Estimad@s amantes del LEAN:
Esta semana hemos visto desaparecer uno de los grandes iconos
de nuestra época, Stephen Hawking
Lo primero que tengo que decir es que, aparte de su
contribución a la ciencia, hay que admirarle como persona humana
Desde que tenía
veinte años, Hawking había vivido con esclerosis lateral amiotrófica (ELA), una
enfermedad que provoca la muerte de las neuronas motoras y hace que el cerebro
sea incapaz de controlar los músculos.
A Stephen le dieron pocos meses de vida. Cuando se lo
dijeron, él dijo que todo lo que tuviera por delante sería un regalo, y que lo
viviría como si fuera el último día de su vida
Desde un punto de vista científico, su nombre se halla
estrechamente relacionado a la física de los agujeros negros, los cuales
comenzó a estudiar cuando la comunidad aún los consideraba una mera curiosidad
matemática de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. A
principios de la década de 1970, Hawking comenzó a preguntarse por el
comportamiento de las leyes cuánticas en la proximidad de un horizonte de
sucesos, la superficie más allá de la cual nada, ni siquiera la luz, puede
escapar. El físico conmocionó al mundo cuando demostró que dicha superficie debía emitir radiación, la cual pasaría a
ser conocida poco después como «radiación de Hawking». Así pues, los agujeros
negros no eran realmente negros.
Dicha emisión, razonó, haría que el agujero negro se fuese
encogiendo poco a poco hasta desaparecer. Aún más impactante para los
investigadores fue descubrir que dicho proceso parecía abocado a borrar información del universo, en contradicción con
algunos de los principios básicos de la teoría cuántica, como el propio Hawking
señaló en 1976.
Quizá porque la mayor parte de su trabajo fue de naturaleza
teórica y difícil de comprobar experimentalmente, Hawking nunca recibió el
premio Nobel. En 2016, no faltaron quienes se preguntaron si aún estaría a
tiempo de obtener el galardón cuando Jeff Steinhauer, del Instituto Technion,
en Israel, anunció que había hallado pruebas experimentales convincentes del fenómeno
predicho por Hawking, aunque no en un verdadero agujero negro, sino en un
sistema formalmente análogo compuesto por átomos fríos. Con todo, algunos
expertos consideran que estos resultados no son aún concluyentes y muchos creen
que su relevancia para los verdaderos agujeros negros es incierta.
Un indicio más directo de algunos de los hallazgos de
Hawking podría provenir del estudio de agujeros negros astrofísicos por medio
de ondas gravitacionales, una carrera que hace poco inauguró el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO).
En el pasado, Hawking y otros investigadores habían derivado una relación hoy
considerada fundamental entre el área del horizonte de sucesos de un agujero
negro y su entropía, una medida del grado de desorden de un sistema.
En 2016, al ser entrevistado por la revista Nature sobre
la detección en LIGO de las ondas gravitacionales generadas por la fusión de
dos agujeros negros, Hawking dijo que esperaba que las futuras observaciones
fueran lo suficientemente sensibles como para confirmar una predicción suya de
1970: que el área del horizonte del agujero negro resultante debería ser mayor
que la suma de las áreas de los horizontes de los agujeros negros que
colisionaron; es decir, el mismo comportamiento que uno esperaría para la
entropía termodinámica de cualquier sistema físico. «Me gustaría que pusieran a
prueba mi teorema», señaló.
Davide Castelvecchi / Nature News
Toda la teoría de Hawking parte de la premisa de que el
vacío no solo no es vacío, sino que es una sopa donde bullen todo tipo de
partículas
En párrafos más abajo, encontraréis mi humilde contribución
a la divulgación de que este vacío no es tan vacío
Todo mi honor y gloria a la figura de este soberbio
científico y, sobre todo, a ese gran luchador que había detrás de esa
inolvidable imagen del hombre “aparentemente postrado” en esa silla
Mensajes amables de fin de semana: el vacío y la nada
Acabo de leer un libro precioso, de la colección “Un paseo
por el Cosmos”, que sale a los kioskos con un tema diferente, cada fin de
semana
El libro se titula: “El vacío y la nada” y lo escribe
Enrique Borja, físico y divulgador científico
El título puede ser sugerente y/o deprimente….. ¿el vacío?,
¿la nada?: lo mejor que nos guarda la física actual es que este vacío no
solamente está lleno de cosas sino que, como dice Alan Guth, creador de la
teoría de la inflación:
El mensaje entre líneas es que realmente todo el
Universo pudo haber salido……..!!! del vacío!!!!!, vía una fluctuación
cuántica
Vamos con un resumen del libro, según mis humildes
entendederas
La teoría y los experimentos de la física cuántica nos
enseñan que el espacio, al extraerle toda la materia, es aún muy diferente que
la nada ( o la concepción clásica del vacío )
El vacío cuántico, definido como el estado de mínima energía
de un sistema físico, está lleno de campos que fluctúan
Estas fluctuaciones de los campos se pueden entender como
una constante creación y aniquilación de partículas y antipartículas que
aparecen de la nada
Pero como las distancias y los tiempos en que ocurren estas
fluctuaciones son muy pequeños, los efectos de este mar de partículas del vacío
cuántico solo se puede observar llevando a cabo experimentos de gran precisión
o de alta energía
Afortunadamente, los científicos han ido llevando a cabo
tales experimentos, convenciéndose así cada vez más que el vacío, valga la
redundancia, no está vacío
En el Universo hay mucha más masa de la que se ve
Se ha descubierto que en el Universo hay mucha más masa de
la que se ve, materia que se supone está compuesta por partículas que no emiten
o interactúan con la radiación electromagnética, por lo que se la ha
denominado materia oscura
Se puede asegurar que está ahí porque sus efectos
gravitatorios son perceptibles. Las pruebas son múltiples
Sin materia oscura no se explica el movimiento de rotación
de las galaxias; las partes exteriores de las que se observan tienen una
velocidad de rotación alrededor de su centro que es mucho más alta que la que
le correspondería por la masa visible, así que eso indica que hay más masa en
una forma de materia que no se parecía
La expansión del Universo en el pasado fue más lenta
que actualmente
Se midió en el año 1998, a través de dos proyectos
científicos, el “Supernova Cosmology Project” y el “High-Z Supernova Search
Team”
Los jefes de los dos proyectos mencionados recibieron el
Nobel de Física en 2011 por el descubrimiento de la expansión acelerada del
universo
Pero, ¿qué estaba produciendo esa aceleración de la
expansión? . Parece que la respuesta solo puede venir de un sitio, del propio
vacío
Este vacío aporta energía al universo y por tanto contribuye
a la densidad de energía total, pero con un raro comportamiento gravitatorio:
la energía del vacío produce repulsión gravitatoria en lugar de atracción, de
manera que el universo se expande aceleradamente en contra de la gravedad
atractiva
Esta energía del vacío es la que se conoce como energía
oscura
El origen del universo y la inflación cosmológica
La teoría que hoy por hoy más respaldo observacional tiene
es la que se denomina inflación cosmológica
Parte de la idea de que el universo pasó por un estado de
vacío de un campo denominado inflatón
Este campo era el único que existía entonces ( los campos
usuales y sus partículas asociadas aparecerían más tarde ), y estaba
distribuido por todo el espacio
Al igual que el campo de Higgs, el inflatón tenía un perfil
de energía con un máximo local cuando su configuración era nula, es decir,
podía estar en un estado de falso vacío, un estado sin partículas asociadas al
campo pero sin ser el estado de mínima energía
Cuando se introduce la gravedad en esta situación se aprecia
que el inflatón, en su estado de falso vacío, generó una repulsión gravitatoria
y eso produjo una gran expansión del espacio, la inflación
Los físicos buscan al inflatón, el ‘primo’ del bosón
de Higgs que explicaría el origen del universo (Alan Guth, ‘padre’ de la
inflación cósmica, en el ICHEP2014 de Valencia)
Hace dos años, el mundo entero se emocionaba con las
palabras de un alemán de barba blanca ante cientos de físicos en Ginebra: “Creo que lo tenemos”. Rolf-Dieter Heuer, director del CERN,
anunciaba así el 4 de julio de 2012 el hallazgo del bosón de Higgs, o al menos,
de una partícula que podría encajar con su retrato robot.
Esta mañana, en Valencia, otro físico de pelo cano ha
removido en sus asientos a centenares de colegas de profesión que lo
escuchaban: “Creo que un mundo de infinitos universos, con infinitos ‘Big
Bangs’, es la mejor explicación que tenemos para la realidad que observamos”.
Con total aplomo, Alan Guth, el padre de la inflación cósmica, ha defendido el
modelo de los multiversos en la Conferencia Internacional de Física de Altas
Energías (ICHEP2014) que por primera vez se celebra en España en su 37ª
edición.
El físico de Nueva Jersey ha comenzado su conferencia
recordando al belga François Englert, codescubridor del mecanismo de Higgs, que
no ha podido asistir al congreso por culpa de una torcedura de tobillo que lo
mantiene postrado en la cama a sus 82 años.
El vacío y la nada (Físicos en el LHC y cosmólogos de
todo el mundo se enfrentan a estos conceptos)
Saquemos los muebles de la habitación, apaguemos las luces y
vayámonos. Sellemos el recinto, enfriemos las paredes al cero absoluto y
extraigamos hasta la última molécula de aire, de modo que dentro no quede nada.
¿Nada? No, estrictamente hablando lo que hemos preparado es un volumen lleno de
vacío. Y digo lleno con propiedad. Quizás el segundo más sorprendente
descubrimiento de la física es que el vacío, aparentemente, no es la nada, sino
una substancia. Aunque no como las otras...
Recientes observaciones cosmológicas indican que el universo
está en expansión acelerada. Las galaxias no se comportan como flechas, sino
como cohetes a los que algo empujara. La analogía no es buena, porque el
concepto es difícil. Las galaxias no se fugan, están ya estabilizadas por su
propia gravedad y tienen un tamaño fijo. Pero el espacio (o el vacío) entre
ellas, se estira. Es como si alguien tomase la Tierra por un globo y la
inflara: mañana estaría Barcelona aún más lejos de Huelva. Quién infla el
universo sería la densidad de energía del vacío. El vacío sería pues una
substancia activa, capaz de ejercer una repulsión gravitacional, incluso sobre
sí mismo. No fue un error, sino un golazo de Einstein
Álvaro de Rújula es físico teórico del
Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN)
Simulación de cómo el detector CMS del LHC vería una
colisión protón-protón que produce muchas partículas, incluyendo una de Higgs,
que se desintegra en dos electrones (un electrón y un
positrón, su antipartícula) y dosmuones (en el mismo
sentido). CERN-CMS
Para los que quieran ampliar información, sugiero alguno de
mis posts siguientes:
La teoría General de la Relatividad y la expansión del
Universo
Mensajes amables de fin de semana: la Teoría General de la
Relatividad y el origen del Universo
Mensajes amables de fin de semana...Einstein y el Hubble,
feliz aniversario
Mensajes amables de fin de semana: Hubble y Einstein, mi
segundo homenaje
Mensajes amables de fin de semana: somos polvo de estrellas
( Carl Sagan )
Como siempre, he incluido estas reflexiones en mi blog “Historias del LEAN”:
Que disfrutes cada hora del fin de semana
Un cordial saludo
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