Locos por las partículas

La intención de éste artículo es comentar la película Locos por las partículas, en la que se muestra una de las aventuras más apasionantes de los humanos, la búsqueda y captura del bosón de Higgs. Al escribir estas notas, no desvelamos su contenido, puesto que el resultado final es conocido.

El documental tiene una duración aproximada de 1h, 40m. Ha sido emitido en Canal plus, aunque puede verse (en español y en el momento de escribir esto) en Youtube, sin más que introducir en el buscador el título.

El experimento tuvo lugar en el gran colisionador de hadrones (LHC), la máquina más grande construida por el ser humano. Diseñada a mediados de los años 80, tardó alrededor de 30 años en construirse, gracias al trabajo de 10.000 personas de más de 100 nacionalidades. Es interesante la respuesta que se da a la pregunta ¿por qué y para qué se hacen este tipo de máquinas?, y es, no por intereses comerciales ni militares, sino para entender las leyes básicas de la naturaleza, en concreto, la física.

Es muy curioso, como la ignorancia y escasa formación científica de algunos políticos pueden frenar, con sus estúpidos razonamientos, la expansión del conocimiento científico. En la película se cita el caso del abandono del proyecto estadounidense del supercolisionador superconductor de Texas, el cual se canceló en 1993. Es éste un buen momento para mostrar y comparar dos frases que me gustan mucho, separadas por 200 años en el tiempo:

¿Por qué tenemos que subvencionar la curiosidad intelectual? (Ronald Reagan, dircurso de campaña, 1980)

Nada puede merecer más nuestro patrocinio que la promoción de la ciencia y la literatura. El conocimiento es, en todos los países, la base más segura de la felicidad pública. (George washington, discurso en el congreso, 8 de enero de 1790).

Al leer estas manisfestaciones, comprendemos lo fácil que puede llegar a ser que el mundo retroceda.

Siguiendo con la película, se explica el objetivo del experimento: entender qué ocurre en distancias miles de veces menores que un protón, y también la de confirmar el Modelo estándar, que es lo que tenemos actualmente como teoría global de la materia.

El Modelo estándar unifica tres de las cuatro fuerzas de la naturaleza: fuerte, débil y electromagnética, y se resume en la siguiente frase (tomada prestada del libro Hiperespacio de Michio Kaku):

Toda la materia consiste en quarks y leptones, que interaccionan intercambiando diferentes tipos de cuantos, descritos por los campos de Maxwell y de Yang-Mills.

No crea que el Modelo estándar es lo definitivo. Tiene sus pegas, entre las que destaca que no incluye a la esquiva gravedad, la cuarta fuerza. Además, el modelo es muy feo, porque une a lo bruto tres interacciones diferentes, y también, si se intenta compatibilizar con la relatividad, da resultados absurdos.

El experimento

Consiste en lo siguiente: dos haces de protones son acelerados en el anillo de 27 km. en direcciones opuestas con velocidades cercanas a la de la luz. Están separados una cierta distancia mientras son acelerados. Una vez alcanzada la velocidad, la distancia entre ambos se acorta hasta que se produce la colisión. Ésta tendrá lugar en 4 zonas distintas: ATLAS, LHCb, CMS y ALICE, los cuales tienen detectores para estudiarla. Se pretende que como consecuencia del choque aparezca el bosón de Higgs o algo parecido.

El 30 de marzo de 2010 se realiza el experimento con gran audiencia de científicos y prensa, y la película, utiliza como música de fondo, ¡cómo no!, la novena sinfonía de Beethoven.

Se deja un tiempo de espera para estudiar los datos obtenidos. Los teóricos afirman que si el bosón de Higgs aparece y su masa ronda los 115 GeV, entonces se haría fuerte la teoría física de la Supersimetría (SuSy para abreviar), mientras que si la masa ronda los 140 GeV, lo haría la teoría del Multiverso.
 

El final de la película es emotivo. Con la presencia del padre de la criatura, Peter Higgs, se procede a la exposición de resultados de los experimentos CMS y ATLAS. En el primero se observa un bosón con una masa de 125'3 y en el segundo de 126'5 GeV, y la conclusión, expresada por el director: ¡creo que lo tenemos!. Emocionante la reacción de Higgs, al ver, en vida, lo que en su momento, pronosticó.

La conclusión final es curiosa, la naturaleza tiene sus reglas al margen de los deseos humanos. Si hacemos la media entre Susy y Multiverso, obtenemos:

(115 + 140) / 2 = 127'5

que es el valor aproximado del bosón.

En otras palabras, el experimento no se decanta ni por una ni por otra teoría, se queda a medias.

Por último, cuando Stephen Hawking conoció estos resultados, propuso que a Peter Higgs se le concediera el Nobel de Física, y así se hizo en el año 2013.

Pedro González

¿Hay multiverso?, se admiten apuestas

La posibilidad de que exista un multiverso tiene diferentes niveles de aceptación entre los científicos.

• El cosmólogo Andrei Linde, padre intelectual de la inflación caótica eterna que predice un número de universos que tiende al infinito, se apuesta su propia vida a que hay multiverso.
• El cosmólogo británico Martin Rees dice que "apostaría la vida de su perro a que el multiverso es correcto”.
• Y hay quien va más allá, el Nobel de Física Steven Weingerg “se apuesta al multiverso la vida de Linde y la vida del perro de Rees”.

Hay muchos científicos que no apuestan pero están firmemente convencidos, como Alan Guth el padre de la teoría de la inflación. Otros sin embargo tienen una postura mas cauta, como Rolf Heuer, director general del Laboratorio Europeo de Física de Partículas CERN quién afirma “Para mí el multiverso es difícil de imaginar, pero, ¿por qué debería ser nuestro universo el único que existiera?”.

Todas estas ideas están extraídas del artículo titulado "El padre de la inflación cósmica predice la existencia de infinitos universos paralelos" publicado en El País el 7 de Julio de 2014 a raiz del ICHEP 2014, Conferencia Internacional Física de Altas Energías celebrado en esas fechas en Valencia.

¿Quiere usted vivir 100 años?

En la nueva sección "Buenavida" de El País, se publica hoy un artículo que me parece interesante. Se titula "¿Quiere usted vivir 100 años?"
Este es el enlace: http://elpais.com/elpais/2014/09/17/buenavida/1410942267_076986.html

En el artículo se relaciona la longevidad con la epigenética y se dicen cosas como:

*** Lo verdaderamente asombroso y revolucionario reside en una nueva certeza: los hábitos saludables pueden alterar nuestro ADN, que hasta hace bien poco parecía algo sagrado. Si en la biología el siglo XIX fue el de la evolución y la genética y el XX el del ADN, el actual pertenece a una nueva disciplina científica, la epigenética.

*** el estrés genera cambios hormonales y en los neurotransmisores, capaces de alterar nuestros genes.

*** el ADN sería el equivalente a la tragedia Romeo y Julieta, de Shakespeare, y la epigenética, el proceso que convierte la obra en una representación de teatro clásico o en una película moderna con banda sonora heavy. Podemos activar y desactivar genes a través de nuestro modo de vida.

*** la longevidad de un individuo depende en un tercio de su genética y en dos tercios de sus hábitos. “El genotipo es solo el punto de inicio, como los 1.000 euros que te dan para una partida de póker. Si juegas mal, los pierdes rápido. Si no fumas, haces ejercicio, duermes bien, no eres obeso y controlas el estrés, es probable que te duren más tiempo”

Juan

Preguntas sobre la nada

Mariano, las "reflexiones" que has escrito en el documento 'Universo y Ciencia.doc' tienen mucha "enjundia" y tocan varios temas sobre los que se podría hablar largamente. 

Creo que lo más apropiado sería discutir esas ideas en una reunión del grupo. También está pendiente la petición de Juan Carlos de hablar sobre la expansión del espacio a una velocidad superlumínica.

Yo vuelvo a Sevilla el 10 de septiembre, por favor esperadme.

Mientras tanto, para echar "leña al fuego" y seguir calentando el ambiente planteo a Mariano y a cualquier otro que se atreva con la filosofía estas dos preguntas:

1.- ¿ Hay alguna pega filosófica a la afirmación de que "Pueden existir dos entes (partículas, cuerpos, objetos, individuos o como haya que llamarlos) que sean tan exactamente opuestos que su fusión los aniquile (anule, destruya, los haga desaparecer, etc) totalmente sin dejar ningún rastro ni de materia ni de energía, es decir convertirlos en 'nada'". ?

2.- ¿ Hay alguna pega filosófica a la afirmación de que "De la Nada pueden surgir espontáneamente dos "entes opuestos" tal como se definen en el punto anterior." ?

Por cierto, recuerdo que la Mecánica Cuántica afirma que con ciertos condicionantes y durante un brevísimo lapso de tiempo ocurre algo de esto con las "partículas virtuales" a partir del vacío. Parejas de partículas virtuales se generan y desaparecen espontáneamente a partir del vacío.


¡ Pero ojo, el vacío no es la nada !

Pinchar AQUÍ para acceder a un artículo de Álvaro de Rújula (investigador del CERN) sobre este asunto. 

Juan

Antes de la creación del universo

He leido el artículo que nos referenciaba Jesús: "Antes de la creación del universo" (el título es el enlace) publicado en la página NCYT en el que se dice que:

"Nuestro universo pudo surgir a partir de la formación de un agujero negro en un universo con más dimensiones que el nuestro, ... Lo que percibimos como el Big Bang, podría ser el “espejismo” tridimensional de una estrella derrumbándose sobre sí misma en un universo profundamente distinto al nuestro."

(imagen del citado artículo)

Y se me ocurren un par de comentarios:

Lo primero es que por ahora esa idea no es más que un ejercicio matemático de donde al parecer surgen una ecuaciones parecidas a las que manejan otros cosmólogos sobre la expansión del Universo. Si es verdad que se pueden montar experimentos o hacer mediciones de parámetros que predice esta teoría entonces eso ya sería otra cosa ...

Lo segundo es que todas las explicaciones sobre el origen del Universo que recurren a otro Universo, a Dios o a alguna otra super-entidad previa no hacen más que echar balones fuera y alargar el proceso de la comprensión de los orígenes ya que de esa forma habría que explicar el origen de algo menos observable que el propio Big Bang. Esta forma de proceder me recuerda a las teoría de la panspermia que para explicar el origen de la vida propugna que la vida llegó a la Tierra desde el espacio.

Juan

Prueba comunicación

Popper

Como escribir un artículo en el blog Amicorum Concilium

Primero: Ir a la página principal del blog.
En teoría es independiente del Navegador de Internet usado pero yo he comprobado que funciona mejor con Google Chrome que con el Internet Explorer de Windows.
Este es el enlace: http://amicorumconciliumciencia.blogspot.com.es/
Para facilitar los siguientes accesos lo mas conveniente es agregar esta dirección a Favoritos.

Segundo: Identificarse con el usuario gmail autorizado.
Se han autorizado usuarios gmail para cada miembro del blog. Si no hay ningún error deben ser los mismos usuarios con que nos comunicamos con el grupo de correo gmail.
La identificación se puede hacer en Google Chrome antes de llegar a la página del blog. Pero si esto no se hace o si se usa cualquier otro navegador hay que pulsar en la esquina superior derecha en "Acceder".

Cuando se pulsa Acceder aparece una pantalla en la que se define la dirección de correo electrónico gmail previamente autorizada para este blog y su correspondiente palabra clave.

Cuando la identificación es correcta se vuelve a la página inicial del blog, pero ya aparece en la cabecera la dirección de correo gmail con que se ha identificado el usuario.


Tercero: Pulsar sobre "Nueva Entrada".

Entonces aparecerá una ventana donde se puede definir el artículo.

Cuarto: Teclear el título y texto del artículo.
El orden es indiferente. El texto se puede teclear directamente en la ventana "Nueva Entrada" del blog o si se prefiere se puede teclear en otro editor y pasarlo a esta ventana con el procedimiento de "Copiar" y "Pegar".

Quinto: Definir etiquetas y publicar.
Es muy conveniente asignar una o más etiquetas a cada artículo. Las etiquetas son textos libres que define el autor del artículo. Sin embargo en el blog Amicorum Concilium hemos estandarizado una colección de etiquetas que facilitan su elección y además sirven para unificar la clasificación de los artículos y facilitar la posterior búsqueda de artículos por temas.
La acción final es pulsar sobre el botón "Publicar".

Sexto: Modificación posterior o ir a ver el blog con el nuevo artículo
Aparecerá una ventana con la lista de los últimos artículos publicados. El primero de esa lista es el artículo que queremos publicar. Si pensamos que todo está correcto solo queda pulsar sobre "Ver blog".

Si queremos cambiar algo hay que marcar el casillero a la izquierda del título y seleccionar la acción que queremos hacer: añadir etiquetas, cambiar a borrador para modificar el título o el texto o incluso podemos borrar el artículo que acabamos de definir.

Si lo que queremos es modificar el título o el texto, una vez marcada la casilla a la izquierda del título hay que situar el ratón encima del título y seleccionar la palabra "Editar" que aparecerá debajo del mismo.

Mundo, Universo, Multiverso

En los últimos 30 años han aparecido varias sorprendentes teorías que propugnan que lo que creíamos que era todo lo existente y llamamos "Universo" podría ser en realidad sólo una parte de una entidad mucho mayor a la que han bautizado como "Multiverso". No pretendo aquí entrar a discutir estas teorías ni siquiera si son o no científicas. La opinión de la mayoría de los científicos es que no lo son. Lo que pretendo es poner de manifiesto que el problema de nomenclatura que crea esta ampliación no es nuevo en absoluto.

A lo largo de la historia al ir ampliando sus conocimientos el hombre ha tenido que modificar varias veces su concepto de cuál era el entorno global de todo lo que conocía. Llamémosle de forma genérica concepto-todo a ese concepto global y palabra-todo a la palabra de nuestro idioma que se ha utilizado para referirse a ese concepto. Veamos como se han gestionado lingüísticamente las ampliaciones conceptuales en estos cuatro casos:

1.- Hasta el siglo XV el concepto-todo se refería a los continentes conocidos Europa, Asia y África. Por aquella época la palabra-todo que se utilizaba para referirse a ese concepto era "Mundo". Cuando se descubrió America se amplió automáticamente el concepto-todo con la inclusión del nuevo continente pero se conservó la misma palabra-todo que siguió siendo "Mundo". Como esta palabra había cambiado (ampliado) su significado y para evitar ambigüedades se creo la denominación "Viejo Mundo" para referirse al concepto-todo-anterior.

2.- Más tarde, cuando los telescopios permitieron entender que las luminarias que se veían en el cielo nocturno no estaban asociadas a nuestro mundo sino que estaban muy lejos y podían contener otros mundos como el nuestro hubo que ampliar el concepto-todo englobando a la Tierra y a todos los astros que se veían en el cielo. Ahora en cambio no se conservó la palabra-todo anterior sino que se adoptó una palabra nueva, la palabra "Universo".

3.- En el primer tercio del siglo XX con el descubrimiento de las galaxias lejanas hubo que ampliar de nuevo nuestro concepto-todo para englobar todas esas agrupaciones de estrellas. Ahora en cambio no se introdujo una nueva palabra-todo sino que se siguió usando "Universo" para referirse al concepto-todo ampliado y se empezó a utilizar las palabras "Galaxia Vía Láctea" para referirse al concepto-todo-anterior.

4.- La última ampliación del concepto-todo se produjo a finales del siglo XX cuando aparecen las nuevas teorías que propugnan que además de nuestro universo existen otros universos independientes. Los promotores de estas teorías optaron por crear una nueva palabra-todo y se inventaron la palabra "Multiverso". Con la introducción de esta palabra se ha continuado utilizando la palabra "Universo" para referirse al concepto-todo-anterior.

En resumen, lo que pretendo poner de manifiesto aquí es que en las sucesivas ampliaciones del concepto-todo, unas veces se ha conservado la misma palabra-todo ampliando obviamente su significado, como fue en los casos 1 ("Mundo") y 3 ("Universo") mientras que otras veces se ha empezado a utilizar una palabra-todo nueva como han sido en los casos 2 ("Universo") y 4 ("Multiverso").


La adopción de una u otra alternativa no creo que se deba a razones muy profundas sino más bien a la oportunidad del empleo de los diversos términos por autores de prestigio involucrados en los avances de cada momento como suele ocurrir cada vez que la aparición de nuevos conceptos de todo tipo requiere la introducción de nuevos términos en los idiomas.

El Principio Cosmológico

La radiación cósmica de fondo descubierta en 1965 y estudiada exhaustivamente desde entonces mediante satélites (COBE, WMAP, Planck) y desde telescopios terrestres (Atacama, Polo Sur) constituye una sólida prueba en el que se apoya el principio cosmológico que establece que la Tierra no tiene una posición especial en el Universo. Este principio (que también se conoce como Principio de Copérnico) es un axioma base del Modelo Cosmológico Estándar y afirma concretamente que cuando se observa a gran escala el Universo es isótropo y homogéneo.

Estas dos propiedades no son equivalentes. Isótropo significa que no hay direcciones privilegiadas, es decir que no hay diferencia en la estructura del Universo sea cuál sea la dirección en que se mire. Homogéneo significa que cuando se mira a grandes escalas la densidad media de materia es igual en todos los lugares del Universo. Evidentemente esto no se cumple en escalas pequeñas, porque dependiendo dónde se mire podemos encontrar o no encontrar planetas, estrellas o galaxias. Ni siquiera se cumple en regiones de unos pocos millones de años-luz dónde podemos encontrar o no cúmulos de galaxias. 

La homogeneidad se refiere a cuando observamos regiones mayores de 250 millones de años-luz. A esas escalas la materia se agrupa en galaxias distribuidas en una red de filamentos entrelazados. Los nudos donde se insertan los filamentos están constituidas por gigantescos supercúmulos de galaxias. En los intersticios de la red quedan enormes espacios prácticamente vacíos.


Que el Universo sea homogéneo implica que todas las partes del Universo han debido tener en algún momento de su historia una relación causal, es decir, el Universo ha debido comportarse en algún momento como un todo, idea que claramente apunta hacia el Big Bang. Por otra parte, que el Universo sea isótropo implica que no tiene centro pues ese sería un lugar especial. Esto significa que el Big Bang no es algo que haya ocurrido en un lugar concreto sino que fue una expansión que afectó a todo el conjunto por igual.

Un corolario de este principio es que las leyes físicas son universales, es decir, las mismas leyes que se aplican en la Tierra también se aplican en distantes estrellas, galaxias y en todas las partes del Universo. Esto también implica que las constantes físicas como la constante de la gravitación, la masa del electrón o la velocidad de la luz tienen los mismos valores en todos los lugares y a lo largo del tiempo.

Es importante considerar que aunque el Principio Cosmológico ha sido intuido a partir de lo que conocemos del universo observable el principio se enuncia como válido para la totalidad del Universo, es decir que incluye la región de la que todavía no nos ha llegado su luz e incluso la región que por expandirse a mas velocidad que la luz su información no nos llegará nunca. Pero evidentemente donde no se aplicaría sería en los demás universos diferentes al nuestro que propugnan las diferentes teorías que defienden el multiverso.

No todos los científicos aceptan el Principio Cosmológico, uno de ellos es Karl Popper quien afirma que el principio es un truco para convertir nuestro desconocimiento en una forma de conocimiento. Además, observaciones astronómicas de los últimos años han descubierto objetos gigantescos que indican que la escala a la que podemos considerar que existe homogeneidad debe ser bastante mayor de lo que se pensaba. 

Como contrapartida, el proyecto SDSS (Sloan Digital Sky Survey) actualmente en curso que ha creado los mapas del cielo en 3D mas precisos disponibles y que hasta la fecha ha analizado 3 millones de espectros de objetos celestes existentes en un tercio del cielo está dando unos resultados compatibles con el Principio Cosmológico.

Juan Rojas

La importancia del conocimiento en profundidad

Una avioneta sobrevuela la ciudad de Los Ángeles a una altura de 1.000 metros. Desde allí los pasajeros se maravillan del impresionante conjunto de edificios, autopistas, líneas de ferrocarril, etc. que están viendo. En la avioneta viaja un niño de 5 años que nunca ha salido de esa ciudad y que a la vista de todo aquello concibe la idea de que está viendo "El Universo", "El Todo". No conoce esas palabras pero en su mente se crea ese concepto.

El vuelo continúa en dirección nordeste y al cabo de una hora la avioneta está sobrevolando el
desierto de Mojave. Una extensión inmensa dónde no hay nada más que tierra. El niño que no ha visto nunca nada semejante adquiere el concepto de que aquello es "La Nada". De la misma forma, no conoce esa palabra pero su mente concibe ese concepto.

La avioneta aterriza en mitad del desierto y un grupo de adultos inicia una exploración de la zona. Se dan cuenta que el terreno que veían totalmente uniforme desde la avioneta esta salpicado de grietas estrechas pero profundas y rocas dispersas de diversos tamaños.

De pronto observan en la lejanía algo muy extraño. Una roca enorme está sujeta en la punta de un mástil da apariencia metálica a unos 20 metros del suelo. Mientras se acercan para ver el prodigio con más detalle anticipan dos hipótesis. La primera es que alguien muy poderoso ha levantado ese gran peso para colocarlo en la cima del mástil y la segunda hipótesis es que ese alguien ha tenido que gastar bastante energía para subirlo allí.

Cuando llegan al lugar se encuentran una gran sorpresa. El mástil está apoyado por un eje trasversal en los bordes de la grieta de forma que le permite el balanceo y se prolonga otros 20 metros hacia abajo. La punta inferior del mástil sostiene una roca exactamente igual a la que hay en la cima de modo que el conjunto es estable y está en un equilibrio perfecto.
Inmediatamente, el grupo descarta las hipótesis de que ha sido necesario que alguien muy poderoso haya levantado la roca hasta la cima del mástil y que ese alguien haya tenido que gastar bastante energía para subirla allí porque la energía que da la piedra que ha bajado ha hecho elevarse a la otra.

Con la historia del niño se pretende poner en evidencia que los nuevos conceptos que concebimos tanto a nivel individual como colectivo dependen mucho de nuestra información, es decir de la amplitud y profundidad del conocimiento que tenemos del mundo, en definitiva del conjunto de conceptos que previamente pueblan nuestras mentes.

Con la historia de las piedras sobre el mástil se pretende establecer una analogía física con las energías de creación (E=mc2) y gravitatoria de toda la materia del universo que según Stephen Hawking son iguales y de distinto signo y explican que la energía total del universo sea nula. Debemos darnos cuenta por tanto que las hipótesis que formulamos para entender el mundo que nos rodea dependen del grado de detalle con que somos capaces de observar y entender ese mundo.
Ver el artículo de Amicorum Concilium titulado "El Big Bang y el Principio de Conservación de la Energía", para ello basta pulsar sobre el título.

Juan Rojas

El Big Bang y el Principio de Conservación de la Energía

En el universo observable hay algo así como 10⁸⁵ partículas (10 elevado a 85 es un número que se escribe con un 1 seguido de 85 ceros). Esas partículas son portadoras de materia y energía. De acuerdo con la ecuación de Einstein E=mc² la materia es energía por lo que podemos razonar exclusivamente en términos de energía y hacernos estas preguntas:

• ¿Se violó en el Big Bang el principio de conservación de la energía?


• ¿De dónde procede toda esta energía?

En el capítulo 8 de su libro "El gran diseño", Stephen Hawking responde a la primera pregunta diciendo: "No. No se violó el principio de conservación de la energía porque la energía total del universo es exactamente cero". Y a la segunda pregunta, afirmando: "La energía del universo procede del campo gravitatorio universal".

En el artículo de este blog "Cómo el universo se creó de la nada según Stephen Hawking" se explicó con detalle como se puede llegar a estas conclusiones. Con la idea de que a veces los árboles impiden ver el bosque, en este artículo se expone el razonamiento de forma muy resumida.

Consideremos al universo en su conjunto como un sistema cerrado formado por materia y energía. La materia está atrayéndose a sí misma por la gravedad y por esta razón además de su energía de constitución (E=mc²) contiene la energía que le confiere el campo gravitatorio.

Analicemos sucintamente el balance de las energías que entrarían en juego para construir un universo tal como lo vemos hoy día. Es  evidente que la energía que habría que aportar en el proceso de construcción del universo tendría el signo opuesto a la energía que el universo en su evolución nos podría devolver.

Stephen Hawking afirma que puede demostrar matemáticamente que al efectuar el balance, la energía necesaria para generar toda la materia del universo en posiciones infinitamente alejadas (donde la energía gravitatoria sería nula) se cancelaría exactamente con la energía que devolvería el campo gravitatorio universal al acercar toda la materia desde el infinito hasta la distribución de materia que observamos realmente en el universo actual que está uniformemente repartida por todo el espacio cuando lo analizamos a gran escala. Conviene darse cuenta aquí que dos trozos de materia próximos tienen menos energía gravitatoria que si esos dos mismos trozos de materia estuvieran lejos uno del otro, eso es debido a que para separarlos habría que gastar energía luchando contra la gravedad que está tirando para juntarlos.

En resumidas cuentas, Hawking afirma que la energía total del universo es cero y por lo tanto la hipótesis de que el universo surgió de la nada no va en contra del principio de conservación de la energía.

Juan Rojas

Más sobre la extraña coincidencia espacial del 15 de febrero

En el articulo "La extraña coincidencia del asteroide 2012 DA14 y el meteorito de Cheliábinsk" que publiqué el pasado 17 de febrero en este blog ( http://amicorumconciliumciencia.blogspot.com.es/2013/02/la-extrana-coincidencia-del-asteroide.html ) explicaba un sencillo cálculo por el que a partir de las estimaciones de los astrónomos se llegaba a la conclusión de que la coincidencia 2 días antes de un asteroide y un meteorito como aquellos sólo se produciría una vez cada 2,3 millones de años y formulaba la pregunta: "¿hemos sido tan afortunados de vivir un suceso tan sumamente raro o es que los astrónomos están equivocados?". A continuación añadía: "Los astrónomos pueden estar equivocados en las estimaciones de las rarezas de estos sucesos o bien en la afirmación de que ambos sucesos son independientes".

Ahora, nueve meses después de aquella coincidencia espacial, Josep Maria Trigo Rodríguez, científico del CSIC especialista en Meteoritos publica en El País un artículo titulado "El peligro de impacto con pequeños asteroides es mayor de lo que se pensaba"  ( http://sociedad.elpais.com/sociedad/2013/11/13/actualidad/1384357811_112647.html ) donde explica que los astrónomos han llegado a la misma conclusión.

Juan Rojas

Como de grande se puede ver Marte en el cielo

Desde hace varios años circula por la red una información en la que se dice que "en agosto" se va a ver Marte tan grande como La Luna.

Esta información es lo que técnicamente se conoce como un HOAX, una información llamativa que se crea exclusivamente para que se multiplique y se transmita por Internet.

Hay gente que disfruta con esto o lo que es peor, aprovecha para captar direcciones si algún descuidado no utiliza las direcciones ocultas (CCO) para reenviarla a sus conocidos.

Hay una página en Internet donde se preocupan de avisar a los internautas de los peligros de los HOAX. Este es el enlace: http://www.rompecadenas.com.ar/hoaxes.htm

Información falsa

La falsedad de la información sobre Marte es muy fácil de comprobar con una idea de tamaños y distancias de Marte y La Luna, una calculadora y sentido común.

Algo tan sencillo como entender que "El tamaño con el que vemos los astros en el cielo es directamente proporcional a su tamaño pero inversamente proporcional a su distancia a La Tierra."

De cualquier libro de Astronomía se pueden extraer los datos de tamaños y distancias de los Marte y La Luna, cuyos tamaños reales se comparan con el tamaño de La Tierra en la siguiente figura:

· Marte tiene un diámetro de 6772 Km. y la distancia es variable dependiendo del momento (si está en el mismo lado del Sol que nosotros o está en el lado contrario). Lo mas que se acerca Marte a La Tierra es 55.750.000 Km.

· La Luna tiene un diámetro de 3474 Km. y está a una distancia de La Tierra casi fija de 385.000 Km.



En resumen:

· Marte es aproximadamente el doble de grande que La Luna (exactamente 1.95 veces)

· Lo mas que se acerca Marte a La Tierra es a una distancia equivalente a 144 veces la distancia Tierra-Luna.

 

Ahora un simple razonamiento consistente en aplicar dos veces la famosa regla de tres:

Por ser 2 veces mayor lo deberíamos ver el doble de grande, pero por estar 144 veces mas lejos lo deberíamos ver 144 veces más pequeño.

 

 

Conclusión: lo mas grande que podremos ver a Marte es (144/2=) 72 veces mas pequeño que la Luna.

 

 

 

Posible origen de la información

En 2003, la Agrupación Astronómica Cántabra (AAC) publicó la siguiente noticia:

"El 27 de agosto de 2003, Marte se aproximará a sólo 56 millones de km de la Tierra, frente a los 70 u 80 millones de km de ocasiones anteriores.

Quien lo observe por un telescopio a unos 75 aumentos, verá Marte como un disco iluminado, similar a lo que a simple vista es la Luna llena.

A simple vista se apreciará que Marte es solamente un punto rojizo, similar a una estrella, aunque con un brillo bastante destacado.

Aunque el mayor acercamiento se produce el 27 de agosto, durante las semanas anteriores y posteriores también se podrá ver Marte del mismo modo, según se vaya aproximando a nuestro planeta y alejándose después.

Marte se aproxima a la Tierra cada 2,2 años, debido al movimiento de ambos planetas en su órbita. Este fenómeno se llama oposición. Hasta el año 2287 no se producirá una oposición de Marte tan favorable.

Sin embargo, aunque las próximas veces no se acerque tanto, igualmente será muy destacado como un punto brillante a simple vista, y siempre interesante para observar con el telescopio."

  

La información que se está divulgando por correo electrónico, que al principio era un simple texto, pudo tener su origen en una mala interpretación de esta noticia de la AAC, posiblemente por alguien que hizo una lectura rápida y no se percató que se comparaba la visión a través de un telescopio de Marte con la visión a simple vista de La Luna. 

Sin embargo el relanzamiento periódico de esta información y sobre todo el cambio a formato de presentación de Power Point indica que alguna persona o grupo tiene un interés especial en su difusión tal vez como broma o tal vez como forma de conseguir listas de direcciones de correos.

 

Juan Rojas

 

   

Sobre Leonardo Euler

Ayer, 15 de abril, Google cambió su logotipo habitual por este otro:

para homenajear al gran matemático suizo Leonardo Euler, que nació tal día como hoy hace 306 años. Aparecen varias imágenes y comento algunas.
El primer tirón de orejas para los chicos de Google es la fórmula:

que siendo correcta, deberían haberla escrito en su forma equivalente:

ya que en ésta aparecen los cinco números más importantes de la matemática:

y con la primera no.

El segundo tirón es por no haber mencionado uno de sus resultados más espectaculares, el problema de Basilea, que consiste en hallar la suma de los inversos de los cuadrados de los números naturales, es decir:

Euler demostró que:

Varios matemáticos intentaron sumar la serie: Mengoli, Leibniz, Jacob Bernoulli, etc. y ninguno fue capaz de hacerlo. El último demostró la convergencia, y en su libro Tractatus incluyó una petición de ayuda:

Grande sea nuestra gratitud si alguien encuentra y nos comunica lo que hasta ahora ha escapado a nuestros esfuerzos.

La demostración de Euler es de una audacia y belleza sin igual. Cualquiera que la estudia se queda sorprendido al instante.
Esta serie es de convergencia muy lenta, y para conseguir sólo dos cifras decimales exactas es necesario sumar mil términos. Al ser el método de la fuerza bruta impracticable y para comprobar el resultado, Euler se las tuvo que ingeniar para acelerar la convergencia, mostrando que:

El segundo miembro contiene un término constante y una serie de convergencia muy rápida debido al factor exponencial 2^(n-1) que aparece en el denominador.
La serie es sencilla de sumar utilizando el desarrollo de Fourier de descomposición de una función en suma de senos y cosenos, pero hay que recordar que Fourier expuso este resultado en su obra Teoría analítica del calor en 1822, casi 40 años después de la muerte de Euler. También es fácil de conseguir con la integración compleja, pero su creador, Cauchy, nación en 1789, seis años después de la muerte de Euler.
Intente situarse en el lugar de Euler, y calcule la suma sin utilizar las herramientas mencionadas, y se encontrará con dificultades inmediatamente.
El maestro de Euler, Johan Bernoulli (hermano de Jacob y padre de Daniel) cuando conoció la demostración, exclamó:

¡Si viviera mi hermano!

Hay que recordar que Jacob murió en 1705, dos años antes de nacer Euler.

Por último, uno de los dibujos del doodle, hace referencia al problema de los puentes de Königsberg. Por esta ciudad pasa el río Pregel, y en cierto lugar del cauce hay una isla (Kneiphol), a la cual se accede mediante cinco puentes (ver figuras):

Los habitantes, en sus paseos, intentaban encontrar un camino de forma tal que ningún puente se recorriera más de una vez.
La resolución de este problema por Euler, dio origen a la teoría de grafos, y en parte, a la topología, pues por la naturaleza del problema, no interesan las distancias, sino las conexiones entre los objetos. Euler construye el siguiente esquema (que hoy llamamos grafo):

Cada nodo representa la tierra y las aristas, los puentes. La valencia de un nodo es el número de aristas que salen de él. Así, en el grafo anterior las valencias son: 3,5,3,3. Demuestra que para que en un grafo se pueda comenzar en un vértice, visitar todas las aristas solamente una vez y acabar el recorrido en el mismo vértice que se empezó es necesario y suficiente que todos los nodos del grafo tengan valencia par. En conclusión, el problema de los puentes de Königsberg es imposible. Hay una segunda variante que no obliga a finalizar en el mismo sitio del que partimos, sino en otro diferente, en concreto: ¿es posible partir de un nodo, recorrer todas las aristas una sola vez, y acabar en un nodo diferente?. Demostró que eso es posible si en el grafo había dos vértices de valencia impar, y todos los demás pares. Como tampoco se cumple esta condición para los puentes, el problema no tiene solución.
Hay muchos acertijos relacionados con éste problema, por ejemplo, el clásico de una casa con n habitaciones que tienen la luz encendida, y al irnos a dormir, hay que apagarlas. Se trata, como es evidente, de conseguirlo sin pasar dos veces por la misma habitación. En éste caso, los nodos son las habitaciones y las aristas son los pasillos que las comunican.

Pedro González

La extraña coincidencia del asteroide 2012 DA14 y el meteorito de Cheliábinsk

Los astrónomos de la oficina de la NASA que estudian los objetos celestes próximos a La Tierra (ubicada en el Laboratorio JPL de Pasadena, California), han emitido recientemente varios comunicados:

• En el primero de ellos dicen que el paso cerca de La Tierra de un asteroide tan grande como el 2012 DA14 y tan cerca como lo ha hecho el pasado día 15 es un hecho que solo ocurre una vez cada 40 años.
• En el segundo, dicen que el impacto de un meteorito de las dimensiones del que ha caído cerca de la ciudad rusa de Cheliábinsk sólo ocurre una vez cada 100 años.
• En un tercer comunicado, Paul Chodas, de la citada oficina de la NASA afirma que ambos sucesos no tienen relación entre si.

Que dos sucesos tan raros coincidan en un periodo de 15 horas sin estar relacionados entre si resulta extremadamente sorprendente. La extraordinaria rareza de la coincidencia en un periodo de tiempo tan corto se puede cuantificar fácilmente a partir de la rareza de cada uno de los sucesos por separado. El razonamiento es el siguiente:

• Un año tiene 584 periodos de 15 horas.
• Un asteroide como el 2012-DA14 pasa cerca de la Tierra una vez cada 40 años, es decir cada 23.376 de esos periodos de 15 horas.
• Un meteorito como el de Cheliábinsk cae una vez cada 100 años, o lo que es lo mismo cada 58.440 periodos de 15 horas.
• Que ambos sucesos coincidan al azar en el mismo periodo de 15 horas solo ocurrirá una vez cada 23.376 x 58.440 periodos de 15 horas, es decir una vez cada 1.366 millones de periodos de 15 horas o lo que es lo mismo una vez cada 2,3 millones de años.

La pregunta es ¿ hemos sido tan afortunados de vivir un suceso tan sumamente raro o es que los astrónomos están equivocados ?

Los astrónomos pueden estar equivocados en las estimaciones de las rarezas de estos sucesos o bien en la afirmación de que ambos sucesos son independientes.

Yo personalmente me inclino por esto último. Creo que harían falta bastantes simulaciones para aceptar o descartar que dos asteroides relacionados entre si (tal vez fragmentos de otro mayor) pueden interaccionar con La Tierra y terminar en órbitas situadas en planos diferentes pero conservando periodos de rotación parecidos.

Una consideración adicional es la distancia de cruce de las órbitas de asteroide y meteorito. Debido a que La Tierra se desplaza por su órbita a la velocidad (media) de 30 Km por segundo, en las 15 horas que transcurrieron entre los encuentros de ambos cuerpos con La Tierra, nuestro planeta se había desplazado 1,6 millones de Km. Valor obtenido como el producto de 15 horas, por 3.600 segundos cada hora, por 30 Km cada segundo. Este desplazamiento, que se corresponde con la distancia a la que se cruzaron las órbitas de asteroide y meteorito no es excesivamente grande para las escalas astronómicas pero, sin ser un argumento definitivo, parece que juega a favor de la interpretación de que se trató de cuerpos no relacionados.

Juan Rojas

La sorprendente acción a distancia de la gravedad

Este artículo tiene cierta relación con otro recientemente publicado en este blog titulado "El incomprensible comportamiento de los átomos y sus partículas" en el sentido de que incita a reflexionar sobre cómo nuestra experiencia condiciona nuestro entendimiento sobre diferentes aspectos del mundo en que vivimos.

En el citado artículo se transmitía el mensaje de que la dificultad para entender el comportamiento del mundo microscópico se debía a que las personas normales no tenemos experiencias directas de ese mundo sino sólo lo que nos cuentan los especialistas a la vista de los resultados de sus complicados experimentos.

En este artículo vamos a ver otro caso en el que nuestra experiencia condiciona nuestro entendimiento pero ahora en el sentido opuesto, porque damos por entendido algo tan difícil de comprender como es la acción a distancia de la gravedad.

Pocos fenómenos están mas presentes que la gravedad en nuestras vidas. Desde que aprendemos a echar los primeros pasos establecemos una lucha permanente con la gravedad para mantenernos erguidos, lo que ocurre es que nuestro cerebro nos hace guardar el equilibrio de forma tan automática que sólo nos sorprendemos si alguien tropieza y cae. 

Estamos tan acostumbrados a que los objetos que no están sujetos caigan hacia abajo que aceptamos ese hecho como la cosa mas natural del mundo y no reflexionamos sobre cómo la fuerza de la gravedad puede actuar a distancia para tirar del objeto hacia abajo. Tuvo que llegar un genio de la talla de Isaac Newton para preguntarse seriamente por qué ocurría esto.

Newton, una de las mayores inteligencias de la historia, se dio cuenta de que una cosa es describir la ecuaciones de la gravitación y otra comprender la auténtica naturaleza de la gravedad. En una carta dirigida al obispo y erudito Richard Bentley  escribió: «...que un cuerpo pueda actuar sobre otro a distancia, a través del vacío y sin ninguna otra mediación, y que su acción y fuerza puedan pasar de uno al otro, es para mí un absurdo tan grande que creo que nunca estará de acuerdo con ello ningún hombre que sea intelectualmente competente en materia filosófica.»

Aún sin comprender como una fuerza se podía transmitir a distancia, en 1687 Newton enunció verbal y matemáticamente las leyes de la gravitación universal por las que se rigen tanto los movimientos de los objetos en la gravedad terrestre como los movimientos de los astros y con ello reunió en una sola teoría la descripción de la mecánica terrestre y la celeste.

Una explicación

Hubo que esperar hasta 1916 para que otro genio de talla comparable, Albert Einstein, publicara su Teoría General de la Relatividad y diera una respuesta al problema que preocupaba a Newton. La explicación de Einstein de como la fuerza de la gravedad se transmite a distancia no puede ser mas sorprendente: la fuerza de la gravedad no existe, los efectos que achacamos a la fuerza de la gravedad no son mas que las consecuencias de una deformación del espacio. 
Después de concebir esta idea, Einstein, con ayuda de relevantes matemáticos de la época, dedicó varios años de intenso esfuerzo a plasmarla en las nuevas ecuaciones de la gravitación universal.  Las ecuaciones son complicadas pero en plan de divulgación se pueden expresar coloquialmente en estas dos sencillas frases:

• La masa le dice al espacio como debe curvarse.
• El espacio le dice a la masa como debe moverse.

¿Cómo se deforma el espacio?

Imaginemos una tejido elástico tensado en un plano horizontal como si fuera un mundo de 2 dimensiones. Si le colocamos  encima una esfera pesada, el tejido se deforma y adquiere una forma cóncava. Un ser bidimensional no se daría cuenta de la deformación. Nosotros si al 

observarlo desde nuestro mundo de 3 dimensiones. Lo que dice la Teoría de la Relatividad es que, de forma análoga al tejido elástico del ejemplo anterior, el espacio tridimensional en que vivimos se curva sobre un espacio de 4 dimensiones. Nosotros no podemos percibir esa deformación y difícilmente imaginar que es un mundo de 4 dimensiones. En la figura se trata de representar esa deformación dibujando como quedaría una estructura cúbica regular al colocar la masa.


¿Cómo es el movimiento sobre un espacio deformado?

Cuando no actúan fuerzas sobre un cuerpo en movimiento, este sigue la trayectoria que requiere la mínima distancia a recorrer que es la que se conoce cómo línea geodésica.

En el ejemplo anterior, si antes de colocarle la esfera pesada tiramos sobre el tejido tensado una bolita ligera podremos observar que ésta se mueve en línea recta. Fig (a). 

Sin embargo si tiramos la bolita después de haber colocado la esfera pesada observaremos que la bolita sigue una trayectoria curva debido a la deformación del tejido implica que la línea geodésica tiene ahora esa forma. Fig (b).

La Relatividad explica que La Tierra, planetas y demás astros del sistema solar sigan unas trayectorias elípticas porque son las líneas geodésicas que les corresponden dentro de ese cuenco que es el espacio del sistema solar curvado por el Sol, sin que ninguna fuerza obligue a los astros a seguir sus curvadas trayectorias.

¿Una locura?
No, porque si se acepta que el espacio se deforma por el sólo hecho de contener masas (galaxias, estrellas, planetas, etc) la explicación de los efectos gravitatorios es completamente racional y las nuevas leyes de la gravitación explican todos los fenómenos gravitatorios conocidos y son "casi" idénticas a las que enunció Newton en el siglo XVII.

He puesto "casi" porque en las nuevas leyes aparecen unas pequeñas modificaciones sobre las de Newton que hay que tener en cuenta en casos muy especiales. 
Esas modificaciones permiten, por ejemplo, que las leyes relativistas expliquen con precisión el desplazamiento del perihelio del planeta Mercurio cosa que no se puede explicar con las leyes de Newton.




Cuando se dice que la fuerza de la gravedad no existe no se niega el resultado, se niega el origen. Lo que sentimos como fuerza de la gravedad es una fuerza virtual, algo parecido a la fuerza centrífuga que experimentamos vívidamente cuando estamos dentro de un vehículo que recorre velozmente una trayectoria curvada.

Ondas gravitacionales

Una de las consecuencias que tiene la idea de Einstein es que el espacio se comporta como un tejido elástico en el que la deformación en una zona se transmite a las zonas colindantes. A consecuencia de esto, cuando se producen perturbaciones bruscas en la deformación del espacio debidas a cataclismos cósmicos, la deformación se propaga a la velocidad de la luz por el espacio formando ondas gravitacionales. Estas ondas no se han podido observar aún pero ya se han construido detectores especialmente diseñados para este fin, ya que este aspecto es la última predicción que falta por comprobar de la Teoría de la Relatividad.

Juan Rojas

El incomprensible comportamiento de los átomos y sus partículas

   En 1871 James C. Maxwell, creador de la teoría electromagnética, expresando el sentir de la época dijo en una clase magistral en la Universidad de Cambridge: "En unos pocos años habremos determinado con una buena aproximación las grandes constantes de la Física. A partir de ahora la única ocupación de los científicos será extender la precisión de las medidas a un nuevo decimal." 

Este sentimiento optimista se basaba en que la mayoría de los fenómenos podían explicarse mediante lo que hoy llamamos la Física Clásica (es decir, la mecánica de Newton, la teoría electromagnética de Maxwell, la termodinámica y la mecánica estadística de Boltzmann). Parecía que sólo quedaban por resolver unos pocos problemas no demasiado importantes. Uno de ellos era la determinación de las propiedades del éter sobre el que se propagaban las ondas electromagnéticas en el espacio. Otro era cómo explicar la radiación del cuerpo negro (el cuerpo que no refleja nada de luz).

Sin embargo, lo que en ese momento parecían pequeños problemas resultaron ser la semilla de las dos ramas de la Física que en el siglo XX le dieron la vuelta a esta ciencia hasta tal punto que se necesitó un replanteamiento radical de los conceptos científicos y filosóficos que existían hasta entonces.

Por un lado, los resultados de los experimentos para determinar cómo se propagaban las ondas electromagnéticas dieron pié a Albert Einstein para formular la Teoría de la Relatividad. 

 Por otro lado, la imposibilidad de explicar por las leyes clásicas como radiaban la energía los cuerpos negros sugirió a Max Planck (en un acto de desesperación y aún sin verle sentido) la idea de que la energía no se intercambia de forma continua sino de forma discreta como múltiplo de una unidad de energía mínima (a la que le llamó cuanto). Sorprendido, comprobó que con esta hipótesis se explicaban con absoluta precisión los resultados experimentales. La idea del cuanto fue el germen de la Mecánica Cuántica y le valió a Planck el Premio Nobel de Física de 1918.

La Mecánica Cuántica se ocupa del fascinante y paradójico mundo del comportamiento de la materia y la radiación en las escalas atómica y subatómica. Trata de describir y explicar las propiedades de las moléculas, los átomos y sus constituyentes: protones, neutrones, electrones, quarks, gluones, etc. 
Esas propiedades incluyen las interacciones de las partículas entre sí y con la radiación electromagnética.

Matemáticamente la Mecánica Cuántica es relativamente fácil de entender (para los matemáticos). Sus ecuaciones predicen los resultados de los experimentos con una precisión admirable pero lo que realmente significan esas ecuaciones es imposible de entender para los profanos y para la mayoría de los expertos. En realidad si nos paramos a pensar y lo analizamos lógicamente no hay ninguna razón para pensar que el comportamiento del mundo atómico y subatómico deba seguir las mismas pautas que el mundo macroscópico que observamos en nuestra experiencia diaria. La Física Clásica se creó sobre infinidad de experimentos del mundo macroscópico y eso era lo que explicaba maravillosamente bien pero no incluía el mundo microscópico que ni siquiera se conocía.

Para anticiparnos a la típica reacción de incredulidad de quién se acerca por primera vez a los principios de esta disciplina vamos a empezar por ver algunas opiniones sobre la Mecánica Cuántica de algunos de los científicos (todos ellos premios Nobel de Física) que más se destacaron en el desarrollo de esta nueva rama de la Ciencia.

Niels Bohr (Nobel 1922): "Quién no se siente impactado por la Mecánica Cuántica es que no la conoce".

Richard Feynman (Nobel 1965): "Pienso que se puede afirmar tranquilamente que nadie entiende la Mecánica Cuántica... No te pongas a repetir, '¿pero cómo puede ser así?' porque te meterás en un callejón sin salida del que nadie ha escapado. Nadie sabe cómo puede ser así".

Erwin Schrödinger (Nobel 1933): "No me gusta (la Mecánica Cuántica) y me disgusta haber tenido que ver con ella".

Albert Einstein, a pesar de haber sido uno de los pilares iniciales de la Teoría Cuántica explicando el efecto fotoeléctrico (por lo que recibió el Nobel en 1921) fue muy crítico con la nueva teoría, decía que la teoría "caía en la fantasmal" y no aceptó su carácter probabilístico. Al final de su vida escribió : "Todos estos cincuenta años de cavilación consciente no me han acercado a la respuesta de la pregunta '¿Qué son los cuantos de luz?' Hoy en día cualquiera puede creer que lo sabe, pero está equivocado".

Paul Dirac (Nobel 1933): "Ni siquiera con palabras podemos explicarla bien".

Werner Heisenberg (Nobel 1932): "Todas las palabras o conceptos que usamos para describir objetos físicos ordinarios como posición, velocidad, color, tamaño, etc., se vuelven indefinidos y problemáticos si tratamos de usarlos aplicados a las partículas elementales".

Stephen Hawking opina que comprender el funcionamiento íntimo de la naturaleza no es lo más importante y que lo que realmente importa es contar con una teoría que nos permita hacer predicciones de lo que va a ocurrir.

El experimento de la doble ranura

Empecemos por describir un experimento del que Richard Feynman dice: “Es absolutamente imposible explicarlo de alguna manera clásica. Su contenido es el corazón de la Mecánica Cuántica. En realidad sólo contiene misterio ...”. Consiste en lanzar partículas, una a una, sobre una barrera que tiene dos rendijas y observar como después de atravesar las rendijas llegan a una pantalla situada detrás. El experimento, que es totalmente repetible, se ha realizado con electrones, protones, neutrones y hasta con moléculas de fullerenos, (compuestas por 60 átomos de carbono con formas de balones de fútbol) y siempre se han obtenido los mismos sorprendentes resultados. Pero en vez de describir textualmente los detalles del experimento vamos a utilizar el siguiente video, que va orientado a un público juvenil, y lo explica de forma muy esquemática y muy clara.

Entrelazamiento cuántico

En otro tipo de experimento se puede comprobar que en determinadas circunstancias dos o mas partículas quedan relacionadas entre si en un estado especial que se ha denominado "estado entrelazado". El entrelazamiento entre partículas constituye un fenómeno cuántico fundamental que no se ajusta a la realidad a la que estamos acostumbrados. Cuando se observan partículas entrelazadas se comprueba que sus propiedades están correlacionadas aunque las partículas estén físicamente separadas. Recientemente un equipo internacional liderado por Anton Zeilinger de la Universidad de Viena ha publicado en Nature un estudio en el que ha comprobado el entrelazamiento cuántico de dos fotones distantes 143 Km, uno en la isla de La Palma y otro la de Tenerife.

Un cambio total

Estos y otros muchos experimentos realizados desde comienzos del siglo XX llevaron a los científicos a la conclusión de que el mundo de los átomos y de las partículas que lo componen no se rigen por los principios del mundo macroscópico sino por otros totalmente nuevos y extraños que poco a poco fueron descubriendo. Además del principio de cuantización de la energía de Planck, antes mencionado, se han descubierto estos otros principios:

Principio de dependencia del observador, por el que es imposible, por razones de principio, efectuar una medición sobre un sistema sin perturbarlo. Si observamos un experimento relacionado con la colisión de una determinada partícula, el resultado obtenido está afectado por el hecho de que lo estamos observando. De acuerdo con la mecánica cuántica, la objetividad no existe. Los detalles de la naturaleza de esta perturbación y la forma en que ella ocurre son todavía asuntos controvertidos.

Principio de dualidad onda-partícula, por el que las partículas se comportan a veces como onda y a veces como partículas, existiendo una relación precisa entre la masa de cuando se comporta como partícula y la frecuencia de vibración de cuando se comporta como onda. (A través de E=mc2 y de E= hv).

Ecuación de onda de Schrödinger. Si desconcertante es el hecho de que la materia se comporte como una onda, más desconcertante aún resulta la explicación de que esa naturaleza ondulatoria de la materia esté asociado a un comportamiento probabilístico. En 1924 Erwin Schrödinger comprobó que si un experimento con una partícula se repetía de forma totalmente idéntica, la partícula se encontraba cada vez en una posición diferente. A raíz de esto desarrolló su famosa ecuación que describe con total precisión las probabilidades de que la partícula se encuentre en cada una de las posiciones del espacio así como su evolución en el tiempo.

Principio de incertidumbre de Heisenberg. En 1927, Werner Heisenberg demostró que la precisión con que se pueden conocer la posición y la velocidad de una partícula son inversamente proporcionales. Es decir si se mide con precisión la posición se obtiene gran error en la velocidad y viceversa. De igual manera demostró hay otras magnitudes que le ocurre lo mismo y que esto es un hecho fundamental de la naturaleza que se da para todas las partículas independientemente de los instrumentos y de los métodos de medición empleados. A consecuencia de esto, en la interpretación actual, el principio de incertidumbre de Heisenberg se expresa diciendo que no es que no seamos capaces de hacer mediciones precisas por problemas de habilidad o de instrumentación sino que realmente las partículas no tienen unos valores concretos para esos pares de variables (posición-velocidad, energía-tiempo, etc). Es decir, no es un problema de conocimiento sino de que en la naturaleza se da realmente esa fluctuación de las propiedades. Además el hecho de que en ese límite aparezca también la constante de Planck demuestra que esa constante es la medida universal de la indeterminación introducida en las leyes naturales por el dualismo de las ondas y los corpúsculos.

Interpretación de Copenhague

Pero una cosa son los principios enumerados, en la que los expertos están de acuerdo y otra cosa es entender las ideas que subyacen en esos principios. Si, las cosas son tan raras que los expertos en estas materias han formulado a lo largo de los años diversas interpretaciones, cada una con sus ventajas y sus inconvenientes. En 1927 Bohr presentó lo que desde entonces se conoce como interpretación de Copenhague que ha sido tradicionalmente considerada por muchos como la forma oficial de interpretar la Mecánica Cuántica. De acuerdo con esa interpretación el resultado de un experimento cuántico es aleatorio y su probabilidad viene definida por la función de onda. En el acto de la observación esa probabilidad difusa se convierte en un resultado concreto que es lo que los expertos llaman "el colapso de la función de onda". Un problema de esta interpretación es que no ofrece ninguna explicación de cómo se produce este colapso. Y otro problema es que de esta interpretación se deduce que la realidad física no existe sino que se crea en el momento de observar.

¿Es la realidad así de complicada?

En su libro "El universo elegante" Brian Greene dice: "Los expertos en mecánica cuántica son expertos porque saben aplicar unos métodos de cálculo con los que pueden predecir resultados experimentales pero sin comprender del todo por qué funcionan estos métodos o qué significan realmente. Ante esta situación caben 2 explicaciones:

• Una. A nivel microscópico, el universo funciona realmente de una forma tan extraña, que la mente humana, que ha evolucionado para comprender los fenómenos de la vida cotidiana, es incapaz de comprender plenamente lo que en realidad pasa a nivel microscópico.
• Dos. Los científicos han construido una formulación de la Mecánica Cuántica tan extraordinariamente complicada, que aunque sus ecuaciones sirven para predecir cuantitativamente los resultados experimentales, no nos deja entender la verdadera naturaleza de la realidad. Realidad que si se abordara de otra forma si podría ser entendida.

Pero no sabemos cuál de las dos explicaciones es la más acertada. Tal vez las dos."

Conclusión

Es frecuente criticar la Mecánica Cuántica diciendo que no es determinista, ni causal, ni completa, ni realista, ni local, ni objetiva, etc., pero estas críticas hay que interpretarlas más como una insatisfacción con el comportamiento observado del mundo de los átomos y las partículas, que como objeciones a la propia teoría cuántica por reflejar dicho comportamiento. A pesar de ser contraria a nuestra intuición y prejuicios clásicos es la mejor descripción de esa parte de la Naturaleza que ninguna otra encontrada hasta ahora y es además la teoría mejor comprobada experimentalmente en la historia de la Ciencia. No da razones últimas de por qué la Naturaleza es como parece ser, o de si podría ser de otra forma, pero reproduce correctamente los comportamientos observados. Aunque algunas de sus características desafíen al sentido común, no contiene contradicciones internas, explica todos los resultados experimentales conocidos con una precisión de hasta 20 cifras significativas y ha permitido numerosas predicciones sobre nuevos fenómenos que hasta ahora siempre se han confirmado. Ello no la convierte en un dogma indiscutible, pero tampoco se puede considerar como una mera construcción social o un simple consenso entre quienes se dedican a ella. En cualquier caso no se debe ignorar que un siglo después de su descubrimiento, alrededor del 30% del producto interior bruto de los EEUU depende de inventos (semiconductores, láser, resonancia magnética, superconductividad, etc) basados en la Mecánica Cuántica.

Juan Rojas