pequeñas que un átomo por lo que atraviesan todo aquello que se les ponga por delante. Se mueven tan despacio que si por algún casual chocan con el núcleo de un átomo del detector, la perturbación sería mínima. Por eso los detectores deben ser extremadamente sensibles.

Fuera de la Tierra también hay proyectos que buscan materia oscura, como el telescopio Fermi de la NASA que busca fuentes de rayos gamma, que pueden ser producto de la aniquilación de dos partículas de materia oscura. Otra misión es Euclides de la Agencia Espacial Europea, un telescopio aún en construcción que está previsto poner en órbita en 2020. Cartografiará la forma, el brillo y la distribución tridimensional de 2000 millones de galaxias, que cubren más de un tercio del firmamento. Así, el telescopio se remontará hasta el primer cuarto de la historia del Universo. En su labor, espera encontrar pistas sobre el misterio de la materia oscura.

En España investiga la materia oscura desde el punto de vista teórico el proyecto MultiDark, Método de Multimensajeros para la Detección de la Materia Oscura, coordinado por la Universidad Autónoma de Madrid y el Instituto de Física Teórica IFT. Desarrollan tres líneas de investigación complementarias: buscan las partículas candidatas a constituir la materia oscura, estudian cómo éstas forman los halos galácticos y contribuyen al desarrollo de experimentos que puedan detectarlas.

Descubrir dónde se esconde esta materia invisible será un hito de la cosmología que tendrá más repercusión aún que el hallazgo del ya archiconocido bosón de Higgs. Quien la encuentre merecerá sin duda el Premio Nobel.

Otro ingrediente oscuro

La energía oscura es otro ingrediente enigmático del Universo. No se sabe cuál es su origen. Junto a la materia oscura suman el 96% del Universo. Esta energía es la fuerza que acelera la expansión del Universo. Su existencia se propuso en 1998 para justificar el hecho de que el Universo está acelerándose, en lugar de frenarse bajo la atracción gravitatoria de la enorme cantidad de materia que contiene. El descubrimiento de esta aceleración cósmica fue reconocido con el Premio Nobel de Física en el año 2011.

Tomado de:

RTVE Ciencia


30 de marzo de 2014

La estrella más antigua del Universo

Un cúmulo de estrellas antiguas en la Vía Láctea.
Un cúmulo de estrellas antiguas en la Vía Láctea. THE HUBBLE HERITAGE

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Big Bang, hace unos 13.800 millones de años. El Universo era un recién nacido extremadamente caliente y denso que comenzaba a expandirse después de la gran explosión que formó los primeros átomos. Pero a diferencia del Cosmos que conocemos hoy, los únicos elementos que había eran los más ligeros, el hidrógeno y el helio, los dos primeros de la tabla periódica de la Química. Pero eran suficientes para formar las primeras estrellas, aún gaseosas. Marea pensar que algún astro primigenio haya podido navegar en la inmensidad del tiempo astronómico para llegar a nuestros días tal y como se formaron instantes después del Big Bang. Pero así es. Un grupo de arqueólogos de estrellas, ha excavado los confines del Cosmos hasta encontrar un astro de hace más de 13.000 millones de años: la estrella más antigua del Universo.


Telescopio Sky Mapper.

El telescopio Sky Mapper es único para buscar estrellas con bajo contenido de hierro
Todo parecía haberse esfumado bajo las llamas a principios de 2003. Aquel verano austral, un incendio forestal iniciado cerca de Canberra arrasó cinco telescopios del Observatorio del Monte Stromlo y con ellos el programa estrella que permitía a Australia soñar con convertirse en líder de la Astronomía mundial. Las pérdidas se cuantificaron en más de 20 millones de euros. Pero el daño científico trascendía lo económico. Sin embargo, tras la desolación de aquel aciago año, resurgieron nuevos programas y nuevos instrumentos. De hecho, el Sky Mapper, el telescopio que sustituyó al histórico y carbonizado Telescopio Gran Melbourne, ha sido la herramienta utilizada por los arqueólogos de estrellas -los astrofísicos dedicados a la búsqueda de astros primigenios- para localizar la estrella más antigua encontrada hasta la fecha.

El hallazgo ha supuesto un éxito rotundo, pero el reto intelectual que tienen ante sí estos excavadores de galaxias tiene unas implicaciones científicas mayúsculas. Tanto Stefan Keller, investigador del Observatorio del Monte Stromlo y autor principal de la investigación publicada en Nature, como sus colegas esperan poder estudiar a partir de esta estrella cómo era el Universo en los primeros instantes tras el Big Bang y cómo han evolucionado las estrellas y la materia hasta el Cosmos moderno.


Una flecha muestra la estrella más antigua recién encontrada.

La nueva estrella tiene un millón de veces menos de hierro que el Sol

A pesar de que las estrellas primigenias estaban formadas tan sólo por hidrógeno y helio, todos los elementos químicos son creados en las estrellas. En aquel Universo recién nacido, los astros eran nebulosas formadas por estos dos ingredientes (más trazas de litio, el tercer elemento de la tabla periódica), pero algunas de ellas llegaban a ser muy grandes, muy masivas. «Con una masa aproximada de ocho veces la del Sol, una estrella explota y se convierte en una supernova», explica Anna Frebel, investigadora del Massachusetts Institute of Technology (EEUU) y coautora del trabajo. «Las estrellas masivas, duran poco. Las pequeñas duran mucho tiempo», dice.

Cuando una estrella estalla se comporta como una suerte de reactor nuclear capaz de fusionar átomos ligeros y formar elementos más pesados, como los metales que ocupan las filas -periodos- bajas de la tabla periódica. Estos nuevos átomos expulsados al medio estelar, al Universo, enriquecen poco a poco las estrellas ya formadas en sucesivas rondas de explosión estelar y formación de nuevos elementos. Así se creó en el Cosmos la materia que forma cada objeto, cada charco de agua y que da vida a cada organismo sobre la Tierra. Sin que la mayoría de los seres humanos reparen en ello, somos polvo de estrellas. Tomando palabras del astrónomo y brillante divulgador Carl Sagan, somos «la ceniza de la alquimia estelar que ha cobrado vida».

El artículo completo en:

El Mundo Ciencia

23 de marzo de 2014

¿Cómo nacen las estrellas?


  • Nacen a partir de la agregación del gas y polvo frío de las nebulosas
  • Viven gracias al tenso equilibrio entre gravedad y reacciones nucleares
Corazón de NGC 604, una nebulosa con unas 200 estrellas nacientes.

Corazón de NGC 604, una nebulosa con unas 200 estrellas nacientes.NASA/Hui Yang

Las estrellas nacen por azar. Se juntan fragmentos de materia de las nubes frías de gas y polvo que flotan en el espacio, las llamadas nebulosas. Estas partículas se van agregando por atracción gravitatoria hasta formar una gran masa.

Este conglomerado, por efecto de la gravedad, se contrae sobre sí mismo y como consecuencia aumenta en su centro, la densidad, presión y calor. De esta manera, los átomos se mueven cada vez más rápido y chocan unos con otros. En esas condiciones, pronto se inician reacciones de fusión nuclear. Cuando comienzan ha nacido la estrella.

Las agrupaciones de masa que no logran iniciar las reacciones nucleares, es decir, las estrellas frustradas, se denominan enanas marrones. Las que sí lo logran continúan un arduo camino cósmico. Las reacciones nucleares liberan presión del centro de la estrella, contrarrestan el efecto de la gravedad, lo que evita que la estrella colapse sobre sí misma.

La estrella vivirá gracias a ese tenso equilibrio entre gravedad y reacciones nucleares. Morirá cuando la gravedad gane la batalla, algo que sucederá sin excepción.

Evolución estelar

Las estrellas evolucionan a medida que van agotando su masa, que es el combustible de las reacciones nucleares. Cuanto más masa tiene una estrella, más combustible tiene para alimentar su ‘motor’ y brilla más, pero vive menos tiempo.

Cuando se agota el combustible de su centro, la estrella vuelve a contraerse y aumenta de nuevo su temperatura, lo que favorece las aparición de nuevas reacciones nucleares. Esta vez se producen en la siguiente capa de masa alrededor de la central, que ya está gastada y contrayéndose. Esta capa circundante se expande y así la estrella se hace más grande.

El aumento de volumen es el responsable del cambio de color de las estrellas. Cuanto más grande, más se enfrían las capas externas y emiten luz visible en un color determinado. Las estrellas más frías son rojas (con unos 2800 ºC), las amarillas rondan los 5500 ºC, las más calientes son azules (aproximadamente 20.000 ºC) y las verdosas (100.000 ºC).

Un estrella típica de masa media es nuestro Sol. Es joven, tiene tan solo unos 4.600 millones de años. Es una gigante amarilla y dentro de 7.000 millones de años habrá madurado y se habrá convertido en una gigante roja.

Será unas cien veces más grande de lo que es en la actualidad y habrá engullido a la Tierra. Morirá a la edad de 12.000 millones de años tras perder gran parte de su masa, que habrá lanzado eyectada en todas direcciones formando una nebulosa planetaria. Será entonces una enana blanca, que brillará con debilidad hasta que se agote, se vuelva negra e inerte.

La mayoría de la estrellas mueren como enanas blancas, excepto las estrellas supermasivas, que son de color azul. Ellas tienen un final apoteósico. Su final consiste en una explosión de brillo excepcional llamada supernova. Desprenden en unos pocos segundos tanta energía como la que ha emitido y emitirá nuestro Sol en toda su existencia.

Fuente:

RTVE Ciencia
 

21 de febrero de 2014

El brillo de la estrella polar viene aumentando desde hace siglos

Movimiento aparente de las estrellas en torno a la Polar
Movimiento aparente de las estrellas en torno a la Polar LCGS Russ


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El astrónomo Rafael Bachiller nos descubre en esta serie los fenómenos más espectaculares del Cosmos. Temas de palpitante investigación, aventuras astronómicas y novedades científicas sobre el Universo analizadas en profundidad.


El eje terrestre y la Polar en nuestros días
 
Gracias a la comparación de medidas recientes con otras realizadas a lo largo de la historia, se ha descubierto que el brillo de la Estrella Polar viene aumentando desde hace siglos, quizás milenios. Aunque en la Polar se conocían pulsaciones de tipo Cefeida, que van acompañadas por variaciones periódicas de su brillo, las causas de este incremento continuado de su luminosidad son desconocidas.

La Polar y Julio César


Posición del polo Norte en diferentes épocas
"Soy constante como la Estrella Polar que por su estabilidad no tiene rival en el firmamento".... los astrónomos parecen empeñados en hacer extemporáneas estas palabras que Shakespeare puso en los labios de Julio César. Naturalmente la Polar actual, la estrella más brillante de la Osa Menor, no siempre estuvo en el polo Norte (y no lo estaba en tiempos de Julio César) pues la precesión del eje terrestre hace que el polo Norte describa una circunferencia en la bóveda celeste. Pero además, resulta que unos trabajos recientes vienen a demostrar que la posición aparente en el firmamento no es lo único que cambia en la actual Estrella Polar, también cambia su brillo.

La Polar es una estrella supergigante amarilla, 2.440 veces más luminosa y 90.000 veces más voluminosa que el Sol. Situada a menos de 440 años luz de distancia, en la cola de la Osa Menor, es la estrella más fácil de localizar en el Hemisferio Norte. No es la más brillante, ni la más cercana, pero (después del Sol) la Estrella Polar es la más observada de nuestro hemisferio. Gracias a su posición fija en la bóveda celeste, con todas las estrellas girando aparentemente a su alrededor (como reflejo de la rotación terrestre), la Polar ha sido la guía de navegantes durante siglos. También para los astrónomos ha servido de referencia a lo largo de la historia tanto para orientarse en el cielo como para construir telescopios de montura estable.

Lea el artìculo completo en:

El Mundo Ciencia

14 de enero de 2014

'Pandora' desvela las galaxias más lejanas y primitivas del Universo

El telescopio Hubble capta la imagen más nítida de algunas de las galaxias más distantes y antiguas, cuya luz es amplificada al atravesar el cúmulo de Pandora.


El telescopio espacial Hubble ha conquistado un nuevo hito astronómico al fotografiar un conjunto de galaxias sumamente interesante con la mayor resolución conseguida hasta el momento. Esta agrupación de galaxias, que ya había sido estudiada por el Hubble y otros telescopios en el año 2011, es conocida como Abell 2744. Su formación se produjo a partir de un choque de cuatro grupos de galaxias, generando así un conjunto gigante con una estructura aparentemente caótica. Abell 2744 también se es conocido como 'cúmulo de Pandora' pues, según los astrónomos, esta colisión múltiple entre cúmulos abrió una caja de Pandora de notables fenómenos astrofísicos.

La mezcla de fenómenos cósmicos que se dan en Pandora, "algunos de los cuales nunca se habían visto antes", según señalan desde el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial, hacen que los cúmulos de galaxias actúen como lentes gravitacionales, de manera que las imágenes recogidas por el telescopio Hubble permiten ver lo que se encuentra a 12.000 millones de años luz, recreando cómo era el Universo poco después del Big Bang.

Un telescopio natural

La lente gravitacional es un fenómeno que se produce en astrofísica cuando la luz procedente de un objeto lejano pasa por las proximidades de una gran masa que se encuentra en la misma línea de mirada. Esta masa amplifica la imagen del objeto lejano actuando como un gran telescopio natural.

Estas nuevas imágenes captadas telescopio Hubble, en las que el cúmulo de Pandora actúa como una lente gravitacional, muestra galaxias situadas a distancias muy lejanas y a la vez muy jóvenes. Algunas de ellas son excepcionalmente brillantes. "Hemos observado cómo de repente las galaxias se han empezado a acumular y a hacerse cada vez más luminosas en muy poco tiempo", dice el doctor Garth Illingworth de la Universidad de California en Santa Cruz. Casi 3.000 galaxias de fondo y cientos de ellas en el primer plano aparecen en las fotografías.

Las galaxias que aparecen distorsionadas en forma de arco azul son porciones de los llamados anillos de Einstein. "Los anillos sólo se ven completos cuando la galaxia distante está perfectamente alineada con la que actúa como lente", apunta Rafael Bachiller, director del Observatorio Astronómico Nacional en España. Los anillos de Einstein permiten estudiar cómo eran las galaxias cuando el Universo tenía apenas 3.000 millones de años de edad.

El 75% de la masa de Pandora está compuesta por la enigmática materia oscura, uno de los mayores misterios de la astrofísica contemporánea, que también tiene una gran importancia en estas agrupaciones de galaxias.

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El Mundo Ciencia

16 de noviembre de 2013

Un universo “de juguete” revela que el tiempo es una ilusión

Investigadores italianos demuestran empíricamente una teoría de los años 80 a partir del entrelazamiento cuántico de dos fotones.

Un experimento realizado con un modelo de universo “de juguete”, formado sólo por dos fotones cuánticamente entrelazados, sugiere que el tiempo “es una ilusión” o que la existencia del tiempo depende de la existencia de los relojes, como propuso una teoría matemática de la década de 1980. Además, vincula la emergencia del tiempo al entrelazamiento cuántico. Interesantes resultados que avivan una cuestión fundamental, tanto para la ciencia como para la filosofía. Por Yaiza Martínez.


Imagen: JoLin. Fuente: PhotoXpress.
Imagen: JoLin. Fuente: PhotoXpress.

Un experimento realizado con un modelo de universo “de juguete” sugiere que el tiempo “es una ilusión” o que la existencia del tiempo depende sólo de la existencia de los relojes.

La física moderna intenta fusionar las leyes de dos “universos”: el macrocoscópico, y el de las partículas atómicas y subatómicas. Actualmente, describe así la realidad a través de dos vías: la mecánica cuántica‎, que explica lo que sucede a escala microscópica; y la relatividad general‎, que da cuenta de lo que sucede en el resto del cosmos: a los planetas, a los agujeros negros, etc.

Pero ambas descripciones no terminan de combinar bien. Desde que las ideas de la mecánica cuántica se expandieron, a partir de la primera mitad del siglo XX, parece que son incompatibles.

La cuestión del tiempo

A mediados de la década de los años 60 del siglo pasado, los físicos John Wheeler y Bryce DeWitt parecieron encontrar una solución a este dilema: la llamada ecuación de Wheeler-DeWitt.

Con ella se eludían los problemáticos infinitos que surgían de otras combinaciones de ambas teorías. Pero, aunque la ecuación de Wheeler DeWitt resolvió uno de los problemas fundamentales de la combinatoria entre las dos interpretaciones de la realidad antes mencionadas, hizo emerger un segundo y muy serio problema: expresaba un universo estático, “sin tiempo”, algo que a todas luces no existe.

En 1983, los teóricos Don Page y William Wootters propusieron una solución a este segundo problema basada en el llamado “entrelazamiento cuántico”, esa propiedad subatómica que tan bien describieron en su libro “El cántico de la cuántica” Ortoli y Pharabod: si tienes dos peces (o partículas) en un mismo charco y éstos se unen tan íntimamente que alcanzan un estado “entrelazado”, cuando pases uno de ellos a otra charca, ambos seguirán reaccionando de la misma manera, aunque ya no estén juntos. Así, si el primero es pescado, el segundo saltará igualmente fuera de su charca.

Este extraño comportamiento de las partículas subatómicas entrelazadas –al que Einstein denominó “acción fantasmal a distancia”- provoca que éstas no puedan definirse a partir del entrelazamiento como partículas individuales con estados definidos, sino como un sistema. El entrelazamiento cuántico hace que las partículas pasen a tener una “misma existencia”, a pesar de encontrarse espacialmente separadas.

El artículo completo en:

Tendencias21

4 de noviembre de 2013

La galaxia más lejana revela cómo era el Universo primitivo

Detalle de la región del cielo donde está z8_GND_5296 en una imagen...
Detalle de la región del cielo donde está z8_GND_5296 en una imagen del telescopio 'Hubble'. 

Se formó cuando el Universo sólo tenía 700 millones de años, es decir cuando apenas era un niño. Ha sido denominada z8_GND_5296 y se trata de la galaxia más lejana confirmada hasta ahora. Un equipo internacional de investigadores ha logrado precisar su edad gracias al telescopio Keck I de 10 metros situado en Hawaii, en concreto, utilizando su espectrógrafo MOSFIRE.

Considerando que el Big Bang se produjo hace 13.800 millones de años, esta galaxia se formó cuando el Universo sólo tenía el 5% de la edad actual., según explicanesta semana en la revista Nature.

El hallazgo supone un nuevo paso para lograr averiguar cómo era el Universo durante sus etapas iniciales de formación: "La luz que [las primeras galaxias] emitieron poco después de la Gran Explosión ha estado viajando durante la mayor parte de la vida del Universo hasta alcanzar hoy a nuestros telescopios", explica a ELMUNDO.es Rafael Bachiller, director del Observatorio Astronómico Nacional.

El estudio está liderado por investigadores de las Universidades Texas A&M y Texas Austin, aunque también han participado científicos de otros centros de EEUU, Italia e Israel.

Distancias espaciales

El Universo está en continua expansión. Para calcular distancias espaciales, además del año luz los (la distancia que la luz recorre en un año) los astrónomos utilizan el denominado desplazamiento hacia el rojo (redshift en inglés), que es una medida de la velocidad y de la distancia. La galaxia descrita en Nature tiene un desplazamiento al rojo de 7,51.

En el listado que manejan los astrónomos están incluidas más de 100 galaxias que son candidatas a tener desplazamientos hacia el rojo mayor que 7. Aunque en el pasado se han localizado galaxias más lejanas de la Vía Láctea que la que se describe en este estudio, no han sido confirmadas mediante espectrógrafo.

"Ahora, la denominada galaxia z8_GND_5296 ha resultado tener el brillo suficiente para permitir tanto la medida precisa de su distancia (desplazamiento hacia el rojo o 'redshift' ) como el análisis de su débil luz por medio de un espectrógrafo. 

Naturalmente para este tipo de observaciones se necesitan los mayores telescopios del mundo", afirma Bachiller, que señala el telescopio usado (el Keck equipado con un espejo segmentado de 10 metros de diámetro efectivo), es similar en muchos aspectos al Gran Telescopio de Canarias.

La galaxia z8_GND_5296 se formó hace unos 13.000 millones de años, que es el tiempo que ha tardado la luz de la galaxia en llegar a la Tierra. Así, los astrónomos calculan que esa galaxia está a unos 30.000 millones de años luz de nuestro planeta.

"La búsqueda de objetos que se encuentran más alejados de la Tierra de aquellos que ya se conocen es importante para mejorar nuestra comprensión de la historia del Universo y necesario para llegar a encontrar la primera generación de galaxias que se formaron después del Big Bang", explica Dominik A. Riechers, astrónomo de la Universidad de Cornell (EEUU), en un artículo complementario de la revista Nature.

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El Mundo Ciencia

30 de septiembre de 2013

¿Qué fue primero, el tiempo o el espacio?

reloj

Según Albert Einstein, el tiempo y el espacio eran sencillamente diferentes aspectos de la misma entidad que ahora se conoce como "espacio-tiempo".

Por ende, parece plausible que ambas empezaron a existir simultáneamente.

Habiendo dicho lo cual, investigaciones recientes que combinan el trabajo de Einstein y la teoría cuántica ha llevado a algunos teóricos a concluir que el espacio podría haber generado el fenómeno que experimentamos como tiempo.

Fuente:

BBC Ciencia

25 de septiembre de 2013

La idea matemática que hizo volar al Voyager



Michael Minovitch

Michael Minovitch solucionó el "problema de los tres cuerpos" en 1961, e impulsó la misión del Voyager.

La sonda espacial Voyager ha cautivado al mundo con su proeza en los confines del Sistema Solar, pero su lanzamiento en 1977 sólo fue posible gracias a las ideas matemáticas y la persistencia de un estudiante de doctorado que descubrió cómo catapultar sondas al espacio.

En 1942, por primera vez en la historia un objeto creado por el hombre cruzó la invisible línea de Karman, que marca el borde del espacio. Sólo 70 años después, otra nave espacial viaja hasta la última frontera del Sistema Solar.

La sonda Voyager 1, 35 años después de haber despegado, está a 18.400 millones de kilómetros de la Tierra y a punto de cruzar el límite que marca el alcance de la influencia del sol, donde el viento solar se encuentra con el espacio interestelar.
Así contado parece fácil, pero la puerta al más allá del Sistema Solar permaneció cerrada durante los primeros 20 años de la carrera espacial.

El problema de los tres cuerpos

Computadora IBM

Minovitch utilizó la computadora más potente del momento. 

Desde 1957, cuando el Sputnik 1 se convirtió en la primera obra de ingeniería que pudo orbitar sobre la Tierra, la ciencia comenzó a mirar cada vez más allá en el cosmos.

Se enviaron naves a la Luna, a Venus y a Marte. Pero un factor crucial impedía alcanzar distancias más lejanas.

Para viajar a los planetas exteriores hace falta escapar de la fuerza gravitacional que ejerce el Sol, y para eso es necesaria una nave espacial muy grande.

El viaje hasta Neptuno, por ejemplo, a 2.500 millones de kilómetros, podría llevar fácilmente 30 o 40 años debido a esa fuerza.

En su momento, la Nasa no podía asegurar la vida útil de una sonda por más tiempo que unos meses, así que los planetas lejanos no estaban dentro de las posibilidades.

Hasta que un joven de 25 años llamado Michael Minovitch, entusiasmado por la nueva computadora IBM 7090, la más rápida en 1961, resolvió el problema más difícil de la ciencia mecánica celeste: el de "los tres cuerpos".

Se refiere al Sol, un planeta y un tercer objeto que puede ser un asteroide o un cometa viajando por el espacio con sus respectivas fuerzas de gravedad actuando entre ellos. La solución establece con exactitud cómo afectan la gravedad del Sol y la del planeta a la trayectoria del tercer objeto.

Sin amilanarse por el hecho de que las mentes más brillantes de la historia -la de Isaac Newton entre ellas- no lograron resolver esta incógnita, Minovitch se concentró en despejarla. Su intención era usar la computadora para buscar la solución a través de un método de repetición.

Verano de 1961

Planeta lejano

Los cálculos de Minovitch permitieron la exploración de los planetas del Sistema Solar más lejanos.

En su tiempo libre, mientras estudiaba un doctorado en el verano de 1961, se puso a programar series de ecuaciones para aplicar al problema.

Minovitch llenó su modelo con datos de las órbitas planetarias, y durante una pasantía en el laboratorio de propulsión de la Nasa (Jet Propulsion Lab) obtuvo información más exacta sobre las posiciones de los planetas.

El joven estudiante demostró así que si una nave pasa cerca de un planeta que orbita alrededor del Sol puede apropiarse de parte de la velocidad orbital de ese astro y acelerar en dirección opuesta al Sol sin utilizar el combustible de propulsión de la nave.

Sin financiamiento para continuar con sus pruebas en la computadora, y en un intento por convencer a la Nasa de la importancia de su descubrimiento, dibujó a mano cientos de trayectorias de misiones teóricas al espacio exterior. Entre ellas había una ruta de vuelo específica que se convirtió en la trayectoria de las sondas Voyager.

Pero en 1962 el Jet Propulsion Lab estaba ocupado con el Proyecto Apolo, y nadie hizo mucho caso al hallazgo de Minovitch.

Lea el artículo completo en:

BBC Ciencia

21 de septiembre de 2013

Diferentes teorías sobre qué son el espacio y el tiempo

Dibujo20130828 Quantum_gravity_head_FLAT - nature com

Zeeya Merali ha entrevistado al físico Mark Van Raamsdonk (Univ. Columbia Británica en Vancouver, Canadá), uno de los padres de la idea ER=EPR, sobre qué es el espaciotiempo. Su respuesta es sencilla: “pura información codificada en un holograma” cual una película de ciencia ficción como Matrix. El “principio holográfico” puede parecer extraño, pero según Van Raamsdonk es fundamental para entender la relación entre la relatividad general, que explica cómo la gravedad es resultado de la curvatura del espaciotiempo, y la mecánica cuántica, que gobierna el mundo subatómico. Recomiendo la lectura de Zeeya Merali, “Theoretical physics: The origins of space and time,” Nature 500: 516–519, 29 Aug 2013. Me permito un traducción libre en forma de resumen para quienes no tengan acceso a este interesante artículo.


Dibujo20130828 black holes and holography - nature com

Merali ha aprovechado que Van Raamsdonk y muchos colegas están reunidos en el “KITP Rapid Response Workshop: Black Holes: Complementarity, Fuzz, or Fire?,” organizado entre el 19 y el 30 de agosto por Raphael Bousso (UCB), Samir Mathur (OSU), Rob Myers (PI), Joe Polchinski (KITP), Lenny Susskind (Stanford) y Don Marolf (UCSB) [listado de las charlas con enlaces a los vídeos]. Confieso que yo he visto todas las charlas de la semana pasada. Para entender muchas de ellas hay que leer los artículos técnicos más recientes de los conferenciantes, pero lo más interesante no es el contenido, sino el diálogo entre expertos y las discusiones al margen sobre las ideas presentadas. Obviamente, sólo recomendable para frikis de estos asuntos.

El principio holográfico se inspiró en la entropía de Hawking-Bekenstein asociada a los agujeros negros (que es proporcional al área del horizonte de sucesos, en lugar de al volumen como en cualquier objeto material). Esta entropía corresponde a un conjunto de microestados del agujero negro que están de alguna forma codificados en el horizonte de sucesos, que actúa como un holograma plano que almacena la información del espacio tridimensional que acota. El físico argentino Juan Maldacena (Instituto de Estudio Avanzado de Princeton, Nueva Jersey) publicó en 1998 un modelo holográfico del universo que aplicó la misma idea al espaciotiempo, que sería un concepto emergente a partir de la información holográfica. Esta información equivaldría a partículas cuánticas en una teoría cuántica de campos asociada al holograma.

En 2010, Van Raamsdonk estudió que pasaría si las partículas del holograma estuvieran entrelazadas (el entrelazamiento cuántico corresponde a correlaciones entre partículas que garantizan que al medir el estado de una partícula también se altera el estado de la otra partícula). Descubrió que si todas estas partículas están entrelazadas a pares (monogamia del entrelazamiento), cuando se rompe este entrelazamiento entre dos partículas es como si se divide el espaciotiempo tridimensional interior al horizonte en dos partes. Repitiendo el procedimiento el volumen del espaciotiempo se va reduciendo en potencias de dos. Para Van Raamsdonk es como si el entrelazamiento cuántico en el holograma fuera lo mismo que el espaciotiempo emergente. Según Maldacena, “la información cuántica en el holograma es fundamental y el espaciotiempo es emergente.”

Dibujo20130828 gravity - thermodynamics - loop quantum gravity - nature com  

La gravedad emergente a partir de la termodinámica también nació al tratar de generalizar a todo el espaciotiempo la entropía de Hawking-Bekenstein. En 1995, Ted Jacobson (Univ. Maryland en College Park) postuló que todo punto en el espacio pertenece al horizonte de sucesos de un microagujero negro y a partir de esta idea derivó las ecuaciones de Einstein de la relatividad general (usando sólo conceptos termodinámicos sin introducir de forma explícita el concepto de espaciotiempo, que emerge a partir de los primeros). La idea alcanzó la fama en 2010, cuando Erik Verlinde (Univ. de Amsterdam) dio un paso más allá derivando las leyes de Newton a partir de la termodinámica estadística de los constituyentes del espaciotiempo (sean estos lo que sean). Thanu Padmanabhan (Centro Interuniversitario de Astronomía y Astrofísica de Pune, India) mostró que las ecuaciones de Einstein se pueden reescribir en una forma equivalente a las leyes de la termodinámica.

Verificar estas ideas mediante experimentos es muy difícil, porque los constituyentes discretos del espaciotiempo se estima que tienen una tamaño en la escala de Planck. Sin embargo, se puede medir su efecto sobre la propagación de los fotones de muy alta energía en los rayos gamma producidos en fenómenos violentos del universo. Giovanni Amelino-Camelia (Univ. de Roma) y varios colegas publicaron en abril de 2013 los primeros indicios de este fenómeno, que tendrán que ser confimados en los próximos años. También están en curso varios experimentos en laboratorio. Por ejemplo, en 2012, físicos de la Univ. de Viena y del Imperial College de Londres propusieron un experimento de interferometría para estudiar la estructura discreta del espaciotiempo. 

La gravedad cuántica de bucles nació a mitad de los 1980 gracias al trabajo de Abhay Ashtekar (Instituto de Física Gravitacional y Geometría, Univ. Estatal de Pensilvania) y otros que describieron el tejido del espaciotiempo como una red de enlaces que portan información cuántica sobre las áreas y los volúmenes. Estos enlaces pueden cerrarse sobre sí mismos formando bucles (que no tienen nada que ver con las “cuerdas” de la teoría de cuerdas). Los bucles son cuánticos y definen una unidad mínima de área (la unidad de área en la escala de Planck) de forma similar a como la mecánica cuántica aplicada a un átomo de hidrógeno define un estado de energía mínima para su electrón. Esta unidad de área no se puede curvar demasiado con lo que no se pueden producir singularidades en curvatura como las que predice la gravedad de Einstein en el interior de los agujeros negros o en el Big Bang.

En 2006, simulaciones por ordenador realizadas por Ashtekar para la singularidad del Big Bang, y por Rodolfo Gambini (Univ. de la República, Montevideo, Uruguay) y Jorge Pullin (Univ. Estatal de Luisiana, Baton Rouge) para un agujero negro demostraron cómo evita las singulariades la gravedad cuántica de bucles. Sin embargo, esta teoría aún tiene muchos problemas básicos que resolver, por ejemplo, cómo unificar la gravedad con otras fuerzas o cómo emerge el espaciotiempo a partir de la red de información cuántica de los bucles.

Dibujo20130828 causal sets - causal dynamics triangulations - nature com

La teoría de redes causales nació con el trabajo pionero Rafael Sorkin (Perimeter Institute, Waterloo, Canada). Esta teoría postula que los bloques que forman el espaciotiempo son puntos matemáticos conectados por enlaces causales, que conectan pasado con futuro. En una simulación por ordenador la red resultante construye el espaciotiempo de forma gradual, lo que según Sorkin “permite ver cómo emerge el espaciotiempo a partir de los puntos originales igual que la temperatura emerge a partir de los átomos de un gas. ¿Qué es la temperatura de un sólo átomo? De igual forma no tiene sentido preguntar dónde está el espaciotiempo en la red causal.”

A finales de los 1980, Sorkin calculó el número de puntos en el universo observable y su razonamiento le llevó a inferior que existía una pequeña energía intrínseca que causa que el universo acelere su aceleración. Esta predicción se confirmó en 1998 con el descubrimiento de la energía oscura. Según Sorkin, “su predicción fue la primera predicción de la teoría cuántica de la gravedad.” Obviamente, no todo el mundo opina lo mismo. 

Las triangulaciones dinámicas causales son una variante de las redes causales que nació a principios de los 1990 y cuya simulación por ordenador tiene ciertas ventajas técnicas. Los bloques de espaciotiempo son símplices tetradimensionales (la generalización de un triángulo o un tetraedro a cuatro dimensiones) que de forma espontánea se agregan unos a otros mientras sufren fluctuaciones cuánticas aleatorias. Las simulaciones de Renate Loll (Univ. Radboud, Nijmegen, Holanda) resultan en “universos” exóticos con una geometría muy complicada y un número erróneo de dimensiones (o muchas o muy pocas). Sin embargo, cuando se fuerza que el pegado de símplices preserve la causalidad se obtienen universos en cuatro dimensiones que son diferenciables (muy similares a nuestro universo).

La idea de que en el Big Bang el universo nació con sólo dos dimensiones (una de espacio y una de tiempo) y que fue ganando dimensiones conforme fue evolucionando es muy sugerente. Aún así, todavía nadie ha derivado las ecuaciones de la gravedad a partir de esta idea, aunque algunos expertos creen que la aparición de la energía oscura en los universos que crecen hasta alcanzar cuatro dimensiones es un signo de que la idea no es del todo incorrecta.

El artículo de Merali concluye así, sin ofrecer una respuesta, pero se decanta claramente por el principio holográfico. Hay muchas otras ideas sobre la emergencia del espaciotiempo que han sido publicadas y que quizás merecerían estar en la lista, pero las que están son sugerentes.

FUENTE:

Francis Emule Science News
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