LA MATERIA OSCURA DEL UNIVERSO

imagen porpiedad de EL PAÍS

Hace casi cien años, Fritz Zwicky, de origen búlgaro, doctor en ciencias físicas y profesor en la universidad de Caltech, en Pasadena (California), estudiando el cúmulo de galaxias llamado COMA en el observatorio de Monte Wilson, al medir la velocidad de traslación de los astros se dio cuenta de que las estrellas más alejadas del centro del cúmulo, en vez de girar más lentamente como era de esperar, giraban casi a la misma velocidad que las más cercanas. Este descubrimiento, totalmente anti intuitivo y en contra de la conocida y comprobada ley de la Gravitación Universal, le llevó a pensar que si esto sucedía en realidad y la teoría de Newton era correcta, debía haber cinco veces más materia invisible que visible entre galaxias. A esta materia, que no emite luz, se le llamó Materia Oscura. 

Desde entonces los científicos se esfuerzan en averiguar que es esa “cosa” que no está hecha de átomos y sin embargo genera gravedad, pero hasta el día de hoy no ha sido posible detectar ese tipo de materia, si es que es algún tipo de materia. Aunque es posible que en realidad la materia oscura no exista. 

Hoy sabemos que la fuerza de la gravedad no es en realidad una fuerza, sino una deformación del tejido espaciotemporal. La ley de Newton sirve, desde que fue postulada, para calcular el efecto de la gravedad entre cuerpos estelares, pero no explica cómo se produce. Einstein demostró, con su Teoría de la Relatividad General, que no es que las masas se atraigan debido a una fuerza existente entre ellas sino que, lo que sucede en realidad es que, grandes concentraciones de energía o de materia en un punto del espacio-tiempo, lo deforman, obligando a la materia bariónica a caer hacia el interior de dicha deformación. 

Se ha explicado muchas veces la gravedad con el conocido símil de la lámina elástica sobre la que se deposita una masa pesada que la curva y hace que cualquier otra masa, menos pesada que la primera, lanzada sobre dicha superficie curvada, caiga girando hacia la deformación que produce la masa mayor. Pero en realidad, aunque el espacio-tiempo ciertamente es plano, no es bidimensional, como sugiere el símil, sino tridimensional y, por tanto, cuando una gran masa se concentra sobre él, lo que se crea es una deformación en su seno, una especie de rugosidad que tira en todas direcciones del tejido que lo rodea, una especie de grumo que deforma el tejido espacio-temporal hacia el interior del él mismo. 

Entonces… Cabe la posibilidad de que lo que se conoce como Materia Oscura, en vez de ser materia, consista en infinidad de deformaciones del tejido espacio temporal, que se habrían formado a partir del Big-Bang, creando zonas aplanadas y grumos sobre los que la materia bariónica se habría ido congregando con facilidad, formando así las galaxias que hoy podemos observar en el cosmos. Quizás por eso no se ha podido encontrar aún ninguna partícula que demuestre que la materia oscura es materia, porque quizás no exista.

Partículas subatómicas y campos cuánticos.

imagen por cortesía de http://ramanujan25449.blogspot.com

La realidad mental que los seres vivos construimos a lo largo de nuestra vida, está basada en la interpretación que el cerebro hace de las continuas manifestaciones energéticas que percibe a través de los sentidos.

Llamamos materia bariónica a aquella sustancia universal visible de lo que todo está hecho, incluidos nosotros mismos. Pero si queremos comprender en qué se fundamenta la realidad física en la que vivimos inmersos, debemos preguntarnos de qué está hecha esa materia. 

Ya en el siglo VI a.c.,​ Pakuadha Katyayana, filósofo indio, propuso la existencia de elementos básicos universales que serían los constituyentes fundamentales de la materia. Después, Tales de Mileto, insigne filósfo griego, volvió a proponer que la materia debería estar formada por pequeñas partes indivisibles a las que él llamó átomos. A finales del siglo XIX J.J. Thomsom descubrió el electrón, demostrando así que la unidad fundamental de la materia no eran los átomos, si no que estos en realidad si eran divisibles y estaban constituidos por partículas elementales, mucho más pequeñas e insustanciales que los propios átomos. A lo largo del siglo XX evolucionó la comprensión de la Mecánica Cuántica, y los físicos fueron descubriendo más y más partículas sucesivamente: el protón, el neutrón, el fotón, el neutrino, los quarks, etc.,así se estableció el Modelo estándar de la física de partículas, que describe todas las partículas conocidas y sus interacciones.

Aún así muchas de las propiedades de las partículas seguían siendo un duro hueso de roer para la comprensión de los científicos. Hasta que por fin se estableció la Teoría cuántica de campos.

Hoy en día se sabe que las partículas como tales entidades materiales no existen, si no que lo que entendemos por partículas son en realidad oscilaciones de los campos cuánticos, una especie de ondas cuantizadas que trasmiten energía a través de los diferentes campos cuánticos, algunos de los cuales pueden interactuar entre ellos transfiriendose mutuamente energía y o movimiento. Como el más especial de ellos, el campo de Higs, que dota a las partículas de masa, y que en realidad no es más que la dificultad que encuentran las oscilaciones cuánticas para desplazar energía a través de su propio campo interaccionando con el de Higs.

El espacio tiempo estaría lleno de ciertas sustancias o estructuras a las que llamamos campos cuánticos, y las partículas serían deformaciones producidas por la energía contenida o transportada a través de dichos campos, por eso lo que todo el mundo conoce como partículas fundamentales no tiene dimensión, se propagarían en cierto modo de forma parecida a como lo hacen las olas al discurrir sobre la superficie del mar.

Al día de hoy se conocen 124 campos cuánticos, asociados a las partículas conocidas y a sus interacciones. Gracias a la Teoría de campos es posible explicar matemáticamente como funciona la realidad a escala subatómica. 

En Teoría de Cuerdas también la realidad se basa en campos cuerdísticos, en ellos las vibraciones de los campos serían minúsculos filamentos que vibrando conformarían las distintas partículas en función de su longitud de onda.

Hoy por hoy, la Teoría de Campos es la forma más exacta que tenemos de explicar la realidad a nivel subatómico. Quién sabe si un día sabremos de qué están hechos esos campos cuánticos. Quizás la mente humana no pueda llegar a comprenderlo nunca, pero es posible que en el futuro la inteligencia artificial alcance una singularidad universal de inteligencia que sea capaz de comprenderlo todo, aunque los humanos, por supuesto, no seremos capaz de entender las explicaciones de ese supercerebro artificial, de la misma forma que un gato no es capaz de comprender que difirencia hay entre un ácido y una base por mucho que nosotros intentemos explicarselo.

Quién sabe lo que nos depara el futuro.

   

El sonido de la materia.

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http://www.eumus.edu.uy/eme/ensenanza//acustica/apuntes/material-viejo/fisica_r/

Gluones

imagen: La ciencia de la mula Francis. Naukas.

En el mundo de lo muy pequeño, en un universo en el que los humanos no podemos ver nada a simple vista, ni siquiera utilizando el microscopio más potente de todos los que se han inventado, viven los gluones.

Los gluones son un tipo de bosón o, lo que es lo mismo, un tipo portador de fuerzas del universo, que nacieron hace ahora casi catorce mil millones de años. 

Son partículas muy viejas, antes de que ellos existieran no había nada ni nadie en ningún lugar; por aquel entonces solo había silencio, oscuridad y vacío por doquier y la temperatura ambiente rondaba los mil millones de millones de grados centígrados.

Los gluones, como todos los bosones, están especializados en uno de los cuatro tipos de fuerzas elementales o interacciones que existen en nuestro universo, gracias a las cuales, los llamados fermiones (los ladrillos del universo), se unen sólidamente para conformar la materia de la que está hecha todo lo que nos rodea, desde las estrellas más grandes y los agujeros negros hasta el grano de polvo más insignificante, pasando por nosotros mismos. Estos fermiones, a su vez, se dividen en dos grandes grupos, los Quarks y los Leptones.

En su caso, los gluones son bosones portadores de la “Interacción Fuerte”, esta es la más intensa de las cuatro interacciones que existen en la naturaleza, a saber: fuerte, débil, electromagnetismo y gravedad. Por eso generan vínculos inquebrantables entre las partículas de materia que tienen la suerte de ser ungidas por ellos: Los quarks.

En realidad los gluones son como pequeñas cuerdas con un ganchito en cada extremo, que mantienen unidos a los quarks eternamente. Las parejas de quarks se mueven y vibran libremente acercándose y separándose tanto como las cuerdas de los gluones les permiten, pero si, aplicando una fuerza mayor, intentas separar a una pareja de quarks a más distancia de lo que la longitud máxima de la cuerda permite, en el instante en el que la cuerda se rompa surgirá del vacío un nuevo par de quarks que ocuparán los extremos de las dos mitades del gluón que se acaba de quebrar, por lo que siempre existirá una pareja de quarks y, precisamente por eso, los quarks no pueden existir solos, siempre han de vivir en grupos de dos o más, unidos por gluones.

Aunque todos los gluones generan interacción fuerte entre quarks, hay solo ocho tipos distintos de ellos y se diferencian unos de otros por ciertas propiedades a las que, para comprenderlas mejor, los científicos llaman carga de “color”. Así, los gluones son combinaciones de rojo, verde, azul, antirrojo, antiverde y antiazul, y forman estructuras en forma de cuerda cuyas combinaciones de carga de color pueden ser por ejemplo: rojo-antiverde, antizaul-rojo, antirojo-azul, etc.