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Aida. El Secreto Está en la Unidad de Medida

No nos damos cuenta pero cuando aceptamos una condición como cierta realmente estamos vendiendo nuestra alma al Diablo; y esto… !no sólo pasa con las matemáticas!

 

UNA DOBLE ESCALA PARA “MEDIR” EL UNIVERSO:
Hoy día representa un misterio como se pudieron erigir las pirámides de Egipto. Dicen que los antiguos no conocían casi nada de matemáticas pero todas las evidencias sugieren algo muy distinto: realmente no pueden existir construcciones geométricas más perfectas. Sólo existe una posibilidad de poder erigir un monumento como la Gran Pirámide de Keops que condense en sus dimensiones no sólo una extrema perfección en sus relaciones geométricas sino que además sea un reflejo a escala, tanto de la Tierra como quizás, de todo el Universo. Si pudiera demostrarse que los Antiguos arquitectos utilizaron un conocimiento físico y matemático similar, aunque mucho más avanzado que el nuestro querría decir que realmente existió una civilización con un perfecto dominio tanto del espacio como del tiempo.
De ser esto cierto quizás las pirámides contengan un mensaje visible a simple vista: un mensaje geométrico escrito en todas y cada una de sus piedras. Como muchos autores sostienen lo que los antiguos pretendieron era “La cuadratura del círculo”. Según ellos sólo fue un intento, aunque como vamos a ver desde otro punto de vista, las conclusiones pueden ser distintas.
En el siglo XIX dimos un salto en el conocimiento matemático con la introducción de diferentes tipos de geometría consistentes con el espacio-tiempo. En términos generales podemos definirlas como geometrías esféricas o curvadas. El nexo de unión entre la geometría euclidea que habitualmente estudiamos en el colegio y la geometría esférica se puede condensar en el concepto de “curvatura”, un concepto igual de fundamental en el mundo físico.
Su aplicación práctica en la comprensión de los patrones que rigen el Universo no se hizo esperar mucho. Gracias a ella Einstein pudo desarrollar la teoría de la relatividad en la que se introdujo una descripción del espacio-tiempo que, como cabía esperar, lógicamente era curvado. Esto ha sido ampliamente demostrado.
Las matemáticas o, más concretamente, el tipo de geometría en que se basan siempre han ido por delante en el conocimiento profundo de los patrones que rigen el comportamiento del mundo “real” o natural. No es menos cierto que las matemáticas dependen totalmente de los números en que se basan y que solemos ver estos dispuestos solamente de forma lineal: es lo que conocemos como la métrica, la escala decimal o la recta “real”.
Por este motivo el nexo de unión entre estas diferentes variedades geométricas se basa precisamente en el Teorema de Pitágoras, que es el criterio que utilizamos para establecer si trabajamos con una “estructura” plana o curvada. Es lógico que así sea ya que comparamos ambos tipos de geometría con la única “herramienta” que disponemos para hacerlo: una escala lineal, que nos permite “triangular”.
Cuando definimos una función matemática lo que hacemos, en esencia, es otorgar a un número (o varios) un valor diferente de acuerdo con dicha función. Ambos valores, lógicamente, están vinculados por la propia definición. Ahora bien, a ambos lados de la ecuación trabajamos con los mismos valores; en otras palabras, todo lo que hagamos, matemáticamente hablando, está determinado (podemos conjeturar) por lo que los propios números nos permiten hacer. 
Podríamos pensar que esto es correcto si no fuera por un “pequeño” detalle; y es que, realmente, no sabemos cómo los números se organizan entre ellos. Todo lo que conocemos de los números lo sabemos a través de caminos indirectos, que son las funciones que habitualmente utilizamos, pero desconocemos si existe un patrón oculto que realmente determina su comportamiento o está en la base de todos los resultados. 
El razonamiento es el siguiente: si los números siguen un patrón de comportamiento (y esta es una de las “Conjeturas del Milenio”), este patrón será subyacente a cualquier estructura matemática que “montemos” gracias a ellos. Si esto fuera cierto cualquier concepto o construcción matemática que pensemos no sería correcta si entrara en contradicción con dicho patrón. En otras palabras, su existencia implicaría una correlación universal e intemporal independiente incluso de nuestra civilización y de toda nuestra ciencia matemática, ya que no podemos imaginar una forma diferente de contar que no sea de forma unitaria. Sería cierto que únicamente descubrimos, como en la naturaleza, los patrones ocultos y dado que estos pueden expresarse de forma matemática podría decirse, incluso, que los números representan el Universo. Física y matemática como sabemos son ciencias opuestas, pero absolutamente complementarias.
En matemáticas encontramos algunas anomalías, quizás la mayor de ellas sea la existencia de los números denominados imaginarios. Estos números no existen matemáticamente pero, curiosamente, son el mejor instrumento de que disponemos para representar gráficamente las principales manifestaciones del espacio-tiempo. No debemos subestimar su importancia porque una anomalía parecida, pero en un plano físico (no conceptual), fue la que permitió a Max Planck descubrir la mecánica cuántica, en un tiempo en el que todos estaban convencidos de que nuestro conocimiento físico ya estaba completado.
Trabajar con una única herramienta ciertamente condiciona nuestra forma de entender la realidad. Podemos expresar nuestra escala decimal en un plano de coordenadas, simplemente duplicándola. De esta manera tenemos unos ejes de coordenadas rectos que nos permiten describir todo tipo de manifestaciones espacio-temporales en un plano. Nuevamente podríamos decir que esto es correcto si no fuera por otro “pequeño” detalle relevante y es que el espacio-tiempo, como descubrió Einstein, también puede ser curvado, no sólo recto.
Tomemos un ejemplo algo más práctico. Normalmente definimos el valor de pi como un punto más dentro de nuestra escala decimal. Ya sabemos que este valor es muy especial, pues ha llegado a ser asimilado incluso con “Dios”. Ahora bien, respecto de lo que nos interesa, dicho valor puede representarse alternativamente tanto en una línea recta como también de forma curva; pero… si solamente utilizamos nuestra “métrica” una circunferencia no “cabe” en una línea recta.
Si realmente pensamos que es cierto que todo lo que ocurre a nuestro alrededor puede ser descrito de forma matemática realmente tiene poco sentido “complicarnos” la vida con conceptos físicos. Si prescindimos de ellos podríamos sustituir todas las magnitudes físicas de nuestras ecuaciones tan sólo por una medida unitaria (el valor unidad, 1). La unidad, como dijo Planck, es la unidad de medida más básica en nuestro Universo; cualquier manifestación puede ser reducida a la misma. No sólo un “cuanto” de Planck sino, incluso,todo el movimiento del Universo, como si de una “onda” o un “ciclo” se tratara.
Cualquier función o estructura matemática es independiente de las unidades de medida y, en el fondo lo que establece es una idéntica numérica que se da entre dimensiones matemáticas. Un ejemplo de esto es la función que define el volumen de una esfera: en función de un radio inicial (un número) determinamos su equivalente a nivel tridimensional (otro número). Toda función matemática, realmente vincula, conceptualmente, dimensiones diferentes.
Hoy día intentamos unificar todas las leyes de la física bajo una única y exclusiva formulación “físico”-matemática. La principal incoherencia es que intentamos unificar un mundo físico descrito en función de determinadas magnitudes físicas, con el mundo cuántico, donde el concepto físico de medición es totalmente irrelevante. Si queremos unificar ambos mundos es lógico pensar que el vehículo adecuado sea únicamente el matemático. En matemáticas no dependemos de las unidades de medida, todo se basa en relaciones. Cuando adaptamos estas al mundo físico lo único que hacemos es asignar magnitudes conocidas a los símbolos matemáticos, aunque realmente estas sean irrelevantes. Su única utilidad se deriva de la necesidad de establecer comparaciones que nos son habituales. Pero, realmente, también podríamos comparar sin utilizar unidades de medida: todo depende del contexto o del punto de vista. Todo es relativo.
Si las matemáticas son el vehículo adecuado hemos de centrar nuestra atención en estas. Y, sobretodo, darnos cuenta de que si queremos alcanzar una descripción total del Universo quizás necesitamos no sólo una escala matemática, sino de dos escalas entrelazadas entre ellas, como si de una partícula y una onda se tratara.
Ahora vamos sobre ellas. Antes piensa que vamos a hablar de dos escalas opuestas entre ellas pero, a su vez, complementarias. La 1ª está hecha con los números naturales, la 2ª con sus opuestos. Todo lo opuesto, como el frío y el calor, en el fondo es complementario.
Precisamente este es el comportamiento que encontramos en el “medio” físico donde todo se basa en los opuestos: los efectos electromagnéticos, la gravedad o la relatividad (dualidad masa-energía) son un buen ejemplo. En cambio las matemáticas justamente no nos permiten hacer esto.
Una precisa fundamental en matemáticas es que una solución no puede ser igual a su opuesta; en función de este criterio nos basamos para dar validez a las demostraciones. Es el criterio que se conoce como “reducción al absurdo” pero… ¿Qué pasaría si lo absurdo fuera lo correcto? Al fin y al cabo, el Universo parece tener un comportamiento totalmente paradójico. ¿No es cierto?
Vamos a abrir una brecha que ya está un tanto abierta. No siempre es cierto que una solución no pueda ser igual a su opuesta. Un ejemplo de esto son las elevaciones al cuadrado. Dos soluciones opuestas son equivalentes, aunque sea en una dimensión superior. El propio Teorema de Pitágoras también es un ejemplo de esto: dos líneas rectas opuestas formando un ángulo recto a 90º son iguales a una tercera, pero sólo cuando elevamos al cuadrado.
De esta incoherencia surgieron los números imaginarios, gracias a ellos una solución puede ser igual a su opuesta, pero claro, viendo esto siempre en un plano, no en una línea recta.
La mayor parte de las incoherencias matemáticas surgen precisamente cuando elevamos al cuadrado. Gracias a esta función podemos demostrar incluso resultados a priori “absurdos”. Lo más importante es que una solución y su opuesta pueden ser vistas como complementarias, de la misma manera que un número imaginario se compone de la misma manera: dos puntos situados en lados opuestos del plano. Bajo este contexto, como dijo Gödel, un matemático, siempre existirán soluciones que sean correctas pero que estén fuera del sistema. Matemáticamente nos referimos a ellas como soluciones absurdas o imaginarias, simplemente por el hecho de que la probabilidad de que sean ciertas es extremadamente pequeña; tanto o más que la probabilidad de encontrar un valor que pueda definir una circunferencia perfecta. No es casualidad que todas nuestras leyes físicas relevantes se basen también en los cuadrados y en manifestaciones espacio-temporales opuestas. Todas ellas pueden ser vistas de forma geométrica.
Seguramente nunca habrás oído hablar de ella, pero hace miles de años ya utilizaron una doble escala en las construcciones que llevaron a cabo. Como habrás adivinado me estoy refiriendo al Antiguo Egipto. En estas pirámides milenarias podemos observar que,misteriosamente se utilizaron dos escalas. La primera de ellas es el codo real, también llamado “codo egipcio” y la segunda, y aquí también reside el misterio, fue el metro: una unidad de medida que tan sólo podemos referenciar hoy día a la velocidad de la luz: la única referencia en nuestro Universo. Tampoco es casual que estas civilizaciones adoraran la Luz que el Sol representa.
Una parte del misterio lo podemos intentar comprenderlo ahora. Los “constructores” querían desviar nuestra atención no al metro, sino simplemente al concepto “unidad” para verlo simplemente de forma matemática, sin ninguna unidad de medida complementaria. Cuando hacemos esto nos damos cuenta de que, por ejemplo, la Gran Pirámide de Keops representa la Unidad, pues todas sus dimensiones están referenciadas a los valores áureos que, a su vez, se basan en la misma. Es indiferente hablar del diámetro unidad o del arco de una circunferencia, por ejemplo.
Esta equivalencia la observamos en todas sus dimensiones interiores. La Gran Pirámide se construyó utilizando tanto los números naturales en la que, por supuesto, la unidad es su representante, como en base al codo egipcio que, a su vez, sintetiza una escala formada por valores áureos. Tampoco es casualidad que dichos valores muestren sus correspondencias con los números naturales precisamente cuando “elevamos al cuadrado”. Las dos escalas están relacionadas pero en dimensiones diferentes, de la misma manera que encontramos este tipo de relaciones con los números naturales. Los números imaginarios son el nexo de conexión, siempre que sustituyamos estos por la “divina proporción” (una solución que, cuando hacemos su raíz cuadrada es igual a su opuesta). Todo puede ser considerado igual o diferente dependiendo del punto de vista, de la misma manera que podemos imaginar que una circunferencia no es más que un cuadrado “girando”. Esta perspectiva desde diferentes puntos de vista es incompatible con la utilización de una simple escala, y más si se trata de una escala lineal. Las matemáticas, como están planteadas, no te permiten otro punto de vista, metafóricamente no te dejan “elevar” el lápiz del papel y pensar de forma diferente. Algo no puede quedar demostrado si no es bajo su peculiar criterio.
Pongamos un ejemplo. La escala decimal no sólo se puede representar de forma lineal, también podemos pensar en ella como si de una “escalera” realmente se tratara. Simplemente sustituye el “cero” como indicador de posición (así es como actualmente lo usamos) por un “escalón”. Esta perspectiva diferente no distorsiona la concepción de escala decimal, dado que la misma, como la geometría, se comporta de forma fractal. Simplemente indicamos el cambio de posición en “vertical” en lugar de “horizontal”, pero la esencia no cambia. Si hacemos un esfuerzo incluso podemos contemplar la misma como si de una circunferencia se tratara: simplemente piensa que cada escalón de la misma, por pequeño que sea, siempre se compone de 10 escalones más pequeños. Si resulta complicado lo podemos ver de forma lineal: dado que toda nuestra escala decimal se puede representar de forma binaria, como si de 0s y 1s se tratara piensa en ella como si fuera el arco de una circunferencia, dando una gran vuelta. Si lo expresáramos en términos físicos diríamos que el tiempo también puede ser cíclico, no sólo lineal. ¿Puedes imaginar las consecuencias?
Si juntamos dos escalas como estas no necesitamos sólo una línea recta, también necesitamos un compás y un ángulo recto. Pero, aparte de esto, no necesitamos nada más. Lo que hoy día entendemos como relatividad y gravedad los antiguos lo veían como si de formas geométricas se tratarán. Este es el motivo de que el faraón venga siempre representado con dos atributos en sus manos: ambos son la síntesis de todo el conocimiento del Universo. Verdaderamente la civilización que construyeron las pirámides fueron dueños del espacio y el tiempo, los que los siguieron simplemente seguían este conocimiento.
Dicen que una teoría unificadora es complicada, simplemente por el hecho de que intentamos unificar conceptos, en apariencia, totalmente diferentes. La base de la teoría áurea es que no hagamos esto, que simplemente veamos ambos como complementarios: como la esfera y el cuadrado. También, ¡claro! adaptando geométricamente todos los conceptos matemáticos que no tienen una exacta correspondencia con el Universo que observamos.
Fueron los griegos los que, literalmente, “extrajeron” los números reales de la geometría para poder operar con ellos y proporcionarnos todos esos maravillosos teoremas matemáticos que aún hoy día, nos resultan imprescindibles. Lo que estamos haciendo es el camino inverso: devolvemos a los números naturales al lugar al que pertenecen. Bajo este concepto, tal y como los antiguos creyeron los números realmente son el Universo. 
La base de la Teoría Áurea se basa en no imponer ninguna condición de partida. Al hacer esto hacemos que las matemáticas sean relativas. Pero, al fin y al cabo, así es como el Universo se presenta.
No nos damos cuenta pero cuando aceptamos una condición como cierta realmente estamos vendiendo nuestra alma al Diablo; Y esto… !no sólo pasa con las matemáticas!

Ricard Jiménez

El negro final del Universo: ¿La energía oscura está devorando a la materia oscura?

El análisis de nuevos datos cosmológicos desafía el modelo estándar de la cosmología

La materia oscura es como el “andamiaje” en el que se desarrollan todas las estructuras del cosmos, por ejemplo, las galaxias. Sin embargo, nuevos hallazgos sugieren que está siendo devorada por la energía oscura. Estos descubrimientos desafiarían el modelo cosmológico estándar y además supondrían que el destino del Universo es acabar siendo ‘aburrido, enorme y vacío’.

Las cosmólogas de la Universidad de Roma analizaron los datos de galaxias captados por el Sloan Sky Digital Survey para estudiar la naturaleza de la materia oscura. Imagen: Sloan Digital Sky Survey. Fuente: Universidad de Portsmouth.

Las cosmólogas de la Universidad de Roma analizaron los datos de galaxias captados por el Sloan Sky Digital Survey para estudiar la naturaleza de la materia oscura. Imagen: Sloan Digital Sky Survey. Fuente: Universidad de Portsmouth.
Una investigación reciente ha proporcionado una nueva visión de la naturaleza de la materia oscura(hipotética materia que no emite suficiente radiación electromagnética para ser detectada con los medios técnicos actuales, pero cuya existencia se puede deducir a partir de los efectos gravitacionales que causa en la materia visible); y de laenergía oscura, un tipo de energía que estaría presente en todo el espacio, produciendo una presión que tiende a acelerar la expansión del cosmos. La investigación también ofrece una nueva perspectiva de cómo podría ser el futuro de nuestro Universo.

Cosmólogos de la Universidad de Portsmouth (Reino Unido) y de la Universidad de Roma (Italia) han encontrado más concretamente indicios de que la materia oscura está desapareciendo poco a poco en el cosmos, porque la energía oscura la está ‘devorando’.

Los hallazgos realizados han aparecido publicados en un artículo de la revista Physical Review Letters, en el que se sostiene que los últimos datos astronómicos obtenidos señalan un incremento de la energía oscura, a medida que esta interactúa con la materia oscura. Este hecho parece estar desacelerando el crecimiento de la estructura del cosmos.

El Universo y su destino

El profesor David Wands, Director del Institute of Cosmology and Gravitation de la Universidad de Portsmouth y uno de los miembros del equipo de investigación explica en un comunicado de dicha Universidad que: “Este estudio es sobre las propiedades fundamentales del espacio-tiempo. En una escala cósmica, nos habla de nuestro universo y su destino”.

“Si la energía oscura está creciendo y la materia oscura desapareciendo, vamos a terminar con un gran y aburrido Universo vacío”, añade Wands. Esto es porque “la materia oscura proporciona un marco para el crecimiento de las estructuras del cosmos. Las galaxias que vemos, por ejemplo, han crecido en ese andamiaje. Sin embargo, nuestros hallazgos sugieren que la materia oscura se está evaporando”.


¿Cambio de paradigma en Cosmología?

La Cosmología se sometió a un cambio de paradigma en el año 1998, cuando los investigadores anunciaron que la velocidad de expansión del universo se estaba acelerando.

La idea de una energía oscura constante a lo largo del espacio-tiempo (la “constante cosmológica”) se convirtió entonces en el modelo estándar de la cosmología, pero ahora los investigadores de Portsmouth y Roma creen que han encontrado una mejor descripción, incluyendo la transferencia de energía entre la energía oscura y la materia oscura.

Las estudiantes e investigadoras Valentina Salvatelli y Najla Said, de la Universidad de Roma, trabajaron en Portsmouth con el Dr. Marco Bruni y el profesor Wands; y en Roma con el profesor Alessandro Melchiorri. El equipo examinó los datos de una serie de registros astronómicos, entre ellos los del Sloan Digital Sky Survey, y utilizaron el crecimiento de la estructura revelada por estos registros, para probar diferentes modelos de energía oscura.

Profesor Wands explica: “Valentina y Najla pasaron varios meses aquí durante el verano analizando las consecuencias de las últimas observaciones. Mucho más datos están disponibles ahora que en 1998, y parece que el modelo estándar ya no es suficiente para describirlos todos. Creemos que hemos encontrado un modelo mejorado de la energía oscura”.

“Desde finales de 1990, los astrónomos se han convencido de que algo está causando la aceleración de la expansión de nuestro universo. La explicación más simple es que el espacio vacío – el vacío – tiene una densidad de energía que es una constante cosmológica. Sin embargo, cada vez hay más evidencias de que este modelo simple no puede explicar toda la gama de datos astronómicos registrados y a los que en la actualidad se tiene acceso. En particular, el crecimiento de la estructura cósmica, de las galaxias y de los cúmulos de galaxias, parece ser más lento de lo que cabría esperar”, concluye Wands.


Referencia bibliográfica:

Valentina Salvatelli, Najla Said, Marco Bruni, Alessandro Melchiorri, David Wands. Indications of a Late-Time Interaction in the Dark Sector. Physical Review Letters (2014). DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.181301.

http://www.tendencias21.net/El-negro-final-del-Universo-La-energia-oscura-esta-devorando-a-la-materia-oscura_a38290.html

Qué hora es?

CORBIS; CIENTÍFICO AMERICANO ES UNA MARCA DEL CIENTÍFICO AMERICANO, INC., Utilizada con permiso

Esa simple pregunta es, probablemente, más a menudo pidió hoy que nunca. En nuestra sociedad reloj-tachonado, la respuesta es nunca más que un vistazo de distancia, por lo que puede particionar felizmente nuestros días en incrementos cada vez más pequeños para las tareas cada vez más estrechamente programados, la confianza de que siempre sabremos es 19:03

Revelaciones científicas modernas sobre el tiempo, sin embargo, hacen la pregunta sin cesar frustrante. Si buscamos un conocimiento preciso de las veces, lo infinitesimal elusiva de “ahora” se disuelve en una bandada de dispersión de nanosegundos. Obligado por la velocidad de la luz y la velocidad de los impulsos nerviosos, nuestras percepciones del presente esbozo del mundo tal y como era hace un instante, por todo lo que nuestra conciencia pretende lo contrario, nos puede nunca ponerse al día. Incluso, en principio, la sincronía perfecta se nos escapa. Relatividad establece que, al igual que un jarabe extraño, el tiempo fluye más lento en los trenes en movimiento que en las estaciones y más rápido en las montañas que en los valles. El tiempo para nuestro reloj de pulsera no es exactamente el mismo que el tiempo para nuestra cabeza. Es más o menos 19:04

Nuestras intuiciones son profundamente paradójico. El tiempo cura todas las heridas, pero también es el gran destructor. El tiempo es relativo, pero también implacable.Hay tiempo para cada cosa bajo el cielo, pero nunca hay suficiente. El tiempo vuela, se arrastra y razas. Segundos pueden ser a la vez dividida y se estiró. Al igual que la marea, el tiempo no espera a nadie, pero en los momentos dramáticos que también se detiene. Es tan personal como el ritmo de uno de los latidos del corazón, pero tan público como la torre del reloj en la plaza del pueblo. Hacemos nuestro mejor esfuerzo para reconciliar las contradicciones. Parece 19:05

Y, por supuesto, el tiempo es dinero. Es el socio de cambio, el antagonista de la velocidad, la moneda en la que se presta atención. Es nuestro más preciado, mercancía irreemplazable. Sin embargo, todavía decimos que no sabemos a dónde va, y dormimos un tercio de distancia de ella, y ninguno de nosotros realmente podemos dar cuenta de lo mucho que nos queda. Podemos encontrar 100 maneras de ahorrar tiempo, pero la cantidad restante, sin embargo, disminuye de manera constante. Ya es 19:06

El tiempo y la memoria de forma a nuestras percepciones de nuestra propia identidad.Podemos sentirnos a nosotros mismos para estar en la misericordia de la historia, sino que también nos vemos a nosotros mismos como agentes libres de voluntad del futuro. Esa concepción es preocupante en desacuerdo con las ideas de los físicos y filósofos, sin embargo, ya que si el tiempo es una dimensión como las de espacio, a continuación, ayer, hoy y mañana son todos igual de concreto y determinado. El futuro existe tanto como lo hace el pasado; es sólo en un lugar que todavía no hemos visitado. En algún lugar, es 19:07

“El tiempo es la sustancia de que estoy hecho”, escribió el escritor argentino Jorge Luis Borges. “El tiempo es un río que me arrebata, pero yo soy el río; es un tigre que me destroza, pero yo soy el tigre; es un fuego que me consume, pero yo soy el fuego. “Este número especial de la revista Scientific American resume lo que la ciencia ha descubierto acerca de cómo impregna tiempo y guías tanto nuestro mundo físico y nuestro ser interior. Ese conocimiento debe enriquecer la imaginación y proporcionar ventajas prácticas a cualquier persona con la esperanza de ganarle al reloj o al menos permanecer en el paso con él. Ahora es 19:08 sincronizar sus relojes.

LOS EDITORES editors@sciam.com

http://www.scientificamerican.com/article/what-time-is-it/

Los universos paralelos no solo existen, sino que además se influyen unos a otros

Científicos de Australia y EEUU publican en ‘Physical Review X’ una nueva teoría sobre los mundos múltiples
Un equipo de investigadores de la Universidad Griffith, en Australia, y de la Universidad de California, en Estados Unidos, proponen que los universos paralelos no solo existen sino que, además, interactúan entre ellos influyéndose unos a otros con una sutil fuerza de repulsión. Es decir, que en lugar de evolucionar de forma independiente, estos mundos cercanos se condicionan. Los investigadores creen que su teoría podría ayudar a explicar algunos de los fenómenos más extraños de la mecánica cuántica. Por Yaiza Martínez.

Multiverso. Fuente: Everystockphoto.

Multiverso. Fuente: Everystockphoto.
El concepto de universos o mundos paralelos hace referencia a la existencia de varios universos o realidades relativamente independientes, y ha alimentado la imaginación de los creadores de ciencia ficcióndurante décadas.

Así, encontramos numerosos ejemplos de ello entre la novela de 1884,Planilandia: Una novela de muchas dimensiones de Edwin Abbott Abbott y la película de Robert Zemeckis de 1985, Regreso al futuro, en la que el protagonista viaja al pasado y, cuando regresa, se encuentra con un futuro alternativo, por mencionar solo dos casos.

Pero, ¿acaso tiene este concepto una base científica? Parece ser que sí, pues el desarrollo de la mecánica cuántica(que se ocupa del estudio del mundo material a nivel microscópico), la búsqueda de una Teoría del Todo (que explique y conecte todos los fenómenos físicos conocidos) y otras hipótesis de la física actual han hecho entrever la posibilidad de la existencia de múltiples dimensiones y universos paralelos conformando un multiverso (un universo compuesto por múltiples universos).

De hecho, según explicaba en Tendencias21 en 2007 el físico del Laboratorio de Física Subatómica y de Cosmología de Grenoble, Aurélien Barrau, desde la ciencia “existen buenas razones para considerar seriamente la interpretación de muchos mundos de Hugh Everett”.

Una de ellas es bien conocida: la paradoja del gato de Schrödinger. En un experimento imaginario ideado en 1935, se encerró a un gato en una caja opaca con veneno. El animal tenía el 50% de probabilidades de vivir o morir, antes de que la caja se abriese y un observador “colapsara” o determinase una opción u otra. Sin embargo, si los universos paralelos realmente existiesen, nos dicen los físicos, ninguna de estas dos opciones sería más verdadera que la otra: el gato seguiría vivo en un universo y muerto en otro universo paralelo.

Lo curioso es que esta tercera opción, completamente contraintuitiva, permitiría explicar paradójicas cuestiones que emergen de la mecánica cuántica. Por eso, como explica Barrau, la física cuántica “se encuentra probablemente entre las primeras ramas de la física que han conducido a la idea del multiverso”.


La paradoja cuántica del "gato de Schrödinger" vista desde el punto de vista de la interpretación de los universos múltiples. Imagen: Christian Schirm. Fuente: Wikipedia.

La paradoja cuántica del “gato de Schrödinger” vista desde el punto de vista de la interpretación de los universos múltiples. Imagen: Christian Schirm. Fuente: Wikipedia.
Universos paralelos que se influyen

Desde esta perspectiva de búsqueda de explicaciones a los fenómenos más incomprensibles de la mecánica cuántica desde los universos paralelos, trabaja un equipo de investigadores de la Universidad de Griffith y el Centro Griffith de Dinámica Cuántica, en Australia; y de la Universidad de California, en Estados Unidos.

En este caso, lo que los investigadores proponen –y en esto radica la novedad de su planteamiento- es que los universos paralelos no solo existen sino que, además, interactúan entre ellos influyéndose entre sí por una sutil fuerza de repulsión. Es decir, que en lugar de evolucionar de forma independiente, estos mundos cercanos se condicionan unos a otros.

Los científicos Howard Wiseman, Michael Hall y Dirk-Andre Deckert muestran, además, en un artículo publicado en la prestigiosa revista Physical Review X, que tal interacción podría explicar todos los elementos extraños de la mecánica cuántica que, cuando se aplica a escala macroscópica, “parecen violar las leyes de causa y efecto”.

Según un comunicado emitido por la Universidad Griffith a través de Eurelakert, el profesor Wiseman y sus colaboradores proponen más concretamente lo siguiente. Por un lado, que el universo que experimentamos es sólo uno entre un número gigantesco de mundos. Algunos de estos son casi idénticos al nuestro, pero la mayoría son muy diferentes.

Por otro lado, los científicos plantean que todos estos mundos son igualmente reales, existiendo continuamente a través del tiempo; y que poseen propiedades precisas. Asimismo, señalan que todos los fenómenos cuánticos surgen de una fuerza universal de repulsión entre los mundos ‘cercanos’ (es decir, similares), que tiende a hacer que estos sean más disímiles.

Michael Hall asegura por último que su teoría, bautizada como “Muchos Mundos en Interacción” (“Many-Interacting Worlds”) podría incluso generar una posibilidad extraordinaria: probar la existencia de otros mundos (prueba que, por cierto, también están buscando investigadores del Instituto de Física Teórica Perimeter, de Canadá, con una simulación informática).

Hall explica sobre “Muchos Mundos en Interacción” que su belleza radica en que, “si hay un solo mundo, esta teoría se reducirá a la mecánica newtoniana; pero si hay un número gigantesco de mundos reproducirá la mecánica cuántica”. Dicho enfoque por tanto, añade el físico, “predice algo nuevo que no es ni teoría newtoniana ni teoría cuántica”.

“Creemos que, al proporcionar una nueva imagen mental de los efectos cuánticos, (esta teoría) resultará útil en la planificación de experimentos destinados a probar y explotar los fenómenos cuánticos”, por ejemplo, en ámbitos como la dinámica molecular, donde juegan un importante papel en las reacciones químicas.

Pendiente de pruebas

A modo de conclusión, retomamos las palabras de Barrau, que nos dice “bien podría ser que la idea entera de múltiples universos sea engañosa. También que el descubrimiento de las leyes más fundamentales de la física vuelvan obsoletos los mundos paralelos en unos cuantos años o que con el multiverso la ciencia esté entrando en un camino sin retorno”.

“La prudencia es una máxima cuando la física nos habla de los espacios invisibles. Pero también podríamos encontrarnos ante un profundo cambio de paradigma que revolucionaría nuestra comprensión de la naturaleza y que abriría nuevos campos de posibles pensamientos científicos”. Mientras llegan o no las pruebas, y por fortuna, en el universo paralelo de la imaginación los múltiples mundos siguen generando realidadesapasionantes.


Referencias bibliográficas:

Michael J. W. Hall, Dirk-André Deckert, Howard M. Wiseman. Quantum Phenomena Modeled by Interactions between Many Classical Worlds. Physical Review (2014). DOI: 10.1103/PhysRevX.4.041013.

http://www.tendencias21.net/Los-universos-paralelos-no-solo-existen-sino-que-ademas-se-influyen-unos-a-otros_a38254.html

Científico: “Es posible viajar en el tiempo”

De construirse una máquina del tiempo, una vez conectada lo primero que recibiremos será un mensaje desde el futuro, uno que quizá nos habremos mandado nosotros mismos. Así lo cree Ronald Mallet, físico teórico de la Universidad de Connecticut.

Los cálculos de Mallet no indican que el aparato deba tener grandes dimensiones o un aspecto similar a una cabina de ascensor, como se han encargado de hacernos creer la literatura y el cine de ciencia ficción. Podría consistir simplemente en un haz de rayos láser que permita utilizar la energía luminosa para curvar el tiempo. Eso se podrá conseguir mediante espejos e instrumentos ópticos dispuestos debidamente, cree el científico.

Durante un tiempo el científico investigó los agujeros negros porqué creía que saber más sobre ellos nos permitiría comprender mejor los viajes intertemporales, pero ahora admite que utilizó los estudios sobre esos objetos celestes en parte también “como tapadera”, revela el sitio web Guardian Liberty Voice. La razón de ello es que entonces hablar sobre viajes en el tiempo se consideraba una locura. De todas formas, lograr reproducir las condiciones de los agujeros negros en la Tierra ayudaría a avanzar en el estudio de los viajes por el tiempo, pues se cree que el espacio-tiempo se enrosca alrededor de estos objetos espaciales.

Mallet insiste en que sus investigaciones se circunscriben a los cálculos matemáticos teóricos y que la construcción del aparato correspondería a los físicos experimentales. Asegura, no obstante, que en los desplazamientos hacia delante o hacia atrás en el tiempo no hay nada improbable, siempre que se disponga de una máquina del tiempo conectada como punto de partida y punto de llegada.

Los primeros ‘viajeros’ en el tiempo serían los códigos binarios, capaces de transmitir cualquier objeto en forma virtual. En esa etapa ni se podría hablar de enviar un mensaje al período jurásico, puesto que los dinosaurios lo tendrían harto difícil para descifrar códigos binarios.

Si la máquina del láser estuviera conectada durante 200 años consecutivos sería posible mandar mensajes binarios a cualquier momento puntual dentro de este periodo de dos siglos, asegura el profesor. De todas formas es poco probable que utilicemos esta hipotética máquina para visitar a nuestros futuros yoes durante el fin de semana o para entablar amistad con los hombres prehistóricos, ya que lo más seguro es que su acceso esté muy restringido y solo se utilicen para prevenir sobre desastres naturales.

http://actualidad.rt.com/ciencias/view/145588-viajes-maquina-tiempo-posible

La nueva física abre una nueva imagen del universo

La mecánica cuántica nos introduce en un universo holístico y borroso
Las grandes cuestiones metafísicas no pueden ser respondidas sin atender a la imagen de lo real que hoy proporcionan las ciencias físicas. . La física cuántica desarrollada en el siglo XX ha constatado una arquitectura fenomenológica que exige una revisión crítica de los presupuestos ontológicos clásicos. Sin duda nuestra concepción ilustrada de la realidad ha de abrirse a la luz de la física moderna y prepararse para una nueva cosmovisión de referencia que oriente el desarrollo del nuevo humanismo científico. Por Manuel Béjar.

 

El físico alemán Werner Heisenberg en 1933. Fuente: Wikipedia.

El físico alemán Werner Heisenberg en 1933. Fuente: Wikipedia.

La metafísica no se reduce a la física, pero, si quiere estar referida a la razón, debe contar con la imagen del universo que hoy nos proporcionan las ciencias físicas. En un artículo anterior publicado en Tendencias21 de las Religiones reflexionamos en general sobre el lenguaje de la física.

En un segundo artículo comentamos la imagen del universo que instauró durante siglos la mecánica clásica, mostrando por qué el rígido determinismo inicial acabó entrando en crisis por razón de los principios estadísticos que eran necesarios para la misma mecánica clásica.

En este tercer artículo abordamos ya la gran cuestión sobre el lenguaje y la ontología de la mecánica cuántica. Finalmente, en un cuarto artículo seguiremos abordando igualmente el análisis de las consecuencias de la mecánica cuántica en nuestra imagen del universo y las grandes cuestiones metafísicas.

El lenguaje de la física cuántica

La novedosa mecánica cuántica de la segunda década del siglo XX supuso una revolución epistemológica en la ciencia física. Si ya la mecánica estadística decimonónica asestó un duro golpe a quienes pretendían explicar el Universo a partir de un conjunto determinista de ecuaciones diferenciales con unas condiciones iniciales concretas, el desarrollo de la física cuántica hizo prevalecer las predicciones estadísticas sobre las deterministas.

El indeterminismo cuántico de Niels Bohr y otros fundadores derrocaba a la epistemología newtoniana de un universo determinista descrito por leyes universales y necesarias. El nacimiento de la física cuántica traería consigo el desarrollo de un nuevo lenguaje físico, más técnico y sorprendente.

Los experimentos de finales del siglo XIX y principios del XX que provocaban la interacción entre luz y materia producían resultados inexplicables en el marco clásico. La incidencia de luz sobre una lámina de metal producía un espectro de electrones (efecto fotoeléctrico) con distintas velocidades cuyas características sobrepasaban cualquier explicación clásica. Del mismo modo, el estudio de la interacción de luz con las paredes de un cuerpo negro, originaba un espectro térmico que desafiaba a la estadística clásica de Maxwell-Boltzmann.

Otros resultados como el discreto espectro de luz que emitían los átomos de la materia, o los fenómenos de interferencia y difracción de luz por la estructura de la materia, no hacían sino poner en entredicho la teoría clásica y sugerir la introducción de nuevos conceptos en el lenguaje de la física cuántica.

La mecánica cuántica es una teoría unitaria que admite la superposición de diferentes estados del sistema, cuyo lenguaje descriptivo asume discontinuidad, indeterminismo y no-localidad. El estado de un objeto cuántico puede ser una combinación lineal de distintos estados cuánticos, que evolucionan unitariamente en el tiempo, sin perder la coherencia de la superposición.

Por ejemplo, un electrón en el régimen cuántico, es descrito por una función de estado que lo ubica simultáneamente en dos regiones distintas, correspondientes a dos estados en coherencia cuántica. Si el sistema cuántico está suficientemente aislado del entorno, la evolución temporal unitaria de la función de onda, simétrica en el tiempo, mantiene la coherencia cuántica de los estados superpuestos; es decir, el electrón sigue, simultáneamente, distintos caminos cuánticos.

El proceso de reducción del estado cuántico, la medida de un sistema cuántico, supone una pérdida, con carácter absoluto, de la relación de fase (coherencia) entre los estados en superposición. Una vez se mide un observable del sistema, el sistema se encuentra en uno de los anteriores estados en superposición coherente.

Se trata de un proceso que impide al sistema revertir el efecto de la medida y volver al estado de superposición cuántica. La reducción del vector de estado es pues, un proceso asimétrico en el tiempo que no evoluciona unitariamente. La medida cuántica sigue una evolución no unitaria y temporalmente asimétrica.

Como vemos, el lenguaje de la física cuántica incluye ya toda una terminología basada en la posibilidad de describir la evolución de una multiplicidad de estados físicos simultáneos que no son observables. Las leyes estadísticas permiten describir los patrones clásicos que resultan tras una sucesión de medidas cuánticas. Las fluctuaciones cuánticas impiden en general predecir el estado clásico concreto que emerge tras un proceso de medida.

Sin embargo, estas fluctuaciones son balanceadas cuando el número de medidas es suficientemente elevado para que se forme un patrón estadístico. En el límite clásico las fluctuaciones cuánticas se anulan y el proceso estocástico de la medida se reduce a una simple medición clásica bien determinada.

Con el desarrollo exitoso de la mecánica cuántica se intensifica el proceso de tecnificación del lenguaje físico y surgen nuevos conceptos sin referencia en la física clásica, que originan nuevas carencias ontológicas. Desprovistos de un soporte ontológico bajo el ras del lenguaje matemático de la física cuántica es muy razonable caer en un idealismo formal, que tan solo es una interpretación bastante reduccionista de la realidad con altas probabilidades de rozar un cierto irracionalismo causal. Esto es, entender la realidad como una manifestación sin causas: un epifenómeno cuántico que se liga muy fácilmente con la idea de un mundo ideal entendido como la fenomenología de una información cuántica sin más soporte ontológico que ella misma.

Del indeterminismo al irracionalismo causal

El nuevo lenguaje de teoría cuántica queda globalmente caracterizado por el principio de indeterminación de Heisenberg: es imposible conocer con exactitud, simultáneamente, la posición y velocidad de una partícula. Tanto más indeterminado es el valor de la posición de un electrón cuanto más precisa es la medida de su velocidad, y viceversa.

En el lenguaje técnico de la física cuántica se dice que posición y momento son magnitudes conjugadas. Al igual que la posición y el momento, magnitud que resulta del producto de la velocidad por la masa de la partícula, son magnitudes conjugadas, existen otros ejemplos físicos como el tiempo y la energía.

Antes de la medida de la posición de un electrón, la interpretación canónica de la teoría cuántica afirma que existe una nube de carga negativa espacialmente distribuida, sin una posición concreta. Posteriormente, una vez realizada la medida cuántica, observamos un sistema físico con posición bien definida (en el instante mismo de la medida), es decir, una partícula puntual: un electrón con una determinada posición. ¿Qué es, pues, el electrón: onda o partícula?

A la vista de los experimentos, Bohr concluyó que el electrón es una onda y una partícula: una ondícula. De acuerdo con su principio de complementariedad, la naturaleza del mundo físico sólo es inteligible en términos de conceptos complementarios que se manifiestan, de un modo (onda- momento) u otro (partícula-posición), según las condiciones experimentales.

La naturaleza ondulatoria de la materia que anticipó de Broglie con el principio de dualidad onda-corpúsculo fue desarrollada con mayor precisión matemática por Schrödinger, quien obtuvo una ecuación diferencial que determinaba la evolución de la onda. La famosa ecuación de Schrödinger es el análogo cuántico para las ondas de las ecuaciones clásicas de Maxwell que describen los fenómenos electromagnéticos.

Los electrones –superada ya la idea atomista clásica de las partículas esféricas macizas– se concebían como ondas de densidad de carga cuya evolución era predicha por la ecuación de Schrödinger. Esta interpretación, factible en sistemas electrónicos confinados (como el átomo), fracasaba cuando las partículas eran libres, pues la onda de carga se desperdigaba rápidamente por todo el espacio.

El esparcimiento espacial de la onda suponía que las partículas no tenían una posición bien definida sino que se asemejaban a una especie de nube electrónica. Desde la perspectiva de la física cuántica, el átomo se concebía como una pobremente definida y ligera nube electrónica alrededor de un diminuto núcleo pesado y positivo, cuya forma dependían de las condiciones físicas del entorno. Esta idea de los electrones no podía comprenderse a la luz de los experimentos con electrones libres que eran casi siempre detectados dentro de una cierta región especial limitada.

Fue Born quien propuso que la función de onda de la ecuación de Schrödinger se interpretara como una densidad de probabilidad; es decir, la probabilidad matemática de encontrar el electrón en una cierta región espacial. El punto de vista de Bohr restringe el alcance de la función de onda como descripción precisa de una sola partícula (electrón) en el régimen cuántico. La interpretación de Born sobre la función de onda, tan acorde con los resultados experimentales donde intervienen muchas partículas, fracasa cuando el sistema físico bajo estudio es una sola partícula.

En este caso, debido a fluctuaciones cuánticas, no es posible determinar, con mayor precisión que la permitida por el principio de Heisenberg, el momento y posición de la partícula individual. En el mejor de los casos es posible restringir una región espacial donde existe la máxima probabilidad de encontrar al electrón después de medir su posición, sin certeza de que tal predicción ocurra finalmente.

La nube electrónica se interpretó en el lenguaje matemático como una nube de probabilidad que, pudiendo localizarse por todo el espacio físico, permanece más o menos confinada en una región espacial donde la función de onda marca probabilidades más altas. Al medir la posición de electrones que tuvieran la misma función de onda, se alcanzaría un patrón de medida cuya distribución espacial coincidiría con la predicha por la función de onda.

La mayoría de las medidas daría una posición del electrón próxima al máximo de la función de onda y sólo tras muchas medidas más se apreciaría una distribución de electrones alejados de dicho máximo. La facilidad de la mecánica cuántica para describir con gran precisión las probabilidades de transición entre distintos estados cuánticos (órbitas estacionarias de un átomo) permitió la consolidación, hasta nuestros días, de la interpretación estocástico-estadística de la teoría cuántica.

En rigor positivista, la actuación del aparato de medida sobre el sistema observado modifica su estado físico previo de tal manera, que la medida cuántica genera un sistema físico distinto al que se pretendía estudiar.

Siguiendo esta epistemología empirista radical, los positivistas llegaron a la conclusión de que no tiene sentido hablar de las propiedades previas de un sistema físico: las nubes electrónicas no tienen propiedades físicas hasta que no les son atribuidas por una determinada observación experimental. La posición o el momento de un electrón no son propiedades internas del ente físico, sino adquiridas momentáneamente en un proceso de medida.

De acuerdo con el lenguaje de la teoría cuántica estándar los estados físicos de los sistemas cuánticos evolucionan unitariamente y deterministamente bajo el rectorado de la ecuación de Schrödinger. Consecuentemente, todo sistema en superposición cuántica no puede transformarse en un estado concreto clásico.

Una vez más, la teoría física no se adecua correctamente a la experimentación, puesto que no se observan sistemas físicos en estados cuánticos superpuestos. La observación es el resultado clásico de la medida de alguna magnitud del sistema. El hecho de medir un sistema cuántico produce la pérdida de coherencia cuántica interna y genera un proceso no unitario e indeterminista que finaliza en la concreción del estado clásico.

Con el principio de complementariedad de Bohr, la epistemología de la física cuántica retoma la propuesta inicial de de Broglie plasmada en su principio de la dualidad onda-corpúsculo. En vez de reconsiderar la nebulosa ontología de los experimentos cuánticos, la ciencia física se consagró a un lenguaje técnico sin cabida para el discernimiento ontológico. Los grandes físicos condujeron a la ciencia del mundo físico hacia una década dorada de relevantes descubrimientos en el campo de las partículas elementales y sus interacciones fundamentales; aunque a un elevado precio: la pérdida de todo sustrato físico donde basar los fenómenos cuánticos.

Fueron los grandes momentos del positivismo físico-matemático donde Bohr y el prestigioso matemático John Von Neumann parecían dar por definitiva la doctrina que reducía la ontología a una triunfante epistemología de predicciones físicas basadas en complejos cálculos matemáticos.

Von Neumann enfatizó la dimensión lógica y coherente del formalismo cuántico hasta construir una estructura matemática, el teorema de von Neumann, que corroboraba el principio de complementariedad de Bohr. En él se afirma que es imposible verificar experimentalmente cualquier teoría causal que prediga de modo determinista el comportamiento de un sistema físico individual.

Con otras palabras, la teoría cuántica de Bohr contiene todo el conocimiento accesible de la naturaleza. La ausencia de trayectorias cuánticas, las incertidumbres en la posición y momento de una partícula cuántica, no son limitaciones propias del desarrollo tecnológico-experimental sino consecuencias físicas manifiestas de la ausencia de leyes sub-cuánticas que determinen la evolución física.

En última instancia, el teorema de von Neumann niega cualquier interpretación causal que explique por qué una partícula se detecta en un determinado lugar. Es decir, no hay explicación posible para la existencia de las fluctuaciones cuánticas observadas experimentalmente en sistemas de partículas individuales. El azar, la arbitrariedad es la ley estocástica fundamental que rige los sistemas cuánticos. Sólo un sistema de muchas partículas, donde se contrarresten dichas fluctuaciones, puede ser descrito con determinación estadística sujeta a caprichosos golpes de suerte en la naturaleza del mundo físico.

A continuación enumeramos las tres primeras afecciones ontológicas consecuentes con el nuevo lenguaje de la física cuántica, de un total de siete que presentamos en este artículo (y en el siguiente, en que concluiremos esta reflexión sobre la mecánica cuántica).

1) Fin del determinismo ontológico

El principio de incertidumbre invalida cualquier referencia a leyes causales que predijeran resultados bien determinados. La incertidumbre en las condiciones iniciales de las partículas supone el fin del determinismo en la ciencia física. No es posible conocer la evolución futura exacta de una partícula sin medir con precisión absoluta su posición y velocidad.

Sin importar cuán sofisticado sea el diseño instrumental de un experimento, la precisión de la medida de dos magnitudes conjugadas (momento-posición, energía-tiempo) no puede ser inferior al límite establecido por Heisenberg: la mitad del cuanto mínimo de acción (h).

La incertidumbre cuántica no es solamente una limitación experimental que impide conocer simultáneamente la posición y la velocidad precisas de una partícula. La física cuántica describe una realidad cuántica donde las magnitudes clásicas como la posición y la velocidad no están bien definidas.

No solamente la partícula clásica pierde sus atributos clásicos. También la misma idea clásica de partícula se desvanece en favor de una existencia cuántica distinta. En consecuencia, el determinismo causal propio del lenguaje de la física clásica se resiente ante un tipo de existencia sin los parámetros clásicos que predicen el comportamiento futuro de una partícula que, cuánticamente, ya no se entiende como una pieza individual de materia.

La física cuántica presenta una realidad cuántica de fondo muy distinta del mundo clásico macroscópico. La materia se presenta en un estado de indefinición cuántica con el potencial de producir la realidad clásica ordinaria.

Esta falta de determinismo ontológico exige una alternativa epistemológica que explique el incontrolable e impredecible resultado de una medida cuántica. De acuerdo con los cánones de la física cuántica, la definición de las propiedades físicas clásicas se produce tras un proceso indeterminista en el régimen cuántico conocido como la transición clásico-cuántica en la medida de un sistema cuántico.

El denominado “problema de la medida cuántica” arroja luz sobre el fondo ontológico de la realidad cuántica. Aún hoy el problema de la medida es controvertido y suscita interesantes debates entre los físicos cuánticos. El planteamiento del problema es cómo explicar la emergencia de la realidad concreta y delimitada del régimen clásico desde un fondo cuántico indefinido. La incertidumbre cuántica hace inviable una explicación causalbottom-up.

No es fácil explicar la determinación del sistema físico clásico desde un fondo cuántico de indeterminación. En el mejor de los casos es posible explicar el problema de la medida cuántica como una anulación de las fluctuaciones cuánticas cuando se observa el sistema cuántico con la interacción de un instrumento de medida clásico.

La compensación de las fluctuaciones es un proceso indeterminado que solo puede ser estudiado clásicamente a partir de leyes estadísticas cuando el número de sucesos es elevado. En este sentido, la indeterminación cuántica se entiende desde la indefinición ontológica de la realidad que se proyecta clásicamente en un conjunto de sucesos individualmente estocásticos cuya regularidad solo admite leyes estadísticas cuando se repite muchas veces.

La consideración absoluta del principio de Heisenberg exige renunciar a la imagen de un mundo físico macroscópico constituido por entidades microscópicas bien definidas en interacción causal. No es posible, pues, mantener por más tiempo la idea griega de un mundo determinista constituido por átomos.

Más bien, la teoría cuántica invita a pensar en una realidad ontológica dinámica e indefinida. Desde nuestra habitual perspectiva clásica, fruto de la experiencia de fenómenos concretos y bien definidos, diríamos que el mundo clásico emerge de un turbulento fondo de indefinición cuántica.

2) Fin del continuismo ontológico

La renuncia de la continuidad del movimiento de una partícula en el régimen cuántico, así como la pérdida de la causalidad clásica en la mecánica cuántica, fueron consideradas por Bohr como las irracionales consecuencias de haber introducido el cuanto elemental de acción física. Podemos decir que la irracional epistemología advertida por Bohr fue el precio que los físicos fundadores de la mecánica cuántica se dispusieron a pagar para poder explicar –con excelente grado de precisión experimental– los novedosos fenómenos físicos que hicieron temblar los cimientos de la física clásica.

Como consecuencia del fin del determinismo ontológico, es lógicamente necesario prescindir del concepto de trayectoria en sentido clásico. El concepto clásico de trayectoria desaparece en el régimen microscópico, pues no es posible definir experimentalmente la geometría lineal continua descrita por la partícula. Conocer la trayectoria exige determinar con absoluta precisión los sucesivos valores de la posición de una partícula.

Si bien la relación matemática del principio de incertidumbre permite conocer sin error la posición de una partícula, la incertidumbre consecuente en su momento se hace infinita y la partícula se dispersa en una región de espacio enorme, impidiendo así, hallar su posición en un instante posterior. En el mejor de los casos, se puede regular la precisión de la posición y velocidad de la partícula y describir una banda geométrica donde con probabilidad se encuentre la partícula.

Desde nuestra perspectiva clásica diríamos que la incertidumbre en la posición y velocidad haría que la partícula fuera saltando cuánticamente de una posición a otra de la banda de probabilidad que sustituye a la trayectoria clásica. Ahora bien, desde la teoría cuántica las consecuencias son aún más sorprendentes, pues ni siquiera podemos decir que haya una partícula clásica definida. Si la analogía con el mundo clásico fuera posible, entonces la partícula describiría una trayectoria discontinua. Pero en la realidad ontológica que se intuye bajo la teoría cuántica no hay una partícula siquiera –al menos en sentido clásico.

La incertidumbre cuántica impide definir tanto la continuidad de la trayectoria como la continuidad de la partícula. La partícula en sentido figurado es un concepto clásico. En sentido cuántico la partícula se diluye en un fluido cuántico desperdigado cuya geometría no asume necesariamente el continuismo clásico, sino que tiene una existencia más modulable como consecuencia de una ontología fluctuante que aún no se ha definido en una realidad clásica concreta.

 

El físico estadounidense David Bohm. Fuente: Wikipedia.

El físico estadounidense David Bohm. Fuente: Wikipedia.

3) Fin de la causalidad ontológica clásica

En mecánica clásica los fenómenos físicos son efectos consecuentes con unas causas que lo preceden. Las leyes de causa y efecto de la física permiten predecir el comportamiento futuro de numerosos sistemas clásicos. Especialmente, la evolución futura de los sistemas planetarios, galácticos y cosmológicos se rige de manera precisa por leyes clásicas universales.

La prolongación de la incertidumbre cuántica hasta el nivel planetario obliga a renunciar al determinismo y tener en cuenta factores caóticos que impiden predecir claramente el futuro de un sistema físico. Igualmente, en retrospectiva, la ley de la causa y el efecto nos sitúa frontalmente y sin escapatoria con el clásico problema filosófico acerca del primer origen de toda actividad física.

Al seguir la concatenación causa-efecto se alcanzaría finalmente el primer efecto con sentido físico sin posibilidad de explicarlo físicamente a partir de una causa precedente o sin recurrir a una sucesión ilimitada de causas y efectos. No es posible, por tanto, explicar el origen del universo físico sin recurrir a una primera causa de origen metafísico.

En mecánica cuántica la dimensión casual propia de un proceso de medida –suerte en última instancia– es una parte integrada en los fenómenos cuánticos descrita en términos estocásticos y generalizables a leyes estadísticas. La dinámica natural es esencialmente azarosa. Desde la perspectiva clásica diríamos que está regida por leyes casuales cuya explicación trasciende las fronteras de la ciencia física.

En física cuántica no hay una explicación causal para la definición clásica de un sistema físico desde la indefinición ontológica que rige el comportamiento cuántico. No existe una ley causa-efecto que define la trayectoria desde lo clásico a lo cuántico. Es más, algunas interpretaciones físicas introducen la idea de un salto cuántico totalmente opuesto a la idea del continuismo clásico.

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Recrean un agujero negro para probar una teoría de Hawking

Un equipo de científicos israelíes ha puesto a prueba y confirmado la teoría de Stephen Hawking referente a los agujeros negros. El estudio se ha realizado en un laboratorio a partir de ondas de sonido que recrean estos fenómenos

Jeff Steinhauer, físico del Instituto Technion-Israel de Tecnología en Haifa, ha publicado un estudio en la revista ‘Nature Physics’ que prueba la teoría de Hawking sobre los agujeros negros mediante una simulación realizada a partir de ondas de sonido que imitan las partículas que escapan de estos. Su objetivo consistía en demostrar que los agujeros negros emiten la llamada ‘radiación de Hawking’.

La teoría del famoso astrofísico británico Stephen Hawking propone que los agujeros negros emiten una determinada radiación que les hace perder masa hasta el extremo de su propia desaparición en el espacio.

De esta forma, pone en duda las teorías sobre la noción del horizonte de sucesos, la frontera invisible a partir de la cual nada puede escapar a un agujero negro, afirmando que este es más bien un “horizonte aparente” que mantiene temporalmente a la materia y la energía prisioneras.

Para simular esta situación experimental, el equipo de Steinhauer creó en el laboratorio un agujero negro sónico a partir de átomos de rubidio enfriados a menos de una milmillonésima de grado por encima del cero absoluto.

Tras ello, manipularon dichos átomos con el uso de una luz láser para que viajaran más rápido que el sonido y así recrear un primer horizonte de sucesos, dentro del cual se introdujo un segundo horizonte de sucesos recreando de manera satisfactoria la buscada radiación de Hawking.

A día de hoy, Steinhauer trabaja en el desarrollo de un agujero negro artificial sin necesidad de amplificar la radiación sónica. Sus hallazgos podrían permitir saber más acerca del misterioso comportamiento de los agujeros negros.

Texto completo en: http://actualidad.rt.com/ciencias/view/143455-recreacion-agujero-negro-laboratorio-teoria-hawking

Verifican la dilatación del tiempo predicha por Einstein, con una precisión sin precedentes

El tiempo corre más lento para un reloj en movimiento que para un fijo, constatan en un acelerador de partículas de Alemania
Una de las predicciones de la teoría especial de la relatividad de Einstein es que el tiempo corre más lentamente para un reloj en movimiento que para uno fijo. Ahora, un equipo de físicos ha logrado verificar dicha predicción, con una precisión sin precedentes. Lo han hecho en un acelerador de partículas de Alemania. El mismo equipo había logrado la mejor marca de precisión a este respecto en 2007, pero ahora se ha superado. Por Marta Lorenzo.
Imagen: JoLin. Fuente: PhotoXpress.
Imagen: JoLin. Fuente: PhotoXpress.
Una de las predicciones de la teoría especial de la relatividad de Einstein es que el tiempo corre más lentamente para un reloj en movimiento que para uno fijo. Ahora, un equipo de físicos ha logrado verificar dicha predicción, con una precisión sin precedentes.

Lo han hecho en un acelerador de partículas de Alemania, de la siguiente forma. Para probar el efecto de la dilatación del tiempo, compararon el funcionamiento de dos relojes. Uno de ellos se dejó quieto, mientras que el otro se puso en movimiento.

Según se explica en la revista Nature, para hacer esto, los investigadores usaron el Anillo de Almacenamiento Experimental del Centro Helmholtz GSI en Darmstadt, un dispositivo que permite almacenar partículas de alta velocidad.

En su interior, se “fabricó” el reloj en movimiento. Para ello, se aceleraron iones de litio hasta que estos alcanzaron un tercio de la velocidad de la luz. En el interior de dichos iones, se produjeron entonces transiciones electrónicas (los electrones comenzaron a saltar entre diferentes niveles de energía). La medición de dichas transiciones aceleradas arrojó una frecuencia, que fue considerada como el “tic-tac” del reloj en movimiento.

Por otra parte, las transiciones electrónicas acaecidas dentro de iones de litio que no se movieron, hicieron de “tic-tac” del reloj estacionario. Los resultados demostraron que el tiempo corría más lento para el reloj en movimiento que para el fijo.

Antecedentes

Este resultado es la culminación de 15 años de trabajo de un grupo internacional de colaboradores, entre los que se encuentra el premio Nobel Theodor Hansch, director del Instituto Max Planck de Óptica; y se considera la prueba más rigurosa del efecto “dilatación del tiempo” que Einstein predijo.

“Es casi cinco veces mejor que nuestro antiguo resultado; y entre 50 y 100 veces mejor que cualquier otro resultado obtenido con otros métodos “, ha afirmado el coautor del estudio, Gerald Gwinner, físico de la Universidad de Manitoba en Winnipeg, Canadá.

En 2007, el equipo había conseguido ya la mejor marca de medición de la dilatación del tiempo. En aquella ocasión, lo hicieron con una precisión 10 veces mejor que la lograda en experimentos antes realizados; usando también iones de litio que fueron acelerados a una velocidad de entre el tres y el 6% la de la luz.

Además, emplearon una técnica láser de espectroscopia por saturación, para medir la dilatación temporal. Pero ahora se han superado a sí mismos. La primera vez que se consiguió comprobar la dilatación temporal fue en 1938.

Consecuencias de la dilatación temporalUna de las consecuencias del efecto de la dilatación temporal sería que una persona que viaje en un cohete a alta velocidad envejecería más lentamente que la gente que se quede en Tierra.

Pero, como de momento esa posibilidad no existe para el común de los mortales, hablaremos de consecuencias más realistas, como que la dilatación temporal puede afectar a los Sistemas de Posicionamiento Global (o GPS).

Estos dispositivos cuentan con precisos relojes atómicos a bordo para enviar señales sincronizadas, que a su vez sirven para señalar una posición en la Tierra. Como están en movimiento a altas velocidades, orbitando nuestro planeta, deben dar cuenta de diminutos desplazamientos temporales en el análisis de los datos de navegación.

La Agencia Espacial Europea (ESA) planea, por otra parte, probar la dilatación del tiempo en la Estación Espacial Internacional en el año 2016. Para ello usará su reloj atómico, el Ensemble in Space (ACES), cuyo funcionamiento en un entorno de microgravedad se espera sirva para estudiar no solo aspectos de la teoría de la relatividad general como el de la dilatación del tiempo, sino también la teoría de cuerdas.

Referencias bibliográficas:

Benjamin Botermann, Dennis Bing, Christopher Geppert, Gerald Gwinner, Theodor W. Hänsch, Gerhard Huber, Sergei Karpuk, Andreas Krieger, Thomas Kühl, Wilfried Nörtershäuser, Christian Novotny, Sascha Reinhardt, Rodolfo Sánchez, Dirk Schwalm, Thomas Stöhlker, Andreas Wolf, Guido Saathoff. Test of Time Dilation Using Stored Li+ Ions as Clocks at Relativistic Speed. Phys. Rev. Lett. (2014). DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.120405.

Sascha Reinhardt, Guido Saathof, Henrik Buhr, Lars A. Carlson, Andreas Wolf1, Dirk Schwalm, Sergei Karpuk, Christian Novotny, Gerhard Huber, Marcus Zimmermann, Ronald Holzwarth, Thomas Udem, Theodor W. Hänsch, Gerald Gwinner. Test of relativistic time dilation with fast optical atomic clocks at different velocities. Nature Physics (2007). DOI: 10.1038/nphys778.

http://www.tendencias21.net/Verifican-la-dilatacion-del-tiempo-predicha-por-Einstein-con-una-precision-sin-precedentes_a37270.html

Enigmas de las matemáticas: Cuando lo exacto es reemplazado por el misterio, casos sorprendentes

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Se considera la disciplina de las matemáticas como un campo del saber en que no hay incertidumbres ni dudas y que todo funciona a la perfección. Lo cierto es que como en todas las cosas humanas esto no es así y de hecho hay misterios y cosas sorprendentes que ocurren. Existe, además, una cercana relación entre genialidad, locura, tragedia y suerte que acompaña al desarrollo de esta disciplina. A continuación solo algunos ejemplos notables y sin embargo desconocidos para la gran mayoría:

  1. Las ecuaciones de Navier-Stokes se utilizan todo el tiempo para modelar fluidos turbulentos, desde la aerodinámica de los aviones hasta en el fluido sanguíneo. Lo cierto es que la matemática de estas ecuaciones dista mucho de estar comprendida.
  1. Los cuaterniones que podríamos decir que son números complejos con 3 ejes imaginarios fueron construidos y comprendidos en 1843. Se les consideraba tan hermosos como inútiles hasta que en 1985 se descubrió su utilidad computacional para describir la rotación de objetos tridimensionales.
  1. La teoría de grupos, uno de los pilares de la matemática contemporánea, debe su origen a Evariste Galois que los definió solo para demostrar que la ecuación de quinto grado con coeficientes reales no se puede resolver perfectamente en todos los casos. Galois murió a los 20 años de un balazo en un duelo por un lío de faldas. Pasó la noche anterior en vela, anticipando su drástico final, terminando sus ideas y trabajos.
  1. Kurt Gödel, el renombrado lógico austriaco logró que las matemáticas fueran mucho más confusas en 1931 con su primer teorema de incompletitud. Su resultado garantiza que cualquier sistema matemático suficientemente  poderoso tiene enunciados que no son demostrables. En 1978 Gödel ayunó hasta la muerte.
  1. En 1924 los matemáticos polacos Stefan Banach y Alfred Tarski demostraron que se podía descomponer una esfera en una cantidad finita de partes y después utilizando esos mismos pedazos armar otra esfera de volumen mayor. Esto se conoce como la paradoja de Banach-Tarski.

http://www.guioteca.com/matematicas/enigmas-de-las-matematicas-cuando-lo-exacto-es-reemplazada-por-el-misterio-casos-sorprendentes/

6 rarezas del universo cuántico que te causarán asombro

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Una de las grandes maravillas que nos ha enseñado el impresionante mundo de las partículas es que las cosas extrañas que ocurren a ese nivel, son totalmente naturales y tienen una explicación científica perfectamente inserta en todo el sistema de la realidad. Aun así, resulta difícil para nuestras mentes ―y también para la de los grandes científicos como Einstein― entender una serie de leyes que aparentemente entran en contradicción con el macromundo. Para que conozcas un poco más sobre el tema, hoy te traigo 6 rarezas del universo cuántico que te causarán asombro.

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6. Materia que nace y desaparece

Siempre nos imaginamos el espacio como un lugar completamente vacío, sin embargo, a la luz de las últimas observaciones, la ciencia considera que en el cosmos es una gran masa de partículas que pueden surgir de repente tomando para ello energía del universo. Igualmente pueden desaparecer sin más ni más.

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5. Los agujeros negros no son negros

Que los agujeros negros no son negros en lo absoluto no solo resulta una rareza sino una afirmación ilógica. Y aun así, es cierta. Los agujeros negros son oscuros pero no negros, pues emiten una luz llamada Radiación de Hawking ―descubierta por el físico Stephen Hawking―. Eventualmente, el agujero irá perdiendo su masa y su energía hasta desaparecer.

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4. Ubicuidad de las partículas

La ubicuidad de las partículas es una de las mayores rarezas del universo cuántico. Una partícula puede estar en dos lugares al mismo tiempo y eso, definitivamente, desafía nuestra lógica cartesiana. En efecto, los experimentos prueban que, antes de ser medido, un electrón que es colocado ante una placa con dos aberturas no atraviesa una u otra, sino ambas entradas.

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3. La clave está en la observación humana

A lo largo de los años, los científicos han llegado a una conclusión muy interesante en relación con las partículas: la observación humana de estos eventos, de cierto modo, obliga al propio universo a tomar un camino. En el ejemplo anterior, cuando se realiza una medición, el electrón asume una de las dos aberturas. En el famoso experimento de Schrödinger, el gato está vivo-muerto mientras no abrimos la caja, pero al hacerlo, aparece una de las dos variantes. Es algo extraño, confuso, pero que señala una relación indisoluble entre el conocimiento humano y su percepción.

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2. ¿Dónde están las partículas?

Otra cosa extraña es que nunca podemos saber con exactitud dónde se encuentra una partícula y cuál es su velocidad en un mismo instante de tiempo. Ello significa que si conocemos a qué velocidad va esa partícula no podemos localizarla, en cambio, si sabemos dónde se encuentra, no sabremos cuán rápido se está desplazando.

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1. El presente afecta el futuro

Más extraño aún resulta el siguiente fenómeno: en el mismo experimento del electrón ante una placa con dos aberturas, se ha comprobado que si se observa cuál de las dos entradas atraviesa la luz, esta se comporta como una partícula, sin embargo, cuando se observa la pantalla a la cual llega ese haz, la luz se comporta como onda. Ahora bien, si se espera a que la luz atraviese las aberturas y se observa el camino que esta ha seguido, se fuerza a las partículas a atravesar una u otra abertura. Lo que significa que nuestra observación presente determina el comportamiento pasado de la luz.

No me cabe duda de que debes haberte asombrado mucho con estas 6 rarezas del universo cuántico. Los científicos también, y están metidos de lleno en investigaciones que les ayuden a entender por qué suceden todas estas excentricidades en el mundo de laspartículas elementales.

Quizás no lo lleguemos a saber nunca, en cualquier caso, aproximarnos a la realidad y explicarla es parte de nuestra esencia como seres humanos y es algo que el hombre seguirá haciendo hasta el fin de los tiempos. ¿Tú que dices?

http://curiosidades.batanga.com/6939/6-rarezas-del-universo-cuantico-que-te-causaran-asombro