Redes, Hay otras dimensiones
En el décimo aniversario de este genial programa televisivo que auna ciencia, entretenimiento y reflexión filosofíca, nos descubrimos viviendo en un universo con más de cuatro dimensiones…
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El monstruo de la vía lactea (2007)
El Monstruo de la Vía Láctea lleva a los espectadores a un emocionante viaje hasta un agujero negro de dimensiones masivas. Lo que comenzó como una explosión cataclísmica de estrellas en una supernova violenta se convirtió en uno de los fenómenos más misteriosos del universo: el agujero negro. Los agujeros negros son la base de todo argumento de ciencia ficción, con fantasiosos pasillos subterráneos que viajan a través del espacio y el tiempo dominando la imaginación. Nada sobrevive a estos agujeros: su fuerza gravitacional retuerce al espacio y al tiempo lo transforma en un nudo tan poderoso que ni siquiera la luz puede escapar de él; y, por lo tanto, la posibilidad de hallar un pasillo en su interior es casi nula. ¿Son los agujeros negros una extraño monstruo de la naturaleza? ¿O es que el universo oculta muchos de estos misteriosos fenómenos? 125 mil millones de galaxias conforman el universo visible para el ojo humano; casi todas las grandes galaxias albergan un agujero negro. De hecho, hasta nuestra propia Vía Láctea tiene en su interior uno enorme, de 50 millones de kilómetros de ancho, en el centro mismo de la galaxia. ¿Qué papel tienen los agujeros negros en el proceso de atracción de la materia en la enorme telaraña de gas y galaxias? Y siendo tan voraz su apetito, ¿Qué podrá evitar que uno de ellos borre un sistema solar como el nuestro por completo?.
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La paradoja de Hawking
Stephen Hawking, uno de los científicos más famosos del mundo, defendió durante treinta años su teoría sobre los agujeros negros, llamada \”la paradoja de la información\”. En el año 2004 hizo algo que los científicos no suelen hacer: admitió que podría estar equivocado. Este fascinante documental les permite acompañar a Stephen Hawking durante un año, mientras prepara su último trabajo científico, que podría significar su regreso y la confirmación de su estatus de gran figura de la física. Pero Hawking se enfrenta a grandes dificultades: por un lado sus detractores, que están poniendo en duda todo su legado, y por otro lado su estado físico en continuo declive. Un documental impactante donde la ciencia muestra su lado más humano.
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Universos paralelos
Muchos científicos creen que las preguntas de la cosmología sólo pueden ser respondidas por la teoría cuántica.
El punto de partida de la teoría cuántica es una función de onda que describe todos los diversos estados posibles de una partícula. Podemos entenderlo fácilmente si pensamos en un gran nubarrón en el cielo. Cuanto más oscuro sea el nubarrón, mayor será la probabilidad de encontrar en esas regiones oscuras una gran concentración de agua y polvo.
En la función de onda electrónica, cuanto mayor es su valor en un punto, mayor es la probabilidad de encontrar allí el electrón. Una vez entendido esto, los físicos nos dicen que las funciones de onda pueden estar asociados con objetos grandes, como las personas. Si pudiéramos ver la función de onda de una persona, tendría una forma similar a la de su cuerpo pero sin embargo se extendería por todo el espacio, más allá de Marte e incluso más allá de nuestra galaxia, aunque allí sea prácticamente nula. Esto significa que existe una probabilidad muy grande de que una persona esté en la Tierra y no fuera del sistema solar.
La idea de los universos paralalos es de Stephen Hawking y consiste en tratar el universo entero como si fuera una partícula cuántica. La función de onda aplicada al universo entero describe el conjunto de todos los universos posibles y significa que existe un conjunto infinito de universos paralelos.
La función de onda del universo se extiende sobre todos los universos posibles. Se supone que la función de onda es muy grande cerca de nuestro propio universo, de modo que hay una buena probabilidad de que nuestro universo sea el correcto, tal como esperamos. Sin embargo, la función de onda se extiende sobre todos los demás universos, incluso sobre aquellos que no tienen vida y son incompatibles con las leyes familiares de la fisica. Puesto que se supone que la función de onda es prácticamente nula para estos otros universos, no esperamos que nuestro universo haga un salto cuántico a ellos en un futuro próximo.
El objetivo al que se enfrentan los físicos es verificar matemáticamente esta conjetura, demostrar que la función de onda del universo es grande para nuestro universo presente y prácticamente nula para los demás universos. (Por el momento los cosmólogos cuánticos son incapaces de resolver este importante problema.)
Todo esto significa que debemos empezar nuestro análisis con un número infinito de todos los universos posibles en mutua coexistencia. Ya no es todo lo que existe, ahora el universo es todo lo que puede existir.
La teoría de Hawking supone que es posible que los universos colisionen y dice que existen agujeros de gusano que conectan a los distintos universos entre si.
Personalmente, creo que es una forma sencilla de intentar comprender la mecánica cuántica; el pensar que todo ese caos de partículas se corresponde con esos universos interacionando a nivel subatómico.
El efecto Casimir
Todos (o la mayoría) de los objetos que conocemos tienen energía positiva, los coches en movimiento, los pájaros, los aviones etc. Por definición, el espacio vacío tiene energía nula, sin embargo existen objetos con un contenido menor de energía que el del vacío.
En 1948, el físico holandés Henrik Casimir demostró que la teoría cuántica puede crear energía negativa: tomemos simplemente dos grandes placas de metal paralelas y descargadas. El sentido común nos dice que esas dos placas, al ser eléctricamente neutras, no ejercen ninguna fuerza entre sí. Pero Casimir demostró que, debido al principio de incertidumbre de Heisenberg, en el vacío que separa estas dos placas hay realmente una agitada actividad, con billones de partículas y antipartículas apareciendo y desapareciendo constantemente. Aparecen a partir de la nada y vuelven a desaparecer en el vacío. Puesto que son tan fugaces, son, en su mayoría, inobservables, y no violan ninguna de las leyes de la física. Estas “partículas virtuales” crean una fuerza neta atractiva entre estas dos placas que Casimir predijo que era medible.
Esto era inaudito y se encontró con un fuerte escepticismo. Sin embargo en 1958 el físico M.J. Sparnaay observó este efecto en el laboratorio, exactamente como lo había predicho Casimir.
Podemos preguntarnos.. ¿para que sirve la energía negativa?, la respuesta a esto es que el poder manipularla nos permitiría generar configuraciones exóticas de espacio y tiempo en las que el tiempo se curve en un círculo. Por ejemplo, serviría para estabilizar un agujero de gusano y poder así emplearlo como máquina del tiempo atravesándolo de un lado a otro. Otro posible uso sería como fuente de energía ¿podemos aprovechar la energía del vacío para nuestras tareas diarias?
Todo esto aunque es bastante o muy especulativo, no deja de ser posible.
La naturaleza de la luz
La teoría de la relatividad cortó de raíz el concepto del éter como sistema absoluto de referencia. Fue un alivio para la física, pues no había modo de explicar la naturaleza de una sustancia tan intangible. Sin embargo, al desaparecer el éter resurgía con más fuerza el problema de la propagación de la luz: si la luz es una onda, como indican todos los experimentos, ¿en qué medio se propaga? Para responder a esta pregunta, fue necesaria otra revolución científica: la mecánica cuántica, en cuya fundación también participó Einstein en forma decisiva. Todo cuerpo caliente radia energía en forma de luz; por ejemplo, un hierro incandescente emite principalmente luz roja, pero también luz de otras longitudes de onda. La cantidad de energía emitida en cada longitud de onda depende fundamentalmente de la temperatura del cuerpo emisor y se puede medir experimentalmente. A fines del siglo XIX, los físicos se enfrentaban al problema de explicar teóricamente lo que observaban en el laboratorio, pero algo parecía no funcionar con los conceptos bien establecidos de la física. Finalmente, el físico alemán Max Planck demostró que se podía explicar la forma de la radiación emitida por un cuerpo si se postulaba, que la luz se propaga en paquetes de energía, siendo la energía de cada paquete inversamente proporcional a la longitud de la onda. De acuerdo con la hipótesis de Planck, la energía transportada por una onda luminosa es un múltiplo de la energía: hv donde h es la llamada constante de Planck —su valor es 6.547 X 10-27 erg/seg— y v, es, la frecuencia de la onda (el número de vibraciones por segundo; la frecuencia v y la longitud de onda l están relacionadas por la fórmula v=c/l). La hipótesis de Planck, formulada en 1900, explicaba los experimentos pero no parecía tener ninguna base física. Después de todo, una onda luminosa puede tener cualquier energía, del mismo modo como una onda de sonido puede ser débil o fuerte. En 1916 Einstein propuso una solución revolucionaria; ¡la luz está compuesta de partículas!, siendo la energía de cada partícula hv; de acuerdo con la hipótesis de Planck. Una vez más, Einstein contradecía las ideas bien establecidas de su época. Cuando finalmente los físicos se habían convencido de que la luz es una onda, ¡Einstein postulaba que es una partícula! Sin embargo, esta dualidad onda-partícula resultó ser una propiedad fundamental de la naturaleza a nivel atómico. Todos los fenómenos atómicos están regidos por la mecánica cuántica, que es radicalmente distinta de la mecánica newtoniana. Uno de los postulados básicos de la mecánica cuántica es que las partículas elementales, que constituyen la materia, están dotadas de propiedades tanto de onda como de partícula. La partícula de la luz es el fotón, que también se comporta como una onda, y la relación entre la energía del fotón y su frecuencia está dada por la fórmula de Planck. Evidentemente, el fotón viaja siempre a la velocidad de la luz. Para ello, su masa debe ser exactamente cero, ya que una partícula masiva necesita energía infinita para moverse a la velocidad de la luz; sólo una partícula sin masa puede viajar a esa velocidad y poseer una energía finita. Einstein postuló la existencia del fotón en otro famoso artículo publicado en 1905, en el que explicaba el efecto fotoeléctrico. Este fenómeno consiste en que algunos materiales producen una corriente eléctrica al absorber la luz, lo cual es el principio del funcionamiento de las celdillas fotoeléctricas; muy utilizadas actualmente (para hacer que cierre la puerta de un elevador, por ejemplo). El trabajo de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico (y no la teoría de la relatividad) le valió el premio Nóbel de física de 1921. Por supuesto, el fotón no necesita de ningún éter para propagarse. En el lenguaje de la física moderna, el campo electromagnético posee energía, y esta energía está cuantizada: aparece sólo en paquetes de energía. El fotón se interpreta como un cuantum (cantidad mínima indivisible) de campo electromagnético.
NO HAY MAL QUE 100 AÑOS DURE
Y podríamos decir que tampoco hay bien que dure tanto…Según la segunda ley de la termodinámica la expansión del universo incrementará su desorden hasta alcanzar la muerte entrópica. Esto significa que con el tiempo, las estrellas agotarán su combustible nuclear y morirán. El universo se apagará a medida que las estrellas dejen de brillar.
Según Michiu Kaku, todas las estrellas se convertirán en agujeros negros, estrellas de neutrones o enanas frías (según su masa) en menos de 10 elevado a 24 años. Algo curioso es que predice que en menos de 10 elevado a 32 años, todos los protones y neutrones del universo se desintegrarán. Según esto la vida que conocemos ya no podrá existir…
Si nos guiamos por el principio de incertidumbre de Heissemberg, aplicado al universo entero (la función de onda del universo de Hawking) ésto no puede afirmarse (que los átomos vayan a agotarse en ese tiempo), ya que no puede conocerse con precisión su estado en un momento determinado. Por lo tanto esto ocurrirá y al mismo tiempo no ocurrirá, porque se darán todas las posibilidades.
Después de reflexionar un poco sobre la función de onda del universo, al ver que las respuestas de los físicos son del tipo (puede ser que sí y puede ser que no…pero sobre todo puede ser que sí y puede ser que no al mismo tiempo), me pregunto si en realidad sirven de algo esas respuestas. Para llegar a ese absurdo creo que no sería necesario haberse partido tanto la cabeza con las ecuaciones.
Existe un principio en física que se denomina navaja de Occam, que afirma que siempre deberíamos tomar el camino más sencillo posible e ignorar las alternativas más complicadas, especialmente si las alternativas no pueden medirse nunca. Mi conclusión es que no hay mal que cien años dure.
EL AGUA EN EL COSMOS
Coincidiendo con el hallazgo de la Phoenix Mars Lander de hielo en la superficie marciana me he dado cuenta de que mucha gente piensa que el agua es escasa en el universo. Si bien es cierto que no es un tema que guste en las noticias, no encaja dentro de Salsa Rosa, pienso que a la gente debería informársela mejor desde los medios de comunicación acerca de estos temas porque sinceramente creo que son de interés.
Foto: Scientists relishing confirmation of water ice near the surface beside NASA’s Phoenix Mars Lander anticipate even bigger discoveries from the robotic mission in the weeks ahead.
Las exploraciones del espacio a finales del siglo XX revelaron que el color azul de la Tierra era una anomalía en nuestro sistema solar. Esto quiere decir que ningún otro planeta tiene océanos de agua líquida en su superficie. A partir de aquí, da la impresión que todo el mundo se vino abajo y se empezó a pensar en el sistema solar como un lugar solitario. Coincidiendo con esto, se ha extendido en la conciencia popular, la falsa noción de que el agua era un elemento extrañísimo en el cosmos.
Es debido a esto que cada vez que se encuentra agua en el espacio, la noticia se recibe con gran sorpresa y excitación. Se piense lo que se piense en la calle, los astrofísicos y astrobiólogos saben muy bien que el agua está presente en todo el universo. Tenemos agua en la Luna, agua en Marte, agua en Titán… casi en todos los lugares que visitamos. Por lo tanto, la cuestión no es si existe el agua en cualquier otra parte, sino si ese agua es líquida.
En Marte, en la temporada alta de verano, apenas alcanzan el punto de congelación; como promedio fluctúan entre los -60ºC en el ecuador y los -123ºC. La atmósfera es muy poco densa, la presión atmosférica en la superficie del planeta no llega al 0.5% de la de la Tierra. Con tales valores de presión, cualquier agua líquida se evaporaría, el hielo no se derretiría cuando se calienta: pasaría directamente al estado gaseoso sin haber sido antes líquido (en mi opinión es lo que se observa en la foto de arriba).
En las fotos de Marte podemos ver valles fluviales, sinuosos y ramificados como los de la Tierra. O muy engañados estamos, o en algún periodo el agua ha corrido a través del planeta rojo, tal vez ha habido incluso lagos y océanos.
Sea como sea, lo que parece es que la mayor parte del agua existente ahora en el planeta rojo está probablemente encerrada en forma de hielo dentro del suelo, el llamado permafrost. El éxito de la Phoenix Mars Lander es importante ya que además de profundizar en este tema, está preparada para buscar la existencia de vida. Podéis seguir las fotos que va enviando la Phoenix desde Marte en la página de la Nasa.
Apoyo bibliografico:
- Ball P. (2008 ) Una biografía del agua. Editorial Turner. Madrid
- Bryson B. (2006) Una breve historia de casi todo. Editorial RBA. Barcelona.
- Lovelock J. (2007) La venganza de la tierra. Editorial Planeta. Barcelona.
EL TAMAÑO DEL UNIVERSO: LA CONSTANTE DE HUBBLE
La ley de 
Hubble afirma que la velocidad de recesión de una galaxia es directamente proporcional a la distancia que la separa de nosotros. Quiere decir que si multiplicamos dicha distancia por cierta cantidad (la constande de Hubble), el producto será igual a la velocidad de recesión. V= K x D ; donde D es la distancia en millones de años luz, V la velocidad de recesión y K la constante.
Para saber el valor que corresponde a K se puede dividir por ejemplo la velocidad de recesión de Virgo (en Km/seg) entre la distancia que lo separa de nosotros (en millones de años luz). K= 1142/60 que son 19.
El problema de todo esto es que la teoría de Einstein exige suponer que la máxima velocidad que se puede medir en relación con uno mismo es la velocidad de la luz en el vacío, la cual equivale a 299.776 kilómetros por segundo. Por lo tanto debemos suponer que existiría una distancia determinada a la cual alguna galaxia tiene que alejarse de nosotros con una velocidad igual a la de la luz y según la relatividad esa distancia representa un límite absoluto e insuperable.
Yo me pregunto…entonces… ¿más allá de ese límite existen galaxias o no? entiendo que debemos suponer que si nosotros estuvieramos en otra parte del universo y tomasemos como centro ese lugar veríamos que el diámetro del universo es el mismo y que por lo tanto hay galaxias más allá del límite visible de la Tierra ¿digo yo no?, muchos autores concluyen que la respuesta a esto es indiferente ya que al alejarse a la velocidad de la luz, la luz de esa galaxia no podrá llegar hasta nosotros. Esto es debido a que el efecto Doppler estira cada una de las longitudes de onda y reduce su energía a cero. Todo indica que nada puede llegar hasta nosotros desde una galaxia tan distante. Ni luz, ni radiación de ninguna clase, ni neutrinos, ni influencia gravitatoria. Nada. No podemos saber que hay más allá si es que hay algo…pero de acuerdo con la mayor parte de las teorías, el universo en su conjunto, mas allá del universo visible (metauniverso) es enormemente más amplio que el universo visible. De aquí podemos intuir que hay algo y además que se aleja más rápido que la luz con respecto a nosotros; algo imposible para la física salvo en el caso de que consideremos que el espacio en expansión va arrastrando los cuerpos celestes como un globo que se hincha.
De todas formas, nosotros no podemos ver que hay más allá a no ser que nos acerquemos hasta el punto de encuentro con la luz que proviene de esas regiones desconocidas.
Olvidándonos de eso y centrándonos en lo que es posible conocer debido a que nos encontramos en la Tierra, podemos ahorrarnos el hablar de un universo de dimensiones infinitas. Tenemos que centrarnos en hablar de universo visible u observable, finito tanto en diámetro como en volumen.
Si volvemos a la ecuación de Hubble podemos calcular el tamaño del universo observable. Sería D= V/k = 299.776/19= 15.777, lo cual quiere decir que el universo observable es una esfera con centro en nosotros mismos y un diámetro de 31.555 millones de años luz. Son unas dimensiones descomunales y por si fuera poco sigue creciendo…
Nota: El valor de la constante no es del todo fiable y existen programas a largo plazo que tienen el fin de refinar el valor de esta constante.
VELOCIDAD WARP
Todos nos hemos sentido frustrados alguna vez al pensar en esa gran distancia que nos separa de otras estrellas, de otras galaxias y de todos esos candidatos a albergar vida que son los planetas. Pues bien, como es tan difícil despedirse de la idea de llegar algún día a esas regiones ahí va una propuesta que depende de una tecnología muy avanzada pero que está apoyada por la física teórica y que para nuestro alivio se podrá hacer en ejem..tropecientos años..pero se hará y si no esto, pues algo muy parecido.
La velocidad WARP, propulsión a curvatura o motor de curvatura, es una forma de propulsión que permite desplazar un objeto a varios múltiplos de la velocidad de la luz, y lo que es muy importante, evita los problemas asociados a la dilatación relativista del tiempo.
Para comparar la velocidad warp con la velocidad de la luz se aplica la siguiente fórmula Velocidad = (Factor de Curvatura al cubo)c , siendo “c” la velocidad de la luz. Por lo que “Warp 1″ equivale a la velocidad de la luz, “Warp 2″ equivale a ocho veces la velocidad de la luz, etc.
La teoría de la relatividad de Einstein nos dice que es imposible viajar más rápido que la luz. Muchísimos experimentos lo confirman en la práctica y esto nos obliga a aceptar que la velocidad límite en nuestro universo asciende a 300000 km/seg. La masa de un objeto aumenta mientras más rápido se mueva, su tamaño sigue igual pero es cada vez más pesado y cuesta cada vez más acelerarlo. Al alcanzar la velocidad de la luz su masa se vuelve infinita y por ello muchos arrojan la toalla en su pensamiento de viajar a velocidades superiores (por no hablar de la dilatación temporal, al ir a la velocidad de la luz el tiempo se detiene y si se rebasa esa velocidad el tiempo iría hacia atrás y entonces esto ya sería otro problema).
La estrella más cercana está a unos 40 millones de millones de kilómetros y tardaríamos 4 años en llegar a ella si viajaramos a la velocidad de la luz. No podemos esperar llegar a lugares muy distantes viajando a la velocidad de la luz porque podríamos encontrarnos conel problema de regiones tan distantes que serían inalcanzables.
En la relatividad general se demuestra que el espacio se puede distorsionar, los planetas curva el espacio; el Sol lo curva un poco más y un agujero negro lo curva muchísimo. La idea del WARP es distorsionar el espacio y mediante esta deformación poder llegar muy rápido a lugares muy distantes. Para entenderlo de forma sencilla, sería expandir el espacio a popa de la nave (por detrás para alejar el punto de partida) y contraer el espacio delante de la nave para acercar el destino. Lo más impresionante de la velocidad WARP es que nos permite viajar a cualquier velocidad que nosotros podamos imaginar sin ninguna limitación.
El problema es que para hacerlo sería necesaria una gran cantidad de energía y además una energía específica que actuaría repeliendo objetos mediante antigravedad, y así se expandiría el espacio por detrás de la nave.
La mecánica cuántica predice que la energía que existe en el vacío es infinita y parece que si supiesemos aprovechar esta energía podríamos pensar en viajes de esta categoría. Todavía falta mucho para alcanzar ese nivel de conocimiento en la estructura de nuestro universo, mucho camino por recorrer pero es bueno saber que empezamos a ver cosas que no hace mucho nos parecían totalmente imposibles.
Como se decía en la serie Star Trek, hay que tener fé ya que la suerte sólo sonríe a los niños, a los locos y a las naves llamadas Enterprise….
Otra cosa la idea es del físico Miguel Alcubierre más información aquí.
