FÍSICA ACTUAL: DEL BIG BANG A LOS AGUJEROS NEGROS PASANDO POR LA MATERIA OSCURA JUNTO A STEPHEN HAWKING, LAS 4 FUERZAS, ACELERADORES, DETECTORES, LHC, BOSÓN DE HIGGS O PARTÍCULA DIVINA.
Después de todas las grandezas que destacaron en la física del siglo XX, más o menos hasta los 60, la ciencia ha decaído a lo grande. La física de los últimos 30 años se califica, en comparación con las anteriores etapas, de fracasada.
Ésto se debe a que en lo referente a la Teoría Cuántica, por ejemplo, tan solo han verificado la existencia de partículas ya vaticinadas por los grandes, y lo demás que han hecho es todo puro desarrollo hipotético.
Hoy veremos algunas de las teorías que rigen la actualidad científica, todas ellas con grandes baches de por medio.
La figura más célebre de estos momentos, sin duda alguna, es Stephen Hawking, conocido sobre todo por sus publicaciones: “Del Big Bang a los agujeros negros”, “Una breve historia del tiempo”, “El Universo en una cáscara de nuez”, “300 años de gravedad”, “100 años de Relatividad”, y más recientemente “Grandes obras de Albert Einstein”.
Su mérito personal ha sido la popularización de agujeros negros en base a las interacciones gravitatorias. La teoría fundamental de la gravitación explica que cuando un cuerpo es fuertemente atraído por otro describe órbitas elípticas a su alrededor (primera ley de Kepler), y que la fuerza con la que el el cuerpo de dentro atrae al de fuera es:
Asimismo, un cuerpo que describe una órbita para seguir su trayectoria rectilínea a través de la curvatura del espacio producida por la materia (Teoría General de la Relatividad) posee una energía cinética:
, y una energía potencial:
La suma de estas dos energías, para que la energía total se conserve, debe ser constante:
, o lo que es lo mismo:
De esa última ecuación podemos pasar a sustituir:
Tras haber sustituido, las masas del cuerpo atraido (m) desaparecen de los dos miembros:
Ahora bien, sabemos que esta igualdad se va a cumplir siempre porque “G” es una constante de gravitación (6,37 x 10^-11 m3 / kg s2), la masa que atrae “m’” en general también lo va a ser, y “v^2″ y “r” se complementan a lo largo de la órbita para conservar la velocidad areolar (segunda ley de Kepler).
Sabiendo esto, para que un cuerpo atraido escape de su órbita estacionaria su velocidad tiene que ser estrictamente mayor a la que le proporciona el giro en la órbita. Si despejamos la velocidad en la igualdad de arriba:
La velocidad de escape es igual a la raíz del doble del producto de la constante de gravitación y la masa, dividido entre el radio de distancia.
La velocidad de escape incrementa con la masa atrayente (o con la curvatura del espacio según se mire) y disminuye con el radio. Más resumido aún, la velocidad de escape incrementa con la densidad de aquéllo por lo que el cuerpo es atraído. Entonces, ¿qué pasa cuando un cuerpo es tan denso que la velocidad de escape nos resulta superior a la de la luz? Se produce un agujero negro. Hay tanta masa atrayendo en tan poco espacio que ni siquiera la luz puede escapar de esa trampa, por lo que no emite radiaciones lumínicas. Y si la luz, que es “lo más rápido”, no puede escapar, mucho menos lo hará todo lo demás que se aproxime al agujero (“lo más rápido” está entre comillas porque recordemos que la Teoría de los Multiversos contradice esta afirmación).
Expeculaciones acerca de qué pasa cuando te absorbe un agujero negro:
La primera de ellas es que cuando te absorbe tu velocidad orbital, (antes calculada) es superior a la de la luz, por lo que según las fórmulas de la Teoría Especial de la Relatividad te desintegrarías a ojos de un observador exterior, a la vez que te harías eterno. El cómo se viviría eso desde dentro evidentemente es una incógnita.
La segunda, algo más popularizada, explica que los agujeros negros son conexiones con otras dimensiones (curvaturas del espacio-tiempo tan grandes que entremezclan la red dimensional), y que cuando te absorbe uno de ellos apareces en otro Universo que, si siguiese las misma leyes que el nuestro, también poseería agujeros negros que enviarían cosas desde allí hasta aquí.
La tercera y la que tiene menos base explica que lo que se traga un agujero negro lo escupe un agujero blanco. ¿Y qué es un agujero blanco? Pues si el negro es la máxima acumulación de masa-energía, el blanco sería la máxima liberación de masa-energía. No obstante, nunca nadie ha observado una actividad de esas características en el espacio.
La primera y la segunda teoría son perfectamente compatibles con la teoría del Big Crunch, que consiste en explicar que el universo se expande y, cuando llega a su máxima expansión, se vuelve a comprimir en un súper agujero negro con toda la materia que, al estar tan comprimido, explota dando lugar a un nuevo Big Bang. De este modo obtendríamos el Universo cíclico: Big Bang, Big Crunch, Big Bang, Big Crunch…
La tercera teoría sería más utópica, puesto que supondría la existencia de algo que haría frente en todo momento a los agujeros negros, evitando la compresión universal.
Sin embargo, hay algo que no acaba de cuadrar. La gravedad se supone que se propaga a través de la materia, y el espacio aparentemente está vacío. Es por eso que la suposición de que existe una materia oscura resulta tan atractiva para explicar la propagación de señales ondulatorias en el espacio. Además, ellos aseguran de que conocemos el 5% de la composición del Universo, y esta materia podría incrementar considerablemente ese porcentaje. Sin embargo, me gustaría que alguien me explicara cómo puedes saber tu porcentaje de conocimiento sobre un tema desconociendo cuánto vale en su total.
Y vamos ahora con las cuatro fuerzas. Desde el comienzo de la filosofía natural, hay dos tipos de corrientes con respecto a la estructura del Universo: los “simplicistas” y los “no simplicistas”. Los primeros, que son los que hoy en día hacen la física, opinan que nuestro Universo, una vez se conocen todos sus fenómenos y sus leyes, se reduce a algo muy simple. Es decir, opinan que todos los fenómenos se pueden reducir a uno solo. Así pues, uno de los grandes retos para los científicos es relacionar todas las fuerzas existentes.
La primera descubierta de todas ellas fue la gravitatoria por Isaac Newton. La segunda y la tercera fueron la eléctrica y la magnetica, fusionadas por James Maxwell en la electromagnética, de la que décadas después se haría responsable al fotón. La cuarta fue la nuclear fuerte, capaz de mantener unidos a los protones de carga positiva en el núcleo del átomo, unas cuantas veces superior a la electromagnética, pero de menor radio de acción (subatómico). La quinta fue la nuclear débil, responsable de que los electrones girasen alrededor del núcleo.
Así que, en resumen, tenemos la gravitatoria, las nucleares y la electromagnética. Supuestas todas ellas semejantes, y sabiendo que la electromagnética se desarrolla en base a los fotones, todas las demás deberían desarrollarse según otras partículas transmisoras de fuerza. A estas partículas se las denominó bosones. El bosón de la fuerza electromagnética, insisito, es el fotón, y el de la nuclear débil se supone que también. De la nuclear fuerte últimamente se acusa al gluón (de “glue”, pegamento en inglés), la cual no se sabe que exista, pero que se supone que “pega” a los nucleones en el núcleo. Y por último el bosón de la interacción gravitatoria sería el gravitón, el cual es el menos probable que exista.
Para aquéllos que anteponemos la Relatividad a la Teoría Cuántica, la estructura de la materia como curvatura dle espacio-tiempo y la gravedad como manifestación de este curvatura es más que suficiente, sin necesidad de buscar gravitones. De hecho, esta incompatibilidad Gravedad Relativista – Gravedad Cuántica ha sido uno de los mayores caos del siglo pasado.
Ahora bien, el método de localización de estas imaginarias partículas son los aceleradores. Los aceleradores son grandes estructuras circulares en las cuales se introducen micropartículas (protones, electrones, neutrones, iones, positrones, etc), se las hace girar empujados por campos electromagnéticos, y cuando alcanzan velocidades próximas a la de la luz se las hace chocar, para observar qué tipo de partículas salen despedidas.
La observación se lleva a cabo en los detectores, que consisten en cámaras de burbujas que, al ser atravesadas por las partículas, dejan gravada su huella, que después es analizada por los científicos. Según la calidad del acelerador, la cámara de burbujas puede ser líquida o gaseosa, siendo más efectiva la segunda.
El acelerador más moderno (extrenado el pasado 10 de Septiembre) es el LHC, ubicado en el laboratorio CERN (Suiza). Este súper acelerador de 27 km de radio alcanzará en sus experimentos de verdad energías de billones de electrónVoltios y, además, consta de cuatro detectores: LHCb, ALICE, CMS y ATLAS.
LHCb tratará de buscar hacia dónde se dirige la antimateria que surja en los experimentos (hacia el pasado según la Teoría de los Multiversos). ALICE analizará las colisiones entre iones de cobre, y los otros dos serán los encargados de encontrar nuevas partículas, entre ellas el bosón de Higgs o partícula divina.
El bosón de Higgs, como todos los demás bosones, es el encargado de transmitir una fuerza, en este caso la que daría masa a los cuerpos, y al ser tan pequeño como que nunca nadie lo ha detectado, se manifestará más como campo ondulatorio que como campo corpuscular, tal y como explica la Teoría Cuántica de Campos.
La teoría de Higgs, mucho más atrevida que la Relatividad en sus momentos, supone que las partículas tienen masa porque interaccionan con este campo de Higgs, y en función de la fuerza con la que interaccionen tienen más o menos masa, siendo el fotón inalterado por dicho campo. La existencia de este fenómeno supondría que la Relatividad debería de ser reestudiada, porque supondría una nueva explicación a lo que Einstein llamódilatación de la masa con la energía.
A ello se debe que los fieles a la Relatividad opinemos que el bosón de Higgs probablemente no sea encontrado en los experimentos del LHC. Se rumorea incluso que Hawking apostó 100 $ a que no aparecería.
Y con esto, mis queridos lectores, concluyo mi repaso a conocimientos de física.
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