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miércoles, 20 de marzo de 2013

Teoría Unificada de la física, dando palos de ciego




El Big Bang un gran agujero negro¡?


Escribo el presente ensayo con absoluta conciencia de mis limitaciones y desprovisto de cualquier presunción, excepto la de expresar una modesta interpretación del por qué estamos aquí y en este peculiar universo. Pido disculpas a aquellas mentes destacadas que tanto se esfuerzan hoy por hallar respuesta a nuestro origen y destino, si encuentran en estas líneas expresiones que pueden  resultar hirientes o presuntuosas, nunca ha sido mi intensión causar tales efectos, muy por el contrario, solo intento mostrar una nueva visión para explicarnos las cosas que nos acontecen.  (DJN, Mariscal, 19 de marzo de 2013)             


Después de leer a Hawking (1),  quizás como a cualquier lego, uno termina haciéndose preguntas, algunas de las cuales ya dicho científico se las hizo, pero sin hallar una respuesta satisfactoria o bien dejándola sin responder porque los actuales niveles que la física ha alcanzado lo impide. Estas líneas no pretenden ser esa Teoría unificada de la física tan procurada,  y, por lo mismo,  tal como S. Hawking reconoce recibir a diario, bocetos teóricos de ilusionados ciudadanos que creen haberla encontrado, no se la haré llegar a su correo. Es tan solo un intento de orientar la pesquisa en una dirección hasta ahora impensada.  Quizás la cuestión mas complicada, es para mi  ¿que es la materia?. Algunos se han atrevido a decir que “es energía organizada”, otros intentan explicarla en base a la intuición como Demócrito que decía que estaba compuesta de átomos. Gran acierto intuitivo porque mas tarde la física de partículas descubrió tales átomos. Así tenemos que un considerable número de los grandes saltos o avances en la ciencia se han logrado gracias a quienes fueron capaces de hacerse preguntas y de aventurar o proponer una respuesta -la que muchas veces parece ir contra la opinión común de su época-, y asumir sus consecuencias, porque algunos sabihondos con poder han intentado acallarlas basándose en argumentos tan superficiales o poco profundos como “eso es contrario a lo que dice la Biblia”. Hace algunos meses atrás Hawking en una entrevista también se atrevió a decir algo así como que no hay lugar en el origen de nuestro universo para la mano de Dios, ello porque de descubrir una teoría unificada que nos permita explicar el comportamiento de la materia tanto en nivel macro como en el microcósmico, podremos explicar el origen del cosmos como también predecir con exactitud, a partir del conocimiento de una determinada historia, el comportamiento o las historias posibles que se sitúen ya sea en el pasado o en el futuro. Ello me irritó algo, no lo niego, dado mi profunda fe (2), sin embargo, habiendo analizado sus argumentos con más calma veo que no es de extrañar que así piense.

Pero volviendo a mis preguntas, veo con preocupación, pese a los acercamientos cada vez más certeros que la ciencia y particularmente la física hacen, -los que nos sorprenden casi a diario-, que aún es impensable dar respuesta al ¿Qué es la materia? Si, es innegable, podemos decir hoy en día, que ella está compuesta, -en base a las precisas observaciones  y comprobaciones realizadas en nuestros avanzados laboratorios-, de partículas (o cuerdas según algunos renombrados teóricos) como el electrón, el protón, el neutrón, los gluones, los quarks, etc. (Incluidas sus respectivas antipartículas o partículas de antimateria) organizadas de tal modo que en ellas es posible observar 4 tipos de fuerzas bien características,  como la  fuerza débil transmitida por los bosones vectoriales masivos, la fuerte que gobierna las interacciones nucleares, esto es, la que mantiene a los quarks unidos en el protón y el neutrón cuyos responsables de transmitirla serían los gluones que se encargan de ligar los quarks en dichas partículas (protón, neutrón). Completan estas fuerzas, el conocido electromagnetismo y la gravedad, aparentemente la mas débil de todas. Pero esta definición descriptiva no resuelve el problema, porque no ha dado en el clavo, esto es, no nos señalan de que están constituidas dichas partículas, ni a que se debe que unas tengan carga eléctrica sea negativa como el electrón o positiva como el protón y el positrón aunque algo en ello tendía que ver la dirección del spin, y menos aún nos explican porque los neutrones carecen de carga eléctrica. La dificultad radica en que nuestros instrumentos actuales establecen fronteras mas allá de las cuales nos es imposible “ver” por lo que debemos conformarnos con las teorías que nos explican ciertos comportamientos de la materia, nos ayudan a predecir otros, pero  dejan algunos sin  explicación como por ejemplo las singularidades, donde las teorías fallan.

Por la teoría de la relatividad general sabemos que el universo debió tener un comienzo, una singularidad la cual no puede explicar, donde la materia estaba infinitamente densa y donde  el espacio-tiempo no existía o estaba tan curvado sobre si mismo que lo hacían imposible, para que ello acontezca tendríamos que aceptar que dicho estado material infinitamente pesado, denso y ordenado (cero entropía), también era un mero punto.  Esta singularidad inicial fue la responsable del Big bang, o gran explosión donde ese punto altamente caliente y denso explota y da origen al espacio-tiempo y a los estados que la materia allí infinitamente condensada y ordenada fue asumiendo  hasta adquirir el estado actual de la materia y del universo  que observamos después de un largo periodo de años (entre 10 a 20 mil  millones) De haber sido así, todas las leyes que hemos descubierto allí son inaplicables. El solo principio de exclusión de Pauli basta para demostrarlo. Según el cual es imposible que dos partículas tengan el mismo lugar (posición) y velocidad simultáneamente. Ello lo hace inaplicable en el estado inicial del Big-bang, de allí que, si queremos algún día tener una teoría unificada satisfactoria, es vital que entendamos “que es realmente la materia”

Como hombre de fe me llama fuertemente la expresión bíblica, que dice que Dios hizo el universo de la nada, de lo invisible hizo las cosas visibles (3).  ¿Será que ello es posible? Si nada es igual a vacío,(aquí me refiero al vacío absoluto) ¿es que un punto sin nada puede calentarse tanto capaz de de dar origen a un big bang? Y más aun, ¿del vacío es posible generar algo? Si tenemos dos placan cóncavas de un material extraordinariamente fuerte, -material inexistente por lo demás- y las juntamos de modo que sus bordes se ajusten de tal modo que nada pueda entrar en la cavidad resultante y extraemos, si nos fuera posible, todas las partículas de materia  de dicha cavidad, incluido el espacio-tiempo allí contenido (para lo cual, entre otras cosas, precisaríamos altísimos niveles de energía similar a la que podría obtenerse de la masa de una estrella que colapsa para generar un agujero negro) necesariamente llegaríamos a que dichas placas se curvarían (o enderezarían) hacia dentro de dicha cavidad hasta que ella desaparece completamente haciendo por supuesto añicos su envoltorio inicial provocando una gran implosión. Cabría entonces preguntarnos: ¿Ese punto infinitamente pequeño tendría gravedad?, pareciera ser que si tendría gravedad porque toda la materia que esté a su alrededor en un radio bastante grande, pugnaría por entrar allí y a presiones increíbles. ¿No habríamos generado de este modo un agujero negro?, ¿Qué efectos tuvo sobre el espacio?, este desapareció curvándose hacia dentro por lo que podemos concluir que allí el tiempo cesó también porque habremos creado teóricamente una singularidad, estoy convencido que si (esto es intuyo que si).  Habríamos descubierto entonces el origen de esa fuerza que tiene perplejos a los físicos, me refiero a la gravedad. Descubriríamos por que ella es tan débil cuando la masa de un objeto material es pequeña y por lo mismo, casi despreciable cuado se trabaja a nivel quántico porque a nivel de partículas el vacío interior es pequeño. Misma explicación tiene el que la gravedad depende de la masa, pues a mayor masa, mayor es la dificultad que las partículas exteriores pugnen por ocupar los espacios vacíos ubicados hacia el centro de dicho cuerpo. Por eso no salimos disparados al espacio producto de la rotación de la tierra, por eso muchos asteroides están constituidos por un aglomerado de polvo y rocas pequeñas situadas en torno de una roca algo mayor. Volveré mas adelante para profundizar sobre estas proposiciones.


Otra pregunta sería ¿Por qué los agujeros negros se tragan toda la materia que está dentro de su horizonte de eventos? ( De acuerdo con esto el horizonte de eventos  no es mas que el radio exterior donde la fuerza gravitacional del agujero negro hace imposible que la materia pueda orbitarlo o escapar  de allí, por lo que se precipita hacia su interior) Sin dudas, y aunque parezca simplista o “tirado de las mechas” (4) porque ésta intenta llenar el vacío interior(5). ¿Pero que le sucede entonces a la materia?, me atrevería a decir que al implotar bajo esas altísimas presiones vuelve a su estado primitivo, esto es desaparece haciendo que el agujero se acerque asintóticamente hacia un estado de vacío mas cercano al absoluto o infinito, por lo que aumenta su horizonte de eventos. Pero ello resulta aparentemente contradictorio con aquella regla que reza que en este universo nada se pierde. ¿Donde está el equilibrio? Yo aventuraría una respuesta diciendo que dicho equilibrio está en que la fuerza gravitacional aumenta proporcional a la masa de la materia desdoblada, es decir vuelta a su estado inicial, esto significa que es aniquilada, transformándose toda en gravedad.  También pareciera contradecir e invalidar la segunda ley de la termodinámica que en síntesis afirma que el nivel de desorden aumenta con el tiempo. Pero aquí, habría que diferenciar dos cosas, el área comprendida por el horizonte de sucesos, donde el nivel de entropía aumenta, cada vez que el agujero traga materia, pero que disminuye rápidamente a medida que esta es succionada hacia el interior y el agujero negro en si, donde los altos niveles de entropía se reducen tendiendo a cero mientras mas masivas sea dicha singularidad. Esta disminución de la entropía es muy particular, porque la verdad es que se puede decir también que aumenta, por cuanto la sopa de partículas materiales se ha ido haciendo cada vez mas desmenuzada hasta hacer que sea imposible identificar partícula alguna y, paradojalmente cuando alcanza dicho máximo nivel de entropía, alcanza también el máximo y perfecto  nivel de orden, lo que equivale también a entropía cero. Tendremos entonces que redefinir algunos conceptos que  tradicionalmente estamos acostumbrados a manejar quizás de un modo errado, por ejemplo “peso”, “masa” y por supuesto “partículas” y “materia”.

No cabe dudas que surgen de estas afirmaciones muchas interrogantes y que por lo mismo seré el hazmerreír no solo de los físicos de partículas, si es que alguno algún día se da la molestia de leer este pequeño ensayo, sino también del ciudadano común que dirá, “como este borrico se atreve a meterse entre las patas de los caballos”. Algo me dice que no estoy del todo errado ni loco (también es cierto que ningún loco reconoce su demencia dirán). Pese a ser un simple y desconocido asistente social, lo que sin lugar a dudas aumentará la hilaridad entre los círculos científicos, intentaré ahondar en el tema para vislumbrar respuestas satisfactorias a dichas interrogantes. Ello porque pienso que hasta ahora la llamada Teoría Unificada en la física está muy lejos de ser alcanzada bajo el enfoque actual porque estoy convencido que la única gran fuerza a tener en cuenta debiera ser la gravedad y que las demás, incluidas las partículas elementales de la materia, se originan a partir de esta, tal como también el espacio-tiempo tienen un origen instantes posteriores al Big Bang: El error que ha impedido a los físicos quánticos dar “el palo al gato” (6)  ha sido precisamente ignorar la gravedad y empecinarse en creer que las leyes que gobiernan la mecánica quántica estaban presentes  en la materia antes y durante la gran explosión. Cosa lógica por lo demás, los muchos árboles no permiten ver el bosque.

Algunas de estas preguntas son:
- ¿Por que el espacio-tiempo se curva en torno a objetos de gran masa? Aunque pienso que también lo hace ante simples partículas como el electrón o cualquiera otra solo que en estos casos dicha curvatura no es perceptible, o mejor dicho, aún no estamos en condiciones de percibirlo.
- ¿El universo actual se contraerá después de un periodo expansivo finito? ¿O mejor, cual es el destino final del universo?
- ¿Hasta que punto debe crecer el estado de vacío de un agujero negro para generar un nuevo Big Ban? De lo que implica el cuestionamiento siguiente: ¿Es posible que en una singularidad como un agujero negro se genere materia?  Porque me parece irreal o demasiado rebuscado la llamada radiación de Hawking, que haría que, en  miles de millones de años, el agujero finalmente termina evaporándose; sobre todo, teniendo en su vecindario grandes cantidades de materia orbitándolo, sería mirar a menos el largo alcance de la fuerza gravitacional.
- ¿Cual es realmente la “partícula de Dios”? ¿No será el vacío infinito y su antipartícula una forma energéticamente organizada de vacío que llamamos materia? (7)
- ¿Por qué razón algunas estrellas que alcanzan cierta masa crítica, al morir colapsan en un agujero negro?


Antes de seguir, es interesante destacar que, por ejemplo, en un átomo de hidrógeno si lo comparamos con la superficie de un estadio de futbol, se observarían aproximadamente las siguientes relaciones espaciales: Su núcleo compuesto usualmente de un protón sin considerar sus isótopos, equivaldría al tamaño de la punta de un alfiler en el centro de dicho estadio y la órbita de su electrón pasaría aproximadamente por sus bordes (del estadio), dejando por tanto una gran área entre ambas partículas. Cabe preguntarnos ¿a que se debe tamaña separación? O bien ¿por que razón el electrón no se precipita o colisiona con el núcleo? dado a que el protón tiene carga positiva y cargas distintas se atraen.

Antes de continuar con este comentario, escribí otro sobre Materia Oscura, del análisis teórico allí hecho, descubrí algo realmente importante y que me quitó el sueño dándole vueltas al asunto, por las implicaciones que ello tiene tanto en el origen como en el destino final de nuestro universo, aparte de las correcciones que debiéramos aplicar a las teorías existentes. Aunque todo partió a raíz de este análisis, sin el cual no habría llegado a vislumbrar aquello. Me refiero a la afirmación de que los fotones deben tener masa. ¿Pero que tipo de masa? pues todas las observaciones que han hecho los científicos, algunas de las cuales el hombre común también puede percibir, nos muestran y reafirman lo que digo. Enumeremos algunas de ellas:
1.- Los fotones se desplazan a la increíble velocidad de 300 mil kilómetros por segundo y esta velocidad es mantenida en forma constante en el tiempo.
2.- Según su longitud de honda existe un grupo de fotones que componen el espectro luminoso, esto es, dicha luz es percibida por el ojo humano.
3.- Por encima y por debajo del grupo de fotones que componen la luz visible, existen otros tipos de fotones con propiedades bien especiales. Entre ellos los denominados rayos X, los rayos gama, las microondas, los fotones responsables del electromagnetismo, y con certeza otros que en este momento se me escapan o desconozco.
4.- Una característica común es que ellos se alejan inmediatamente y a la velocidad que ya mencionamos de su fuente de emisión, la que se mantiene constante en el tiempo.
5.- Sabemos también  que los fotones responsables de la luz casi siempre rebotan (empleo ese término porque responde mejor,-que el  usualmente “reflejan” a que estamos acostumbrados-, a lo que propondré mas adelante) cuando chocan con una fuente opaca de materia, salvo una pequeña cantidad que es absorbida como expliqué en el comentario sobre materia oscura, Asumo que los otros tipos también lo hace (rebotan), aunque su capacidad de penetración en la materia es muy alta.
6.- Hay una enorme cantidad de fotones viajando en todas las direcciones en nuestro universo, por lo tanto gran cantidad del espacio interestelar está, bastante llena de ellos.
 7.- Cuando un electrón salta o es desplazado desde una órbita externa a la siguiente mas interna del núcleo atómico, es preciso que se libere un fotón, un desplazamiento a la inversa, absorbe  un fotón. Ello nos obliga a pensar que los fotones están presentes y quizás, determinen o controlen las dimensiones de la órbita de los electrones. En otras palabras, serían los responsables, junto a la fuerza de gravedad de que los electrones orbiten allí, su ausencia haría que el electrón se precipite o estrelle contra el núcleo atómico. Cabe preguntarse, ¿por qué no han sido observados allí? Quizás por la naturaleza especial del fotón de comportarse tanto como partícula como en una onda. En esta última configuración podría estar “estirado” junto a otros fotones formando el camino por el cual el electrón se desplaza alrededor del núcleo o quizás formando una barrera o capa que  impide al electrón estrellarse contra el núcleo y contra otros electrones. Yo diría por tanto que el fotón o fotones necesarios para determinar el radio de la órbita del electrón dentro del átomo se encuentra(n) atrapado(s) entre dos fuerzas gravitacionales, la del electrón y la del núcleo.

De estas propiedades salta a la vista que el fotón tendría una propiedad hasta ahora impensada, esto es, es antigravitacional. La fuerza que impulsa su veloz desplazamiento en el espacio no es otra que la gravedad de la materia desde donde se generó, que es rechazada por su antigravedad. Si no fuera así estos se acumularían al lado de afuera de las partículas desde donde salieron. Ello explica porque los fotones se desplazan  a una velocidad constante  en el espacio porque siempre están recibiendo el impulso de la fuerza de gravedad debido al largo alcance que esta tiene. Por ello también se alejan inmediatamente de su fuente de emisión cuando son liberados. Sin embargo, cabria esperar que les fuera imposible acercarse a la materia y ello es desmentido por la realidad pues son los fotones los que nos permiten ver los objetos cuando éstos rebotan en ellos. Debe haber alguna explicación para que ello acontezca, quizás ella está en la velocidad con que se acercan o bien a la naturaleza y pequeñez de su masa, o también podría ser que la fuerza antigravitacional  tiene orientación, esto es, estaría orientada hacia el lado opuesto a la dirección donde se desplazan o por efecto de la velocidad del desplazamiento dicha fuera es más débil en dicha dirección.  Al respecto, todo parece indicar que la masa del fotón debe ser distinta del resto de las partículas subatómicas, por ello no ha sido percibida a  esa pequeñísima escala. Pero cuando consideramos un grupo tan extraordinariamente grande de fotones como los que están viajando en todas las direcciones en el espacio interestelar de nuestro universo, estas masas infinitesimales se suman como si fueran un solo cuerpo al igual que su fuerza antigravitatoria. Ello da explicación simultánea a las dos incógnitas tan procuradas por los expertos, es decir, la llamada materia oscura  y la energía oscura, cuya propiedad antigravitacional es coincidente con la de los fotones la que a su vez sería responsable de mantener el sostenido alejamiento de las galaxias de este universo en expansión.

Mientras mas ahondamos en estas  proposiciones, más fascinante resultan las inferencias que podríamos ir sacando o descubriendo. Así por ejemplo, cuando las galaxias envejezcan, se irán apagando las estrellas y con ello la principal fuente de emisión de fotones y, como sabemos que los fotones pueden ser absorbidos por la materia opaca, disminuirá el número de ellos que repleta el espacio interestelar provocando la disminución de la fuerza antigravitacional, entonces, llegado un momento, ¿será posible que la gravedad “gane la batalla” y el universo comience a contraerse? O dicho de otro modo ¿que pasará si se llega a un punto en que las galaxias lleguen a estar tan alejadas unas de otras en que la fuerza de gravedad entre ellas ya no tenga ningún efecto? ¿Qué rol cumplirán los agujeros negros en ese universo frío y oscuro? ¿Se iniciará realmente la contracción del universo para iniciar la gran implosión o Big Crunch? Si ello acontece, ¿no será esa gran implosión la condición previa para un nuevo Big Bang? 

La noción de que el origen del universo sería a partir de un punto extraordinariamente denso y caliente, me resulta un tanto contradictoria. Una singularidad oscura y densa con una gravedad extraordinaria como son los agujeros negros, necesariamente tiene que ser frías, tan fría que lo que consideramos cero absoluto (0° K), se me imagina poco. Allí el calor no puede existir por cuanto el se genera mediante la interacción entre  partículas y en él ellas no pueden existir. La noción del Big Bang entonces debiera reconsiderarse,  Dicha singularidad partió según mi modesta comprensión con una explosión  no tan espectacular y pirotécnica como la que nos han pintado los físicos y astrónomos. Pero, voy a darle mas vueltas al asunto antes de seguir.


(Ensayo en desarrollo, quizás me demore años en acabarlo debido a mi poca o nula formación en matemáticas avanzadas, ya que alcancé a penas a tener un barniz de cálculo cuando estudiaba ingeniería de ejecución en electricidad, carrera que la Dictadura de Pinochet me impidió concluir, por mi condición de líder estudiantil y político. De eso, el próximo 11 de septiembre habrán pasado 40 años, por lo que de dicho barniz, aún me suenan los conceptos de derivadas e integrales, de lo demás, no queda nada en mi disco duro.  Pero veremos, espero no caer en agujeros negros formados por  falacias aparentemente lógicas, aunque pensándolo bien, quizás es bueno dejar estas ideas básicas lanzadas, en espera de que algún físico lo suficientemente alocado como yo pueda darse a la tarea de analizarlas tanto teórica como experimentalmente, Esto último quizás sea un acto de cordura. Por lo mismo, y haciendo caso al aforismo: Pastelero, a tus pasteles).

Notas
(1) Stephen Hawking, Historia del Tiempo - del Big Bang a los agujeros negros; Agujeros negros y pequeños universos.
(2) Nací dentro de un hogar cristiano Bautista, y continuo siendo un creyente fiel, aunque convencido que Dios tiene sus propios caminos, los que hoy parecen inescrutables. Las ciencias aparentemente parecen demostrar que dicho Ser Creador no tiene ninguna participación en nuestro Universo, pero estoy convencido en que mientras más se acerquen a la verdad, llegarán también a descubrir  cuan erradas estaban.
(3) Hebreos 11:3 “Por la fe entendemos que el universo fue preparado por la palabra de Dios, de modo que lo que se ve no fue hecho
de cosas visibles” Biblia de las Américas, Foundation Publications INC. Anaheim, California
(4) Expresión popular que significa “cosa de locos”
(5) Vacío, aquí significa ausencia de materia y también ausencia de espacio-tiempo, como no hay espacio ni tiempo, la materia aquí  no puede existir, entonces toda la materia que puede caer allí, es reordenada de tal forma que todas las partículas y fuerzas que la componen son reducidas a cero y solo persiste la gravedad, por lo que ese punto vacío es extraordinariamente denso y pesado.
(6) Expresión popular que indica “dar con la solución, o bien encontrar lo que se busca”
(7) Hace algunos meses, El CERN  anunció con bombos y platillos haber descubierto el Bosón de Higs, el cual sería el responsable de dar masa a las partículas. Sin embargo, habrían algunas preguntas que responder antes de aceptar dichos descubrimientos como válidos, ellas son: ¿Cuál es la explicación de que dicha partícula no se observe incorporada dentro del átomo?, ¿Por qué  tuvieron que hacer millares,(hallo que quedo corto con ese millares) de experimentos en el gran (largo)  colisionador de hadrones de “colisiones” permítanme la redundancia, de partículas para dar con  unos pocos casos que mostrarían la presencia del supuesto Bosón de Hig?, no hubiera bastado con colisionar unos pocos atómos de hidrógeno para detectar su presencia, suponiendo que en cada átomo debiera haber  por lo menos una de tales partículas?. Por ello creo que algo no está correcto en dicha teoría, y también en los resultados de los experimentos tendientes a probarla. Me atrevería a decir que la respuesta es bien más simple, y que la misma ha estado al alcance de los físicos de partículas desde hace muchísimo tiempo, me refiero al fotón. Se sabe que dicha partícula está presente en los átomos porque cuando estos sufren alguna alteración, generalmente liberar energía en forma de fotones, y en concordancia con lo que uno deduce de su comportamiento esta partícula sería antigravitatoria, Dicha propiedad es la que da masa al resto de las partículas subatómicas.