2010/12/07

Notas varias, collage claroscuro tirando al negro

Algunas notas, casi al azar, sobre gravitación cuántica y agujeros negros

Sobre espacio-tiempo y paradigma holográfico:
Conforme avanza nuestro conocimiento sobre el universo aparecen más interrogantes, vuelven las eternas preguntas que se han hecho los filósofos de todos los tiempos, aunque la perspectiva ha cambiado sustancialmente. Los principios básicos que vislumbramos sobre la gravedad cuántica nos indican que el propio espacio-tiempo no es el fundamental, eterno e inmóvil referente que siempre hemos creído sino que emerge de una entidad fundamental discreta (no continua) y su propia geometría debe estar inextricablemente ligada a las relaciones causales entre sucesos.

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Extraña luz de agujero negro:
Un agujero negro del que no salga nada (el caso clásico), ni presente al exterior ninguna manifestación cuando engulle materia con mucha entropía, sugiere una forma demasiado fácil de disminuir la entropía de la materia exterior al mismo. Conforme arrojáramos al agujero materia con gran entropía haríamos disminuir la entropía exterior. Serían agujeros por los que se “escaparía” el cumplimiento de la segunda ley de la termodinámica, la tendencia natural al aumento de entropía o desorden (ver nota final sobre la entropía). Desde el Bing Bang, una explosión en perfecto orden , la entropía total del Universo no ha dejado de crecer y así será hasta la llamada muerte térmica .


La extraña luz de los agujeros negros, bautizada como radiación de Hawking que fue quien la descubrió, devuelve desorden, entropía, a nuestro Universo que sigue degradándose sin remedio hasta su muerte final (la energía de la radiación calorífica es la energía más degradada). Sin esa tenue luz los agujeros negros engullirían, además de materia, desorden. El determinismo clásico los hace más negros pero menos reales… la realidad, por una vez, no es tan “negra” como la pintan.

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Dragones alados y agujeros negros:
Agujeros negros, agujeros de gusano, túneles en el espacio-tiempo, viajes en el tiempo, distorsión espacial y temporal, todos estos conceptos que parecen sacados de una novela de ciencia ficción, forman parte ya de la ciencia seria que se investiga en la actualidad, y no deja de ser una paradoja que la física, la ciencia más pura y dura, se ocupe de cuestiones, en otro tiempo, esotéricas. La materia a la que nos agarramos como lo más sólido, simple y real que tenemos se está convirtiendo, cada vez más, en algo lleno de misterio y complejidad. La física cuántica y la teoría de la relatividad general nos la presentan como algo siempre en movimiento que se confunde con el propio espacio y tiempo. Conforme tratamos de entender sus propias entrañas se nos aparece como formando una especie de entidad compleja que algún premio Nóbel no ha dudado en llamar: la materia-espacio-tiempo. Las extrañas criaturas que son los agujeros negros, con la curiosidad que han despertado entre los físicos, a comprender mejor el mundo que nos rodea. En cierta forma su negra belleza ha arrojado un rayo de luz sobre nuestro conocimiento del universo que nos cobija.



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Antes del Big Bang, la espuma cuántica:

La mecánica cuántica nos prepara en cierta forma la mente para imaginar la creación del Universo a partir de una nada cuajada de fluctuaciones cuánticas pre-espaciotemporales. Ya en el Universo actual nos enseña que el vacío es un verdadero hervidero de creación y aniquilación de partículas virtuales que, a distancias del orden de Planck, se convierte en la llamada "espuma" cuántica del espacio-tiempo. En ella nada de lo que conocemos y nos es familiar cuenta pues entramos en los dominios de la desconocida, hasta ahora, gravedad cuántica.
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Radiación de Hawking:
Conforme más sabemos de estas exóticas criaturas estelares, más nos sorprenden. Hemos descubierto que emiten radiación (llamada de Hawking) y no son tan negros como nos los pintaban; que el área de su horizonte de sucesos nos mide toda su entropía y nos delata la magnitud del desorden exterior que ha devorado, y que mueren en medio de un estallido de energía brutal. Parecía que nos lo querían esconder todo, y, sin embargo, nos cuentan cosas que sin ellos nunca habríamos sabido sobre el propio nacimiento del Universo y de su final, pues sus propiedades llevan años alumbrando la dirección que debemos tomar para descubrir la futura teoría de la gravedad cuántica: la llave del pasado y del futuro del Universo.

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Gravitación cuántica, distancia fundamental y teoría de cuerdas:
Una propiedad matemática tan elemental como es la no conmutatividad está en la base de lo que será la futura teoría de gravitación cuántica. Los retículos espaciales que sustituyen a las coordenadas no conmutan, es decir si X es el operador cuántico de la coordenada x e Y es el operador de la y, el producto XY es diferente al producto YX. Las coordenadas clásicas son simples números reales que por descontado son conmutables, pues da lo mismo multiplicar las coordenadas xy en ese orden o en el contrario yx. Esta diferencia tan abismal nos da una idea de la nueva complejidad necesaria para poder describir correctamente la realidad del espaciotiempo.

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Un abrazo amigos.

6 comentarios:

PG dijo...

Muy interesantes todos los artículos.
Quisiera hacer una consulta referida a una inquietud que me ha surgido días pasados leyendo un libro de Hawking, "El universo en una cáscara de nuez". Escribe en él Hawking: "Hace unos años se hizo un experimento para verificar la Relatividad de Einstein. Según ésta, para un observador que se mueva más rápido que otro, el tiempo pasará más despacio. Se hizo volar a dos aviones en sentidos opuestos. Uno de ellos iba a favor de la rotación terrestre, con lo que iba más rápido que el otro, que iba en contra de la rotación terrestre. Cada avión llevaba un preciso reloj atómico que estaba sincronizado con el otro antes del despegue. Cuando ambos aviones aterrizaron, horas después, se pudo comprobar que, en efecto, el reloj que viajó a favor de la rotación terrestre estaba levísimamente retrasado con respecto al otro."
Si no fuera que lo ha escrito un genio de la física, diría sin mas que es incorrecto. ¿De qué me estoy perdiendo? ¿Un avión que acompaña el sentido de rotación de la tierra irá mas rápido que otro que vaya en sentido contrario? O bien, un avión que vuele en sentido contrario a la rotación terrestre, ¿está en realidad frenando su movimiento? Pienso que acaso un observador espacial que no se encuentre influido por la rotación terrestre podría llegar a decir aquello. ¿Pero en el experimento los relojes no acompañan acaso al sistema referencial terrestre?
Siguiendo este razonamiento, si al experimento se hubiera añadido un reloj en reposo sobre la tierra, ¿éste hubiera mostrado que se retrazaría, en lugar de adelantarse, respecto al reloj del avión que vuela en sentido contrario a la rotación terrestre?
No comprendo esto que nos dice Hawking. ¿Acaso no es el movimiento relativo entre los dos aviones lo que ha de tenerse en cuenta para realizar los cálculos? Si sumamos a las velocidades la velocidad de rotación terrestre, ¿no estamos en realidad pensando en realidad en términos de espacio absoluto?

Abraham dijo...

Gracias por actualizar el blog, siempre estoy revisando para ver si has puesto algo nuevo y estoy seguro que muchos otros también lo hacen, la manera en que explicas las cosas es tan ilustrativa y entusiasta que se me hace mas fácil comprender estos fenómenos, una ves mas gracias y sigue adelante.
saludos y un fuerte abrazo!

Salvador dijo...

Hola amigo PG, una reflexión muy interesante. La cuestión es que el sistema inercial de referencia no lo podemos tomar en la superficie que se está moviendo respecto al centro de gravedad.Entonces si el avión va hacia el este llevará una velocidad V + veloc_av., respecto al sistema de referencia, y si va al oeste será V-veloc_av. Habrá tres tiempos diferentes, el sistema viajando a velocidad V, el que viaja a V + veloc_av. y el que viaja a V - veloc_av. que se corresponde con los resultados obtenidos en el experimento del que hablamos. Nanosegundos ganados: +273 en el vuelo hacia el oeste, y -59 en el vuelo hacia el este. Gracias y un abrazo.

Salvador dijo...

Gracias a ti Abraham. Un fuerte abrazo.

PG dijo...

Gracias por la respuesta Salvador; pero la pregunta es entonces: ¿por qué no se debe tomar el sistma de referencia en la superficie terrestre? ¿La atmósfera en la que vuelan los aviones no acompaña el movimiento de rotación? Entiendo que no se está hablando de naves espaciales.
Disculpe la insistencia. Es que no lo veo.
Un abrazo.

Salvador dijo...

Estamos hablando de movimiento y de relatividad especial, por lo que necesitamos un sistema de referencia inercial. Dado que tenemos un movimiento rotatorio (aceleraciones centrífuga-centrípeta) necesitamos tomar una referencia inercial en donde no se experimente ninguna aceleración de este tipo. Por esto los únicos puntos sobre la Tierra que se podrían tomar como referenciales serían los polos (están, prácticamente, en reposo respecto al centro de la Tierra), pero no cualquier punto arbitrario de la superficie. Saludos.