La paradoja del muro de fuego

Las últimas declaraciones de Stephen Hawking han creado un tumulto en los medios de comunicación.  Cabeceras como El País, El Mundo, ABC o Antena 3 se han hecho eco de la noticia escribiendo titulares en los que se podía leer que según Hawking los agujeros negros no existen.

La noticia que aparece en los medios no es del todo correcta, sin embargo, es muy llamativa si se la titula así. Bien, lo que Hawking ha querido decir no es exactamente eso, si no que la idea que existe hoy en día sobre los agujeros negros tiene que ser renovada debido a una cuestión de paradojas con los modelos físicos actuales.

El tema principal de su nueva postura se basa en la paradoja de los muros de fuego que circundan los agujeros negros. Uno de los principales atributos de estos astros, aparte de su gravedad es su horizonte de sucesos, una región que marca el punto de no retorno, la región donde la gravedad es tan fuerte que sus efectos hacen imposible que nada pueda volver a salir una vez se cruza.

La naturaleza singular de los agujeros negros suponían hasta hace unos años un problema ya que violaba las leyes de la termodinámica, cuya segunda ley establece que todos los sistemas tienen una entropía, o nivel de desorden de energía, siempre creciente, es decir, todo tiende a desgastarse y desaparecer con el tiempo con lo que su energía se dispersa. Esto implica que todas las cosas desprenden algún tipo de calor. Este contexto en principio no casa con los agujeros negros ya que no pueden desprender nada como hemos dicho antes, sin embargo, en 1974 Stephen Hawking propuso una solución a este problema mediante la radiación de Hawking. Esta radiación se produce cuando en el vacío, entendido por un espacio con una densidad muy baja de partículas o energía, se crean pares de partículas súbitamente de la nada para encontrarse y aniquilarse casi al momento preservando la ley de equivalencia de energía. Este fenómeno se denomina energía del vacío. Cuando estos pares se crean cerca del horizonte de sucesos una de las compañeras podía cruzarlo dejando a su otro par fuera del agujero mientras que ella se perdía más allá del horizonte. Este proceso roba una pequeña porción de energía del agujero negro, reduciendo así su energía y contribuyendo a la pérdida de su masa.

Así se resolvía el problema de la entropía pero suponía a su vez otro rompecabezas, el de la paradoja del muro de fuego.  Cuando las partículas aparecen por pares estas tienen un entrelazamiento cuántico, es decir, para conocer la información total de una partícula hay que medir el estado de las dos. Si esta relación se rompe la partícula que queda sola se mantiene en un estado incompleto o térmico, también llamado no puro, desprendiendo calor. Este fenómeno propagado a lo largo de la frontera del agujero negro  generaría un muro de fuego. Técnicamente esto es imposible ya que la naturaleza del astro obliga a que cuando un objeto se aproxima al horizonte no debería notar ninguna transición, simplemente pasaría el punto de no retorno, pero todo a su alrededor seguiría igual, a excepción de que no podría volver atrás, pero no habría muro de fuego alguno. Para solucionar este nuevo problema Hawking ha propuesto la existencia de un nuevo tipo de límite para los agujeros negros, los horizontes aparentes. Un tipo de región similar en propiedades a los horizontes de sucesos pero que permite la existencia de la radiación de Hawking sin que haya un muro de fuego que contraríe las propiedades del agujero negro.

Big Bang dummy

A lo largo de la historia de la humanidad y debido a la naturaleza curiosa del hombre, se ha intentado dar una explicación al origen del Cosmos desde diferentes prismas. Algunas de estas respuestas estaban basadas en la fe y otras sostenidas por datos empíricos. A día de hoy no existe una teoría que consiga explicar con perfecta exactitud el nacimiento del Universo, ni funcionamiento ni su propósito, de hecho todas las teorías son aceptables, pero necesitan demostrar todo lo que proponen. Según Stephen Hawking, cualquier cuerpo teórico es perfectamente viable siempre que consiga explicar la realidad del analizador. Este concepto se denomina `Realidaddependiente del modelo`. Sin embargo, hay teorías más apropiadas que otras dependiendo del grado con el que puedan explicar el entorno sobre el que trabajan basándose en datos obtenidos a través de la experimentación. De esta manera, la Física y su Modelo Estándar de Partículas (que se ocupa de analizar las fuerzas fundamentales de la naturaleza y su relación con las partículas presentes en ella) son las mejores herramientas disponibles en la actualidad para cumplir con este propósito.

Para comprender el fenómeno que dio origen al Universo es necesario entender antes una serie de conceptos que juntos forman los pilares básicos del Cosmos.

Todo lo que alguna vez ha existido, lo que existe en el presente y lo que está por existir forma parte de una gran entidad global llamada Universo. El Universo es el escenario en el que se desarrollan todos los eventos naturales de la existencia. Por evento se entiende la interacción de un cuerpo u objeto cualquiera, conocido en Física como sistema, con su entorno u otro sistema en un momento determinado. Este hecho coloca a todos los eventos en un lugar y momento concreto de la existencia, es decir, se sostienen sobre las tres dimensiones espaciales (altura, anchura y longitud) y sobre una temporal. Estas cuatro dimensiones que componen el tapiz del Cosmos, son el esqueleto de la realidad y juntas forman el espacio-tiempo.

Por otro lado hay que tener en cuenta las fuerzas elementales de las que se ocupa el Modelo Estándar de Partículas, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil y la gravedad. Estas fuerzas son las responsables de absolutamente todo lo que sucede en el universo e interactúan entre sí y con todas las partículas que se conocen hasta ahora. La fuerza nuclear fuerte es la más potente de las cuatro, sin embargo, su rango de acción se limita al núcleo del átomo 10.000 veces más pequeño que el átomo en sí y es la responsable de mantener las partículas de los átomos unidas. Esta fuerza es tan intensa que resulta casi imposible vencerla, hacerlo conlleva la liberación de enormes cantidades de energía al romper o fusionar un átomo y es la base sobre la que funcionan las bombas atómicas. La fuerza electromagnética es la segunda en la escala de intensidad y  se manifiesta gracias a las cargas negativa y positiva de la materia y es la que domina las reacciones químicas en las que los átomos comparten electrones para formar unidades más grandes llamadas moléculas. En tercer lugar está la fuerza nuclear débil y es la responsable de la radioactividad. Finalmente, la gravedad es la fuerza más débil de todas, no obstante, la que mayor alcance tiene ya que puede actuar a grandes distancias y la que ha jugado un papel fundamental en el desarrollo del Universo. La gravedad ejerce su influencia sobre la materia atrayendo los objetos entre sí. Cuanto más masivo sea un objeto más gravedad generará.

Es importante destacar el papel de las partículas elementales ya que son las mediadoras de las fuerzas de la naturaleza y las que le dan forma. Existen dos grandes familias, los fermiones y los bosones. Los fermiones son los que al agruparse forman los átomos y la materia. Los fermiones existen en diferentes formas y tipos como los quarks que al unirse forman los protones y neutrones del núcleo atómico. También pueden ser electrones y neutrinos. En llano, los fermiones son las partículas palpables del universo y tienen masa. Por otro lado están los bosones, responsables de transmitir las cuatro fuerzas y no todas tienen masa, de hecho exceptuando el bosón de higgs que aporta la masa a las demás partículas, el resto de bosones no tienen masa, son partículas `fantasma´. Estas partículas atraviesan los átomos pasando de unos a otros como si fuesen una ola y de esta manera afectan de distinta forma a la materia. El fotón transmite la fuerza electromagnética en forma de luz visible, rayos X, microondas, rayos gamma y rayos infrarrojos. Las partículas W y Z son las responsables de generar la radioactividad. Los gluones son los bosones que generan la fuerza nuclear fuerte, estos unen los quarks entre sí formando protones y neutrones y manteniendo el núcleo del átomo unido. Por último, el gravitón es el bosón que transmite la gravedad, aunque aún no se ha demostrado su existencia.

El Modelo Estándar y la Física en general tienen la unificación de las cuatro fuerzas como una de sus metas más ambiciosas. Hasta ahora la gravedad ha sido la única que no se ha podido integrar mediante una teoría sólida con las otras tres, ya que a nivel atómico, ámbito en el que el resto de fuerzas funcionan, la gravedad es casi nula. Sin embargo, al existir partículas con masa se entiende que juega un papel importante. Al mismo tiempo existe un fenómeno natural que tiene la respuesta a este problema, las singularidades. Una singularidad es la condición excepcional a la que llega la materia cuando esta está bajo el efecto de un campo gravitatorio muy intenso. Las singularidades son los astros que dan vida a los agujeros negros. La gravedad se intensifica cuanto más masivo es un objeto y cuanto más denso es. De ser suficientemente intensa, esta relación entre gravedad y materia puede convertirse en un círculo vicioso. En ocasiones un objeto suficientemente masivo como algunas estrellas se caen sobre sí mismas debido a su intensa gravedad, volviéndose más densas, pero manteniendo su gran masa intacta. Esto al mismo tiempo genera más gravedad que vuelve a contraer la estrella generando más gravedad al mismo tiempo y repitiendo el proceso una y otra vez. El resultado es un punto subatómico que encierra en su nulo volumen cuerpos con masas de varias estrellas, convirtiéndose así en la respuesta a la unificación de las fuerzas, la gravedad en su estado más salvaje actuando a través de un objeto más pequeño que un átomo. El problema es que llegados a este punto las leyes físicas que explican el funcionamiento del Universo dejan de funcionar dentro de las singularidades y resulta imposible estudiarlas debido a los efectos que tienen sobre el espacio-tiempo, de ahí su nombre. Entender el funcionamiento de las singularidades y unificar las fuerzas de la naturaleza es vital para comprender el Big Bang.

En 1929 Edwin Hubble descubrió que la mayoría de las galaxias se alejaban de la tierra, llegando a la conclusión de que el Universo se expandía. Este descubrimiento puso fin a la idea de que el Cosmos era estático postulando que se hacía más grande exponencialmente, lo que se conoce como Expansión Acelerada. Según el descubrimiento de Hubble las galaxias no se alejaban de La Tierra sin control, se alejaban porque el espacio-tiempo, el Universo mismo al hacerse más grande, agrandaba las distancias entre todos los cuerpos en el, como si las motas sobre la superficie de un globo se alejasen las unas de las otras a medida que se infla el globo.

Una de las pruebas irrefutables de la teoría del Big Bang es la Radiación de Fondo de Microondas. En 1964 Arno Penzias y Robert Wilson, un par de astrónomos aficionados, trasteaban con una antena de radio cuando descubrieron que esta detectaba un ruido de fondo que no conseguían identificar. Más tarde se dieron cuenta de que ese ´ruido´ estaba presente en todas direcciones y llegaron a la conclusión de que era un tipo especial de radiación que venía desde todas las partes del cielo. Con el tiempo se comprobó que esa radiación era el `eco` del Big Bang. Se trata de la luz emitida cuando el Universo empezó a crecer. Con el paso del tiempo esa luz ha ido bajando su intensidad y alargando su longitud de onda bajando hasta la frecuencia más débil para convertirse en microondas e impregnar todo el Universo homogéneamente.

Sabiendo que el Cosmos crece a medida que el tiempo pasa, tiene sentido pensar que cuanto más atrás se mira en el tiempo el Universo era progresivamente más pequeño y más denso. Siguiendo esta lógica y conociendo el comportamiento de las singularidades y la relación entre gravedad y materia, al viajar hasta el punto en el que el tiempo empezó, el Universo debía de ser un lugar muy pequeño. Si la masa de una estrella grande es suficiente para crear una singularidad, con razón es más seguro que toda la materia de la creación hubiese partido de una singularidad primordial. Es imposible hablar del Big Bang en sí, ya que la física no puede analizar los momentos previos al evento. En las singularidades las dimensiones y el espacio-tiempo no existen, el tiempo va unido a un espacio sobre el que este permite a los eventos evolucionar, si no hay un lugar donde estos se desarrollen no es posible hablar de tiempo y por tanto analizar ese momento. No se conoce como esa singularidad pudo romperse y dar lugar al nacimiento de todo. Los agujeros negros sin embargo, pueden desaparecer con el tiempo mediante un proceso de desgaste llamado Radiación de Hawking, pero para eso es necesario tener un espacio donde residir. La singularidad primordial no estaba contenida en nada, es más preciso decir que el Universo nació espontáneamente de la nada. A diferencia de lo que se cree el Big Bang no fue una explosión propiamente dicha, ya que para que algo explote necesita propagarse a través de un espacio. El Big Bang fue un evento silencioso que generó el espacio y con él, el tiempo. Para poder oír algo es necesario que el sonido se propague a través de un medio y en el espacio no hay tal cosa, sólo vacío, por eso los sonidos se ahogan con más razón todavía sería difícil oír algo si no hubiese siquiera vacío. No es planteable pensar en un cuándo ya que el tiempo no era una variable que existiese en ese entorno. En los segundos que siguieron a este acontecimiento el espacio que se generó pasó de ser nulo a tener varias veces el tamaño de la Vía Láctea. En otras palabras, todo lo que nació se movió más rápido que la luz, y está fuera de lo analizable por la Física contemporánea debido a las contradicciones que conlleva tener elementos viajando a velocidadessuperlumínicas. En esta etapa temprana de expansión, el Cosmos experimentó su crecimiento más energético, la denominada etapa de inflación, que no se ha vuelto a repetir jamás. El ritmo de expansión se frenó progresivamente debido a la gravedad que generaba toda la materia del Universo. Ésta ejercía una fuerza opuesta a la de la explosión, como la que existe en el caso de un globo que se quiere contraer debido a la tensión de la goma pero que se expande mientras lo inflamos. Se sabe que el Universo primordial era muy caliente. La materia no formaba átomos porque contenía mucha energía, tal como pasa en las estrellas. Las partículas se movían demasiado rápido como para estar lo suficientemente quietas y dejar que las cuatro fuerzas las atrapasen para formar los primeros átomos. El Universo era una amalgama caliente de plasma. Sólo cuando se hubo expandido lo suficiente como para enfriarse a unos cuantos millones de grados,  las partículas no tuvieron fuerza suficiente para ignorar las fuerzas y se pudieron formar los primeros átomos de hidrogeno y con ellos las primeras estrellas.

Las condiciones previas al Big Bang no son planteables para la Física ya que las variables de ese entorno no forman parte de lo que la ciencia puede medir y por tanto no es posible estudiarlo. Sin embargo, se pueden analizar los momentos posteriores al nacimiento del Universo para comprender el comportamiento del Cosmos de hoy en día y cómo evolucionará.

Viajes en el tiempo

Los viajes en el tiempo siempre han sido uno de los temas recurrentes dentro de la fantasía del hombre, al igual que lo son el volar o descubrir  lugares ignotos. Sin embargo, por muy difícil que parezca, moverse a través tiempo tiene una base teórica.

Es necesario puntualizar que todos viajamos hacia el futuro de manera constante, a  un ritmo de 1s/s. Por viajar en el tiempo se entiende el poder moverse a través de él de manera libre a un ritmo diferente del natural hacia el pasado o el futuro. Viajar hacia adelante en el tiempo obviando el ritmo normal al que este transcurre es algo muy común en la naturaleza. De hecho los satélites GPS tienen en cuenta los pequeños desfases temporales que hay entre ellos y las personas que los utilizan abajo en la tierra para poder hacer sus mediciones con total precisión. A este fenómeno se lo conoce como dilatación temporal. Ahora bien, el problema radica en realizar los saltos hacia atrás, hacia eventos que ya han sucedido. No obstante para comprender el funcionamiento de este mecanismo es necesario aclarar algunos conceptos sobre la Física.

Para viajar hacia el pasado es necesario poder moverse a una velocidad superior a la de la luz. Por eso mismo el año pasado cuando por error se anuncio que en el LHC se habían detectado neutrinos superlumínicos los físicos allí presentes explicaron que sería posible enviar información al pasado. Más tarde corrigieron su error, ya que los neutrinos tienen masa y las partículas con masa no pueden alcanzar jamás esa velocidad. Esta limitación está explicada por la fórmula de la equivalencia entre masa y energía de Einstein, E= m.c²   . La fórmula básicamente explica que toda partícula tiene energía y que esta equivale a su masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado. Partiendo de este principio, cuanta más masa tenga una partícula mayor será su energía y cuanto mayor sea su velocidad mayor será su energía también. Así pues, cuanto más rápido se mueva una partícula más energía tendrá y por tanto necesitará aún más para seguir acelerando. Para llegar a la velocidad de la luz una partícula con masa necesitaría una cantidad de energía infinita. El principio de conservación de la energía mantiene que en el universo existe siempre la misma cantidad de energía, la materia ni se crea ni se destruye, simplemente cambia. Teniendo en cuenta esta ley es imposible que nada que tenga masa pueda superar a la luz ya que necesitaría más energía de la que existe.

Larelatividad especial se basa en que el tiempo no es un valor absoluto, sino que se trata de una dimensión que es diferente para cada observador dependiendo de la velocidad a la que se mueva, en otras palabras, el tiempo es relativo. Esta teoría trabaja en universos planos, sin curvaturas generadas por la gravedad. En este universo se obvian muchos detalles de la relatividad general, que se creó posteriormente añadiendo la gravitación y los efectos que esta tiene en el espacio-tiempo con el objeto de completar la primera teoría. La relatividad especial permite la existencia de taquiones, partículas más rápidas que los fotones. Estas viajarían a velocidades mayores que la de la luz, sin embargo, al aplicar la gravitación a la relatividad, como los taquiones violaban varias de las leyes de la teoría simplemente se tacharon.

En Física muchas magnitudes son relativas dependiendo de con que se las compare, como es el caso de la aceleración. Siempre hay que compararla con otro objeto para determinar su valor en un momento dado. Como la luz es siempre constante y se mueve a la misma velocidad en cualquier momento y también sin tener en cuenta a los observadores, se utiliza como referencia para efectuar mediciones. A modo de curiosidad, en las ecuaciones de la relatividad los taquiones invierten el orden en el que ocurren los eventos. Todo lo que se mueve por debajo de la velocidad de la luz lo hace respetando el orden en el que ocurren los sucesos del universo, primero sucede  A y luego B, respetando la flecha del tiempo que está regida a su vez por la entropía. Sin embargo, los taquiones lo hacen del revés.

Dentro del marco de la relatividad general es posible en teoría mover partículas a velocidades superiores a la de la luz. Este fenómeno sucede cerca de algunos agujeros negros. Todas las estrellas giran sobre sí mismas, tienen un giro llamado momento angular. Tras explotar y dejar el núcleo como remanente, este conserva el momento angular de la estrella y dota al agujero negro de algunas características especiales. Se dice entonces que tenemos un agujero negro en rotación. Estos astros tienen una zona alrededor de su horizonte de sucesos llamada ergosfera. En la ergosfera el espacio-tiempo que el agujero negro arrastra hacía sí mismo gira alrededor de él gracias a su momento angular. Cuanto más nos aproximamos al horizonte de sucesos del astro, un objeto cualquiera que flote en ese espacio-tiempo en giro se moverá a una velocidad superior a la de la luz sin tener que contar con una cantidad de energía infinita. Al no haber pasado el horizonte de los sucesos, el objeto podría escapar a tiempo de la gravedad del cuerpo celeste aprovechando la energía cinética del astro para aparecer en un tiempo anterior, robando así energía al agujero negro y disminuyendo su momento angular. Un observador alejado del agujero negro vería como el objeto desaparece al romper la barrera de la luz para aparecer en un momento anterior al del observador. Sin embargo el salto del objeto no podría ir jamás a una etapa anterior a la de la formación del propio agujero negro.

A modo de reflexión hay que destacar que estos viajes son imposibles para las personas. Las mareas gravitatorias que se experimentan cerca de un agujero negro son tan intensas que un ser humano acabaría despedazado mucho antes de llegar a la ergosfera y por tanto sólo es posible mandar partículas subatómicas a tiempos pretéritos.

El cuásar más brillante

Recientemente se ha descubierto el cuásar más brillante encontrado hasta la fecha. El equipo responsable del hallazgo es un grupo de astrónomos del  Observatorio Sur Europeo en Chile. Gracias al Very Large Telescope (VLT) han podido encontrar a SDSSJ1106+1939, que supera en cinco veces el brillo los cuásares más brillantes conocidos hasta el día de hoy.

Los cuásares son los objetos más brillantes del universo observable. Técnicamente hablando son procesos altamente energéticos que liberan grandes cantidades de radiación en forma de luz visible, rayos gamma, rayos ultravioleta y rayos X. Estos fenómenos se producen en el centro de las galaxias más antiguas y distantes del cosmos.

Sin embargo, para entender el comportamiento de estos fenómenos es necesario aclarar algunos conceptos relativos al funcionamiento de los agujeros negros. Los cuásares se encuentran en el centro de las galaxias porque son las zonas más densas del grupo de estrellas al que pertenecen y por extensión donde más energía se acumula. Para que las galaxias mantengan su forma y consigan mantener todas sus estrellas unidas, necesitan un motor que las aglutine a lo largo de los varios años luz que ocupan. Esta función la cumplen los agujeros negros supermasivos, resultado del colapso de cuerpos muy pesados y que con el tiempo acabaron fusionándose creando dicho cuerpo celeste. El agujero negro tiende a atraer toda la galaxia hacía su interior, por eso las galaxias tienen esa forma tan característica en espiral. El centro es la parte donde la mayoría de las estrellas se agrupan camino a encontrarse con el agujero negro. A medida que la materia se acerca al punto de no retorno que rodea el astro esta se despedaza a causa de las mareas de gravedad que provienen de él y se convierten en una masa de escombros, polvo y gas. El grupo de residuos gana más velocidad a medida que se acerca al agujero negro, y empieza a girar alrededor de él formando un disco muy caliente, donde las altas temperaturas a las que se somete la materia la vuelven radiactiva y la hacen emitir ondas de diferentes frecuencias como las mencionadas anteriormente. Este fenómeno cerca del horizonte de sucesos del agujero negro se llama disco de acreción, y como su nombre indica sirve para añadir materia al cuerpo celeste. El problema viene cuando una cantidad importante de materia, en los casos más leves se trata de 10 masas solares al año, intenta entrar de golpe en el agujero negro. En el caso de SDSS J1106+1939, el ritmo de absorción es mucho mayor que el de los cuásares más brillantes, que necesitan 1.000 masas solares por año.  La materia supercalentada del disco de acreción no puede entrar en un sitio tan pequeño en un espacio de tiempo tan corto, de modo que sale disparada por los polos del astro en forma de chorros de energía. Sería como intentar hacer que mucha gente entrase a la vez por una única puerta. Los jets de energía que emanan del núcleo de la galaxia son la principal característica del cuásar. Al ser materia con tanta energía los cuásares pueden ser visibles desde distancias muy lejanas si las eyecciones de materia apuntan directamente a la Tierra.

La razón por la que estos fenómenos se dan en galaxias tan distantes radica en que se crearon en etapas muy tempranas del universo. Cuanto más atrás se viaja en el tiempo en otras palabras, cuanto más lejos se mira, el cosmos es más pequeño y más denso haciendo más propicio el contexto que necesitan los cuásares para existir. El cuásar más lejano que se conoce está a 13.000 millones de años luz de nuestro planeta. Casi al principio del tiempo. Este hecho significa que los cuásares que se ven desde la Tierra probablemente no existan en la actualidad, y que sean sólo un reflejo de la luz que emitieron hace eones y que ha llegado hace no mucho.

De gigantes rojas y supernovas

El tema que hoy vamos a tratar es el de la última etapa de la evolución de estrellas masivas, las súpergigantes rojas y las supernovas. El primero de los dos fenómenos no tiene como resultado un final violento ni espontáneo, es más bien un proceso de decadencia que siguen muchas estrellas hasta morir, otorgándoles sin embargo unas características peculiares. La supernova por el contrario se encuentra entre los eventos más altamente energéticos que existen en el universo conocido. Ambos estadios estelares son provocados por la misma causa, el agotamiento del hidrógeno y el helio en el núcleo de las estrellas, lo que diferencia el camino a seguir por el astro  es su masa.

Todas las estrellas se mantienen estables gracias al balance de fuerzas entre la gravedad que ellas mismas generan y el calor de las reacciones termonucleares de fusión que suceden en el núcleo. El proceso llevado a cabo en el centro de los astros se llama nucleogénesis y consiste en crear nuevos elementos más pesados a partir de la fusión de elementos ligeros como el hidrógeno y el helio. Al principio los átomos de hidrógeno se fusionan en el centro de la estrella debido a las altas temperaturas que los hacen chocar entre sí produciendo helio. Entre proceso continúa hasta que el hidrógeno se agota y la estrella debe pasar a fusionar su helio en elementos más pesados como el oxígeno o hierro. Cada vez que la estrella se ve obligada a cambiar de combustible en la escala de elementos para poder sobrevivir, debe aumentar su temperatura mediante un proceso casi automático. Si la energía que genera es menor, la gravedad tiende a contraer el núcleo de la estrella aumentando su temperatura y haciendo posible que pueda fusionar elementos más pesados y poder así mantener el equilibrio de nuevo. Cada nueva fase de fusión ira aportando paulatinamente menos energía al astro, ya que las reacciones nucleares más eficaces son las de primera fase. Como consecuencia del proceso de nucleogénesis, el núcleo quedará formado en su mayoría por hierro, mientras que sobre este se irán acumulando diferentes estratos de elementos menos pesados y cada vez menos densos como el carbono y el oxígeno, hasta llegar a las capas más sueltas de la superficie donde quedan unos pocos residuos de hidrógeno. El no poder convertir más elementos provoca que la siempre activa gravedad vuelva a comprimir el núcleo de hierro con más ímpetu, sólo que llegado a este punto el calor liberado por dicha contracción es tal que las capas menos densas que cubren el núcleo se van separando de este al ser expulsadas hacia fuera por la energía del colapso. El resultado es que el volumen de la estrella aumenta hasta límites que pueden superar 100 veces su radio original. Tomando como ejemplo nuestro Sol, este vería su tamaño aumentado hasta ocupar el lugar que ahora mismo ostenta La Tierra. Aún así existen estrellas con un volumen mucho mayor, que harían palidecer al astro rey comparado con ellas, como es el caso de VY Canis Majoris. Con el paso del tiempo las capas exteriores acaban desprendiéndose del núcleo dejándolo desnudo en el espacio en forma de enana blanca.

El caso de las supernovas es bien distinto. Una supernova es la manera en que las estrellas más masivas acaban su vida, se trata de una violenta explosión estelar que destruye el astro y deja como remanente su núcleo. Las candidatas a supernovas deben poseer una masa 50 veces superior a la del Sol. Esto cambia radicalmente el proceso de agotamiento de  elementos del astro. Cuanto más masiva es una estrella más energía necesita para mantenerse en equilibrio y no sucumbir a la gravedad, por eso el gasto energético es mucho mayor y su vida más corta. Los procesos explicados para las gigantes rojas son aplicables a las estrellas a punto de explotar, la única diferencia radica en que se producen a un ritmo más acelerado. Cuando el cuerpo celeste ya no tiene más combustible, la contracción que sufre su núcleo a causa de su potente gravedad se produce de manera tan súbita y violenta que libera mucha energía al mismo tiempo, causando que todo su material salga disparado en todas direcciones. Es una reacción nuclear sin control que acaba desgarrando la estrella en un instante. El material expulsado viaja aproximadamente a 30.000 km/s y alcanza una temperatura de 500.000 grados. Junto con el plasma eyectado viajan grandes cantidades de radiación en forma de rayos gamma y rayos cósmicos, resultado del material sobrecalentado que viajan cerca de 70 años luz antes de disiparse y dejar de ser una amenaza para cualquier forma de vida.

Tras la muerte de la estrella lo que queda es una nebulosa planetaria de varios años luz de diámetro que contiene los materiales que el cuerpo celeste ha sintetizado a lo largo de su vida y que servirán para crear una nueva generación de estrellas y planetas.

El agujero negro

Los agujeros negros son objetos muy simples, sin embargo, su existencia genera multitud de efectos que la Física difícilmente puede analizar. Para comprender como se forman estos cuerpos celestes conviene entender primero qué es la gravedad, su atributo principal.

Cualquier tipo de energía o masa, por pequeña que sea produce una 'abolladura' en el espacio en el que se encuentra. Esta distorsión no es un efecto perceptible por el ojo humano, ya que deformar el espacio que algo ocupa no es algo palpable. Esta perturbación es la gravedad. Cuanta más masa tenga un objeto cualquiera más distorsionará el espacio a su alrededor. Los objetos se mueven en línea recta por el vacío donde no hay gravedad alguna que perturbe su trayectoria. Sin embargo, al pasar cerca de un cuerpo suficientemente masivo, el camino recto por el que se mueve el objeto encontrará un “socavón” y su trayectoria se curvará y quedará encerrado en esa distorsión dando vueltas alrededor del cuerpo masivo que la ha generado. Así pues, las personas que estamos en la tierra estamos atadas a ella porque el espacio que el planeta distorsiona al estar donde está no nos permite salir de él. La única manera de superar la fuerza gravitatoria de la tierra es moverse a una velocidad que permita vencer la atracción de ese espacio curvado, a este concepto se lo conoce como velocidad de escape.

Las estrellas al igual que la tierra son cuerpos celestes creados por la aglomeración de materiales atraídos entre sí por la gravedad. Una estrella es una masa enorme de hidrógeno que genera helio en su núcleo mediante reacciones termonucleares. Los átomos de hidrógeno se mueven tan rápidamente que al chocar se fusionan creando helio y grandes cantidades de calor y radiación. Este proceso obliga a la estrella a expulsar toda esa energía hacia el exterior, y de hecho explotaría si no tuviese un contrapeso que equilibrase toda esa fuerza, la gravedad. La propia estrella al ser tan masiva tiende a contraerse a sí misma, intenta caerse sobre su propio cuerpo. Gracias a este sistema la estrella se mantiene en equilibrio y puede existir. Cuando el combustible de una estrella se acaba no queda ninguna fuerza que pueda frenar la gravedad del astro y este comienza un colapso gravitatorio sin control. Si las estrellas que llegan a este punto son como nuestro sol o menos masivas, el principio de exclusión de los átomos obligará a estos a hacer tope a la gravedad dejando un cuerpo muy pequeño y denso conocido como enana blanca. Se dice entonces que esa estrella no ha pasado su Límite de Chandrashekhar. Este límite establece que una estrella con una masa 1,5 veces mayor que la del sol será demasiado masiva como parar que nada pueda para su colapso gravitatorio. En tal caso la estrella continúa contrayéndose en un proceso sin control hasta alcanzar un tamaño subatómico, creando una singularidad.

La singularidad es un cuerpo de densidad infinita que encierra en un punto de volumen cero cuerpos mayores que el sol. Esta condición curva el espacio alrededor de la singularidad de tal manera que la gravedad resultante adquiere también un valor infinito. La abolladura en ese rincón del espacio sería más similar a un pozo que a un leve socavón. Esto significa que incluso un rayo de luz que pase cerca de un agujero negro pesará tanto que literalmente caerá dentro de él, hacia la singularidad microscópica. La singularidad de un agujero negro es siempre del mismo tamaño, lo que varía es el campo de acción del astro. Este campo marca el lugar a partir del cual nada que lo cruce podrá escapar de la gravedad del cuerpo celeste ya que la velocidad de escape necesaria para vencerlo supera la velocidad de la luz (300.000 km/s). Este radio se llama horizonte de los sucesos porque ningún evento que tenga lugar dentro de ese radio podrá afectar jamás a lo que se encuentre fuera de él ya que nunca podrá escapar del agujero. El hecho de que la luz no pueda ser reflejada en estos cuerpos significa que son invisibles, sin embargo, es posible detectarlos por los efectos gravitatorios que ejercen alrededor de los astros que tienen cerca. En términos generales son enormes sumideros de lo que nada puede salir.

Lo curioso viene cuando se analizan los efectos que estos cuerpos provocan en el espacio que los rodea. El tiempo junto con el espacio forman parte de la misma estructura, el espacio-tiempo. Esta simbiosis implica que el tiempo se ve afectado por la misma gravedad que afecta al espacio, pero de manera distinta. La dimensión temporal fluye mas lentamente cuanta más gravedad hay. Se trata de una extensión del efecto de la gravedad, al igual que la deformación espacial se traduce en atracción entre cuerpos, en la dimensión temporal se traduce en una ralentización de los sucesos. Así pues un gemelo que quedase atrapado dentro de un agujero negro viviría sus 80 años de media, mientras que su gemelo de fuera lo vería envejecer a un ritmo muy lento. El reloj interno de cada uno seguiría intacto, pero el tiempo de referencia para cada uno dejaría de ser el mismo.

En la singularidad todas las dimensiones se reducen a la nada, las tres espaciales y la temporal, dando como resultado el final del tiempo mismo. Este punto toma su nombre de la imposibilidad de la Física por comprender lo que pasa en él. Todas las leyes de la ciencia dejan de funcionar en este espacio aislado del resto del universo y por eso se lo llama singularidad.

La culpa es de los neutrinos

Hace casi un siglo y medio en 1859 un fenómeno natural dejó las redes de telégrafos de Estados Unidos totalmente inutilizadas y desde Cuba era posible observar en el cielo auroras boreales. A este suceso tan extraño se lo llamo evento de Carrington y se prevee que en los próximos años pueda volver a suceder con consecuencias mucho más desastrosas. Este fenómeno ocurrido en el siglo XIX fue causado por una Eyección de Masa Coronal. Un proceso mediante el cual el sol expulsa de manera súbita y violenta gran cantidad de plasma de su superficie hacia el espacio exterior. Ese plasma está cargado con partículas muy energéticas y portan consigo parte del campo magnético del sol. Cuando el material expulsado impacta contra el campo magnético de la tierra este genera las auroras boreales tan características de las latitudes del norte. De la misma manera puede incidir con fuerza suficiente en la magnetosfera terrestre como para desencadenar tormentas eléctricas que alteren el funcionamiento de los satélites y por extensión el de multitud de aparatos electrónicos. Este hecho no era demasiado importante en el siglo XIX sin embargo, la sociedad de hoy es completamente dependiente de la tecnología y tener un peligro potencial de ese calibre hace necesario desarrollar un mecanismo para preveer las erupciones solares y proteger la tecnología de sus efectos nocivos. Con los recursos del presente es difícil adelantarse a la meteorología solar para protegerse de sus repentinas llamaradas, ya que la tecnología humana no es lo suficientemente avanzada como para entender el comportamiento del sol de manera más profunda. Hay que destacar que estos fenómenos naturales ocurren con más frecuencia durante la fase activa del sol, la fase en la que está a punto de entrar este año. El astro rey permanece en su etapa tranquila durante 11 años, en los que el viento solar y las Eyecciones de Masa Coronal no son tan frecuentes. Al final de ese periodo la actividad solar aumenta y las erupciones se hacen más frecuentes y potentes.

A sabiendas de que el motor del sistema solar se está desperezando, algunos estudios como el llevado a cabo por Ephraim Fischbach y Jere Jenkins de la Universidad de Purdue se han atrevido a sugerir que estas tormentas solares son fácilmente predecibles analizando los neutrinos. Ambos físicos mantienen que la radiación gamma del sol sufre leves variaciones producidas por los neutrinos que el sol irradia. Según su hipótesis antes de que una Eyección de Masa Coronal se produzca las variaciones en la radiación gamma producidas por los neutrinos cambian y permitirían predecir las violentas tormentas solares con un día de antelación, haciendo posible para los gobiernos proteger sus satélites.

La idea suena interesante y sería un éxito si pudiese llevarse a la práctica sin embargo, cuesta creerla ya que los neutrinos son la partícula subatómica con menos masa que existe y la que también menor interacción tiene con la materia y las fuerzas del universo. Concretamente sólo la gravedad (que a escalas cuánticas no tiene casi fuerza y menos con la masa del neutrino) y la fuerza nuclear débil afectan a esta partícula. Por ello es casi imposible que un baño de neutrinos, equiparable al puñetazo de un ser etéreo, pudiese tener efecto alguno sobre la radiación del sol. Conociendo la naturaleza del protagonista de la hipótesis de los americanos el simple hecho de plantearse utilizarlo como herramienta para predecir el comportamiento solar equivaldría a tener un chamán para curar un cáncer terminal.

La flecha del tiempo

Hace no mucho leí en un artículo que si de alguna manera se pudiese sobrevivir a una caída en un agujero negro, el privilegiado que se hallase en su interior sería capaz de ver el pasado del universo en un sólo instante. La idea se me antojaba surrealista, ya que implicaba invertir la dirección del tiempo, es decir, poner el pasado en el futuro, en algún momento el accidentado viajero contemplaría el Big Bang.

En realidad no le di mucha importancia ya que nadie puede realmente decir que ocurre dentro de un astro de esta naturaleza ya que en su corazón, en la singularidad, las leyes de la física dejan de ser aplicables. Sin embargo, por pura fortuna he dado con un capítulo del libro “Historia del tiempo” de Stephen Hawking en el que se habla de la entropía y de la relación de esta con el tiempo. Después de pensarlo un rato he comprendido el planteamiento de la idea que leí en el artículo sobre los agujeros negros, aunque sigo manteniéndome escéptico al respecto. La entropía es una magnitud que sirve para medir el grado de desorden en cualquier cosa que alguien se pueda imaginar. Por desorden se entiende la destrucción o grado de no estabilidad de ese elemento. La termodinámica establece que la entropía es siempre creciente, es decir, todo lo que existe va a acabar destruyendose, pereciendo. Las cosas se rompen con el paso del tiempo y los seres vivos morimos. La entropía nunca disminuye, ya que cuando algo se crea o se repara, el esfuerzo o energía necesarios para ello crean entropía a modo de desgaste de los materiales que hemos usado para esa reparación. En conclusión, no se puede escapar de la entropía. Ahora bien, el ser humano es capaz de percibir el paso del tiempo gracias a los efectos que la entropía tiene en su entorno. Este concepto se llama flecha del tiempo e indica la dirección que este sigue. El ver las cosas seguir un orden natural de evolución es lo que indica a las personas que el tiempo fluye hacia adelante, hacia el futuro. Si se hacen fotos del proceso entero que sigue a un vaso desde su posición quieta en una mesa a su último suspiro hecho añicos en el suelo, cualquiera podría ordenar las fotos cronológicamente basándose en el principio de la entropía. Primero el vaso estaba unido y después roto.

Con la idea anterior en mente queda claro que el tiempo fluye hacia delante, hacia el futuro por la entropía. Teniendo en cuenta que el universo se expande constantemente en todas direcciones, el tiempo dentro de él siempre fluye hacia adelante junto con la entropía que lo acompaña. Sin embargo, si el universo entero colapsase hasta ser la diminuta singularidad de la que partió el big bang, se podría esperar que la entropía se invirtiese y por tanto el tiempo también, es decir, este fluiría desde el futuro hacía el pasado. La gente recordaría el futuro y el pasado estaría por venir. El universo distendido y menos denso que conocemos ahora tendería a contraerse y a hacerse más denso. Las cosas empezarían a ordenarse y a recomponerse como una vez fueron, hasta que todo volviese a ser una pequeña región que contuviese toda la creación. Esta súbita contracción del universo es el proceso que siguen todas las estrellas que se convierten en agujeros negros. Esto me lleva a la idea principal, si el espacio se contrae hasta el infinito en un agujero negro, el tiempo también lo hace y por consiguiente la entropía se invierte junto con el, haciendo posible ver el comienzo del cosmos.

Con este post no quiero decir que esté de acuerdo con la idea planteada, ya que especular con lo que ocurre en la singularidad de un agujero negro es imposible. Pero siguiendo la lógica de la entropía tiene bastante sentido.

Bucando a Higgs

El próximo 4 de julio los científicos del CERN darán a conocer al mundo sus últimos avances sobre la investigación del bosón de Higgs. Esta partícula ha levantado mucha expectación desde que se anunciase su estudio en Ginebra hace ya un tiempo. De demostrarse la existencia del esquivo Higgs, la teoría estándar de la Física quedaría algo más completa.

Dicha teoría establece que hay dos típos de partículas que costituyen todos los elementos del cosmos, los fermiones, que serían los ladrillos básicos de la materia, y por otro lado los bosones, responsables de transmitir las fuerzas de la naturaleza. Los fermiones constituyen los protones y neutrones que a su vez forman los átomos. Los campos en los que actúan los bosones son la gravedad, el espectro electromagnético del cual el ser humano percibe la luz, la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear fuerte. El Higgs es un bosón especial que de momento existe en el plano teórico y que actúa en un ambiente llamado campo de Higgs donde estas partículas se extienden por todo el universo. Cualquier partícula elemental como las anteriormente mecionadas, que pasase a través de este campo adquiriría masa convirtiendose en materia.

El problema radica en que el bosón de Higgs tiene una vida extremadamente corta y acaba desintegrándose en otros elementos subatómicos al desaparecer. Conseguir probar la existencia de Higgs supone confirmar la manera en la que la materia se crea. Con este mismo fin el Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra recaba datos sobre los choques que se producen en él. Al romper elementos tan pequeños , este gran círculo de 27 kilómetros pretende encontrar el bosón entre las ruinas de este auto de choques cuántico.

El juego de la vida.

El tema de hoy no tiene una relación directa con la astronomía, sin embargo parte de una premisa relacionada con la misma que se planteó hace tiempo para entender el universo. La conocida frase de descartes "pienso, luego existo" es lo que quiero poner en duda.

La Física es la herramienta que el hombre tiene para explicar cómo ocurren los eventos en el universo. Describe el funcionamiento de las leyes naturales e intenta predecir como incidirán en un futuro sobre un objeto determinado. Sin embargo no explican el porqué de lo que ocurre en la naturaleza. El hombre intenta dar significado a sus experiencias interpretando lo que recibe a través de su cerebro, y así explica su realidad. La manera en la que se percibe está determinada por las leyes naturales del entorno en el que se desarrollan las experiencias recogidas, luego estas leyes determinan la realidad perceptible.

En un intento de entender porqué y no cómo las cosas son de la manera que son, en 1970 John Conway desarrolló un experimento teórico muy interesante, lo llamo 'El juego de la vida'. Este experimento consistía en jugar a ser Dios para entender como se comportaría un universo hipotético con unas leyes establecidas por el propio John. Para hacerlo simple John creó un universo de 2 dimensiones, un tablero de ajedrez infinito. Sólo había dos tipos de casillas, las verdes que significaban vida y las negras que significaban muerte. Después estableció tres leyes:

1- Un cuadrado vivo (verde) con dos o tres vecinos vivos (verdes) sobreviviría.

2-Un cuadrado muerto (negro) con exactamente tres vivos constituiría un ser vivo.

3-La última ley englobaba el resto de casos en los que la vida sobrevive o perece en su infinidad de posibilidades.

Después de analizar los resultados, la combinación de casillas mostraba patrones en los que obviamente la vida había salido adelante simplemente teniendo en cuenta la posibilidad de maniobras que ofrecía ese universo de 2 dimensiones (atrás-delante e izquierda-derecha) a la casilla verde. En algunos casos se habían formado en las infinitas combinaciones, agrupaciones de casillas que representaban seres vivos, y que matemáticamente podían elegir en que dirección desplazar sus casillas para evitar la muerte. Es decir, tenían inteligencia artificial a un nivel muy básico. Las casillas sabían elegir la opción más adecuada para su supervivencia como respuesta a un supuesto concreto.

Volviendo al punto inicial y tomando las casillas como ejemplo, se puede decir que un universo como el que ocupamos con cuatro dimensiones ofrece un abanico de posibilidades mucho más complejo, del cual el ser humano ha sido uno de los resultados posibles. El hombre se caracteriza del resto de las criaturas por su capacidad de pensar, algo que lo convierte en un ser diferente del resto, se trata de un ser vivo consciente de su propia existencia y con capacidad de razonar. Sin embargo, no somos más que casillas aglomeradas en un sistema más complejo que el de John, por lo que podríamos deducir que lo que el ser humano entiende por pensar y razonar, no es más que un computo de decisiones óptimas tan complejo que es imposible llegar a entender debido a su avanzada matemática, y que por simplificar llamamos libre albedrío. En otras palabras, la esencia humana, esa habilidad para medir nuestro entorno y decidir, estaría sujeta a normas que una vez entendidas podrían explicar el comportamiento humano y predecir cualquier decisión que tomásemos. Este descubrimiento nos arrebataría lo que tan especiales nos hace, dejándonos como objetos con una capacidad de actuar frente a cualquier estímulo, pero siendo objetos al fin y al cabo. ¿Es entonces el pensar algo artificial y ya programado que nos hace creer ser algo que en realidad no somos?

¿Son los átomos lo más pequeño?

Aunque para aquellos que son duchos en física lo que estoy a punto de escribir suene a tontería, mucha gente desconoce que la materia esta formada por partículas mucho más pequeñas que los átomos. De hecho hay muchos tipos de partículas subatómicas flotando por todos lados, y cada una tiene su función en la naturaleza.

Existen dos grandes familias de partículas subatómicas, los fermiones y los bosones. Los fermiones son la base de toda la materia, mientras que los bosones son las partículas que transmiten las diferentes fuerzas que dominan la naturaleza. De este modo los fermiones se agrupan para formar los elementos de un átomo. Los quarks son fermiones que juntos crean neutrones y protones, que constituyen el núcleo del átomo, mientras que los electrones son otro tipo de fermión necesario para dar consistencia al átomo.

Los bosones, la otra gran familia, se ocupan de transmitir las fuerzas de la naturaleza cuando pasan a través de las particulas de materia que he citado, así pues, la gravedad se transmite a través de gravitones y las ondas electromagnéticas como la luz, a través de los fotones.

Naturalmente las divisiones entre estas familias de partículas son mucho más complejas, pero tener una idea general de qué son y para qué sirven nunca está de más.

Antes de antes

¿Qué había en el espacio antes del Big Bang? Es una pregunta que seguramente toda la gente se haya hecho alguna vez y, que seguramente no tenga una respuesta totalmente precisa. Pero lo cierto es que si partimos de que el universo era un punto diminuto que contenía toda la materia en su interior, la respuesta puede hacerse más comprensible.

La naturaleza está compuesta por tres dimensiones espaciales y el tiempo, pero al igual que ocurre en los agujeros negros, cuando el espacio-tiempo se condensa de manera infinita en un punto casi inexistente llamado singularidad, la dimensión temporal se mezcla con las espaciales, dejando de ser una magnitud separada de las otras tres, y pasan a ser una sola cosa. Viene a ser lo que pasa con las dimensiones restantes en la teoría de cuerdas, estas son tan pequeñas que son inexistentes para la humanidad. De modo que si el universo empezó al estallar esa singularidad, no tiene sentido preguntarse qué había antes de la misma, ya que el tiempo no existía, ni tampoco el espacio. Vendría a ser algo similar a preguntarse que hay al sur del polo sur. El espacio y el tiempo son magnitudes que aparecieron después del Big Bang, antes de el no existían, por lo que es imposible plantear la pregunta anterior en ese escenario.

Eter luminoso

En esta ocasión quiero hablar sorbe un elemento que me ha llamado atención desde hace años, y sobre el cual hace poco he leído, se trata del éter luminoso.

Durante el siglo XIX los físicos pensaban que la luz, al igual que el sonido necesitaba un medio para propagarse. Sin embargo, esto no era posible en el espacio, ya que está vacío. De modo que supusieron que la luz debía expandirse a través de un elemento que era imposible detectar para el ser humano, pero que llenaba todo el universo. Venía a ser algo así como el tejido del espacio mismo, y a ese elemento lo llamaron éter. Sin embargo, experimentos llevados a cabo años después para medir la velocidad de la luz, demostraron que no existía tal elemento, con lo que se rompió la teoría de que la luz necesitaba un medio para poder viajar a través del espacio.

Flujo del tiempo

Anteriormente había hablado de cómo el tiempo no es una magnitud absoluta, sino que fluye de manera diferente si se toma en cuenta cómo inciden en el otros elementos como la gravedad.

Dependiendo también del sistema, o lugar desde el que se efectué la medición del tiempo, con respecto a otro sistema, los resultados que uno y otro medidor pueden conseguir sobre un mismo evento pueden ser diferentes. Para que este efecto sea notable, es necesario utilizar la luz, porque que las diferencias con respecto a la velocidad que toman otros objetos es muy grande y al mismo tiempo su velocidad es siempre constante.

Si viajamos en un cohete espacial a 50.000 km/h en el espacio nuestra sensación será la de viajar quietos, mientras que la sensación que tendría un espectador fuera del cohete sobre nosotros sería que nos movemos muy rápido. Pasa igual que en con la tierra. Si estamos tumbados en la cama pensamos que estamos quietos, pero en realidad nos estamos moviendo a miles de kilómetros por hora en el espacio con nuestro planeta. Ahora bien, si en esa nave disparamos una bala hacia delante, la bala se moverá alejándose de nosotros a la velocidad normal de una bala disparada. Sin embargo, para ese observador que nos miraba de fuera, la bala no se movería a los pocos kilómetros por hora con la que la hemos disparado, esta se movería a la velocidad de la nave más la del disparo. Dejando un hueco abismal entre la velocidad con la que percibimos la bala nosotros y el.

Ahora que ya sabemos que la realidad que percibimos es diferente dependiendo del observador, pasamos al mismo ejemplo utilizando la luz en vez de la bala. Si viajando en el cohete encendemos una linterna que proyecta un haz de luz a 300.000 km/seg, la luz viajará con respecto a nosotros a esa velocidad. Usando la lógica anterior, el observador externo debería ver la luz viajando más rápido que nosotros, a 350.000 km/seg, pero no es así. La velocidad de la luz es cosntante y no puede ser superada por nada, así que en este caso ambos observadores verían la luz moverse a la misma velocidad.

Esto significa que siempre veremos la luz viajar a la misma velocidad. Pasamos a la última parte del experimento, la que nos enseñará el flujo irregular del tiempo. Ahora estando dentro del cohete que viaja a 50.000 km/h, nosotros encendemos la linterna desde el suelo. La luz tardará en llegar al techo pongamos que un segundo. La luz en un sólo segundo a recorrido 5 metros de altura. Ahora el espectador de fuera, ve como nosotros hemos encendido la linterna, y en vez de ver que en un segundo, la luz ha recorrido esos 5 metros del suelo al techo, habrá visto como el haz de luz ha recorrido en el mismo tiempo varios cientos de metros. Los metros que hay desde que la luz sale del suelo del cohete hasta que llega al techo mientras se desplaza dentro del cohete recorriendo los metros que este vuele en ese segundo.

En definitiva, en el mismo tiempo, el mismo objeto, en este caso la luz, ha recorrido distancias direntes para dos personas diferentes. Es decir, para cada uno el tiempo ha fluido a una velocidad distinta al estar sujetos a sistemas diferentes. Por la misma razón el viajero de dentro del cohete sentira que el tiempo con respecto a su compañero de fuera pasa más despacio. Os dejo un vídeo con un ejemplo más gráfico abajo.

Teoría de cuerdas

Uno de los grandes problemas de la física consiste en aunar en una sola teoría las cuatro fuerzas que rigen el universo: fuerza nuclear débil, fuerza nuclear fuerte, gravedad y electromagnetismo. Todas menos las gravedad han podido ser unificadas para explicar los fenómenos naturales que ocurren en el universo. El problema radica en que la gravedad no puede explicar todos los eventos relacionados con ella a niveles subatómicos ya que no concuerda con los marcos teóricos de las otras tres fuerzas a niveles cuánticos.

Para intentar explicar la naturaleza mediante otra teoría existe la teoría de cuerdas. Este marco conceptual mantiene que la materia en vez e estar formada por átomos, esta formada por minúsculas cuerdas o fibras, que enroscadas a su alrededor contienen más dimensiones a parte de las 3 físicas que conocemos y del tiempo. Según esta teoría el total de dimensiones ascienden a 11, pero al estar contenidas en esas cuerdas diminutas son imposibles de ver para nosotros. El número de dimensiones contenidas en cada fibra varía dependiendo del espacio interno de las cuerdas, con lo que la combinación de dimensiones es casi infinita. Este amplio abanico de posibilidades implica que aún existen leyes físicas que desconocemos y a la vez son un rayo de esperanza para explicar la interacción de las cuatro fuerza primordiales del universo. El hecho de que dependiendo de las combinaciones de diferentes cuerdas lleve a la existencia de leyes físicas no presentes en nuestro universo significa que existen tantas realidades alternativas como universos factibles resultantes de esas combinaciones.

Paradojas temporales

Este post trata sobre los problemas que podemos encontrar al intentar manipular el pasado. Es un tema bastante fantasioso y con pocas bases científicas en su última parte. Para explicar esto, hay que pensar en términos de universos paralelos donde se pueden dar todo tipo de combinaciones posibles de eventos. Vamos a explicar esta parte primero.

En 1999 un equipo de físicos austriacos, estaba experimentando con unas moléculas con forma de pelota hechas de carbono llamadas fullerenos. El experimento consistía en lanzarlas contra una malla con múltiples agujeros, para ver por cual de ellos se colarían. Los científicos iban abriendo y cerrando los agujeros para recopilar datos de la cantidad de fullerenos que se colaban por los agujeros. Al final al recopilar los datos vieron el número de impactos que se registraron en el electrodo situado detrás de la malla era superior al que se podrían haber registrado contando la cantidad de fullerenos que habían pasado por los agujeros. de algún modo cada fullereno había pasado al mismo tiempo por todos los agujeros que estaban abiertos al mismo tiempo en un sólo instante cuando eran lanzados. Los austriacos dedujeron mediante este experimento que existen marcos diferentes para cada posible desenlace de un mismo evento, en otras palabras, hablaban de realidades alternativas. Cada fullereno había entrado por todos los agujeros por los que podía haber entrado a pesar de ser un único elemento. En el momento en el que la realidad se dividía ante sus posibles desenlaces, la misma molécula tomaba diferentes caminos. Este experimento aparece mejor detallado en el libro de Stephen Hawking El gran diseño.

Este efecto sólo se ha demostrado a nivel cuántico. Pero si todo lo que existe en el universo está formado por elementos cuánticos, eso significa que nuestra propia materia está en diferentes sitios a la vez, en posibles planos aislados del nuestro pero que comparten todas las posibilidades del que habitamos.

Partiendo de este punto. En el caso de poder viajar al pasado a través de agujeros de gusano como algunos físicos han propuesto (un supuesto altamente improbable), acabaríamos en el pasado de otro plano parecido al nuestro. Esto implica que las paradojas no se darían, y que podríamos por ejemplo matar a nuestro abuelo, sin que nosotros dejásemos de existir en ese mismo instante. La explicación viene del hecho de que nosotros al ser un elemento de otro plano, estamos sujetos a la historia de nuestro plano original, en el cual, si intentásemos matar a nuestro abuelo un elemento de la historia acabaría impidiéndolo, mientras que en el otro plano con una historia ligeramente diferente, podríamos matarlo y seguir existiendo ya que somos ajenos a su historia.

Manchas solares

Utilizando un buen telescopio capaz de bloquear gran parte de la luz del sol podremos apreciar unas manchas oscuras que se mueven sobre la superficie de la estrella. Estas manchas son zonas más frías que el resto de la superficie solar que está a 6.000 grados centigrados de temperatura. La actividad magnética del sol genera estas zonas oscuras que pueden ser más o menos abundantes dependiendo de su ciclo de actividad, llegando a sus picos más altos cada 11 años. Estas manchas son las que generan las emisiones de gas caliente ionizado, o plasma. Estos chorros de material solar salen despedidos cientos de kilómetros por encima de la superficie del sol para volver a caer en otra de las manchas. Durante este proceso se crean grandes arcos de fuego que son capaces de superar fácilmente el tamaño de la tierra.

Analizar elementos con luz

Cuando se necesita saber los componente de la atmósfera de un planeta o estrella, se recurre a la luz para identificarlos, ya que es imposible viajar tan lejos con medios humanos para efectuar mediciones más precisas. El proceso consiste en recoger la luz que atraviesa la atmósfera del astro en concreto para ver su espectro. Dependiendo de la gama de colores que tenga, se sabrá que elementos a atravesado esa luz, dando a los científicos las pistas necesarias para adivinar la composición de la atmósfera que están analizando. Se sabe que el hidrógeno hace que la luz que lo atraviesa se torne roja, mientras que otros elementos tienen un color que los identifican de la misma manera. Sin embargo estas mediciones no se pueden hacer en cualquier momento, han de efectuarse cuando el planeta en cuestión pasa por delante de su estrella, la cual actuará a modo de linterna sobre el planeta. El proceso para analizar la composición de las atmósferas de las estrellas es más simple ya que puede realizarse en cualquier momento recogiendo directamente su luz.

Este procedimiento es sumamente útil para los astrofísicos ya que los ayuda a entender los procesos que tienen lugar en los astros analizados.

La forma del sol

Normalmente diríamos que el sol tiene una forma esférica, casi como ocurre en la tierra exceptuando sus polos. Sin embargo el sol no es un cuerpo sólido, es una acumulación de gas incandescente donde las reacciones termonucleares procedentes de su centro, llenan de actividad la estrella. Estas reacciones a parte de generar la energía de la estrella y de lanzar al espacio grandes llamaradas, hacen que la voluble superficie del sol este agitándose continuamente. De hecho si utilizamos aparatos capaces de mirar la forma del sol en base a su actividad electromagnética, veremos que el sol se asemeja más a un globo hinchado de agua que está continuamente cambiando de forma mientras se mueve. El hecho de que lo veamos siempre como un disco perfecto en el cielo se debe a que la cantidad de luz que irradia es tan potente que no nos permite ver con claridad su verdadera forma. Para que pudiésemos apreciar su cambiante silueta tendríamos que bloquear gran parte de la luz que emite.