20 septiembre, 2007

Materia Oscura y otras Zarandajas

Desde que se supo que el origen del universo era consecuencia de una gran explosión primigénia (Big Bang)desde la cual todo empezó a crearse, los fisicos han estado devanándose los sesos intentando discernir cosas como:

¿ el universo se seguirá expandiendo indefinidamente o no ?

¿ A que velocidad se expande ?

¿por cuanto tiempo se seguirá expandiendo en el caso de que termine su expansión ?

¿porque se expande indefinidamente en caso de que se expanda siempre ?

¿ Qué es lo que hace que se expanda indefinidamente ? o ¿ que es lo que impide que se expanda indefinidamente ?

La iglesia rápidamente y en contra de lo que suele hacer habitualmente asumió la idea del Big Bang inmediatamente, al fin y al cabo esta idea se ajustaba a lo que siempre ellos habian defendido: Un génesis.

El descubrimiento de la expansión del Universo empieza en 1912, con los trabajos del astrónomo norteamericano Vesto M. Slipher. Mientras estudiaba los espectros de las galaxias observó que, excepto en las más próximas, las líneas del espectro se desplazan hacia el rojo.

Esto significa que la mayoría de las galaxias se alejan de la Vía Láctea ya que, corrigiendo este efecto en los espectros de las galaxias, se demuestra que las estrellas que las integran están compuestas de elementos químicos conocidos. Este desplazamiento al rojo se debe al efecto Doppler. ( Para entender este efecto, cuando estemos en la calle y veamos una moto acercarse a nosotros, veremos como el sonido se va haciendo más agudo e intenso conforme se acerca a nosotros y menos intenso y grave conforme se aleje ).

Si medimos el corrimiento del espectro de una estrella, podemos saber si se acerca o se aleja de nosotros. En la mayoría este desplazamiento es hacia el rojo, lo que indica que el foco de la radiación se aleja. Esto es interpretado como una confirmación de la expansión del Universo.

En principio parece que las galaxias se alejan de la Vía Láctea en todas direcciones, dando la sensación de que nuestra galaxia es el centro del Universo. Este efecto es consecuencia de la forma en que se expande el Universo. Es como si la Vía Láctea y el resto de galaxias fuesen punto situados sobre la superficie de un globo. Al inflar el globo todos los puntos se alejan de nosotros. Si cambiásemos nuestra posición a cualquiera de los otros puntos y realizásemos la misma operación, observaríamos exactamente lo mismo.


La Ley de Hubble

El astrónomo estadounidense Edwin Powell Hubble relacionó, en 1929, el desplazamiento hacia el rojo observado en los espectros de las galaxias con la expansión del Universo. Sugirió que este desplazamiento hacia el rojo, llamado desplazamiento hacia el rojo cosmológico, es provocado por el efecto Doppler y, como consecuencia, indica la velocidad de retroceso de las galaxias.

Hubble también observó que la velocidad de recesión de las galaxias era mayor cuanto más lejos se encontraban. Este descubrimiento le llevó a enunciar su ley de la velocidad de recesión de las galaxias, conocida como la "ley de Hubble", la cual establece que la velocidad de una galaxia es proporcional a su distancia.

La constante de Hubble o de proporcionalidad es el cociente entre la distancia de una galaxia a la Tierra y la velocidad con que se aleja de ella. Se calcula que esa constante está entre los 50 y 100 Km/s por megaparsec.

Pero lo que más sorprendió a los científicos fué el darse cuenta que la expansión seria por siempre, es decir no llegaria a un máximo y después colapsaria, en contra de la lógica de toda explosión.
Lo que frenaba la expansión era la masa, y no hay masa sufiente en el universo para que colapsase en el futuro; no obstante precisamente los datos de cantidad de masa le daban "demasiado poco" y esto significaba que la expansión deberia ser más rápida de lo que es realmente, así que llegaron a la conclusión que deberia haber otro freno desconocido o más materia que no habian conseguido medir (materia oscura lo llamaron)...y ahora están buscandola como locos.

Desde mi punto de vista el problema hay que mirarlo al revés.

Los efectos físicos que se dan sobre nosotros dependen de la velocidad a la que nosotros nos movemos respecto al universo.

Imaginemos una persona que cae libremente sobre la tierra encerrado en una caja completamente aislada del exterior, durante su descenso no será consciente de que la gravedad que ha dejado de percibir es consecuencia de su caida a plomo o de que está en medio del espacio alejada completamente de cualquier influencia gravitatoria. Sólo si la caja con el dentro empieza a desacelerar podrá experimentar alguna sensación de gravedad proporcional a esta desaceleración.

Nosotros siempre hemos pensado que ir a la velocidad de la luz es ir muy rápido, pero la realidad es al contrario; ir a la velocidad de la luz es ir parado, parado con respecto al universo.
La expansión del universo se produce a la velocidad de la luz, y todo lo que en el va a velocidad distinta experimenta fenómenos fisicos en orden a esa diferencia de velocidades.

La expansión del universo siempre ha sido la velocidad de la luz, lo que pasa que esa velocidad ha sido distinta dependiendo de la edad en la que la tomáramos.

El espacio y el tiempo así se funden en una dimensión en la que se complementan dependiendo de la velocidad del objeto, a velocidades proximas a (C) el espacio es dificil de modificar y muy facil el tiempo, y a velocidades muy distintas a (C) es el espacio el facilmente modificable y el tiempo difcilmente modificable.

En nuestra experiencia cotidiana podemos modificar facilmente el espacio, podemos andar en las tres dimensiones con facilidad pero no podemos penetrar en la cuarta que es el tiempo, si fúesemos a velocidades próximas a (C), nos pasaria lo contrario, el tiempo seria facilmente abarcable pero el espacio seria una quimera.

La masa cuando se junta (Gravedad) tiende a convertirse en energia pura, para así equilibrarse energeticamente con el universo, al curvar el espacio va modificando su velocidad hasta alcanzar un maximo (c), en la que el plegamiento es máximo y consigue modificar el tiempo y no ya el espacio.

Las galaxias más antiguas, las más lejanas a nosotros han tenido mas tiempo para conseguir este equilibrio energético y alcanzan velocidades con respecto a nosotros mas proximas a (c), somos nosotros los que creamos espacio ante ellas, y cuando más espacio hay entre ellas y nosotros más rápido van.


Las galaxias más antiguas llevan más tiempo acelerándose y como consecuencia de ello su velocidad es más proxima a (C).

Por consiguiente somos nosotros los que creamos espacio, no el universo, al ir a la velocidad de la luz no se crea espacio sólo nos movemos en el tiempo; al ir a la velocidad de la luz siempre estaremos en el mismo punto con respecto al universo, son los demás lo que crearan espacio alrededor de nosotros y tanto menos o más dependiendo de sus velocidades relativas respecto a nosotros.

17 septiembre, 2007

Dualidad Onda-Corpusculo Vs Dualidad Tiempo-Longitud

Según la Wikipedia: El experimento de , también denominado experimento de la doble rendija, fue realizado en 1803 por Thomas Young, en un intento de discernir sobre la naturaleza corpuscular u ondulatoria de la luz. Young comprobó un patrón de interferencias en la luz procedente de una fuente lejana al refractarse en el paso por dos rejillas, resultado que contribuyó a la teoría de la naturaleza ondulatoria de la luz. Posteriormente, ha sido considerado la experiencia fundamental a la hora de demostrar la dualidad onda corpúsculo, una característica de la mecánica cuántica. El experimento puede realizarse con electrones, átomos o neutrones, produciendo patrones de interferencia similares a los obtenidos cuando se realiza con luz, mostrando, por tanto, el comportamiento dual onda-corpúsculo de la materia. Aunque este experimento se presenta habitualmente en el contexto de la mecánica cuántica en realidad fue diseñado mucho antes de la llegada de esta teoría para responder a la pregunta de si la luz tenía una naturaleza corpuscular o si más bien consistía en ondas viajando por el éter análogamente a las ondas sonoras viajando en el aire. La naturaleza corpuscular de la luz se basaba principalmente en los trabajos de Newton. La naturaleza ondulatoria, en los trabajos clásicos de Hooke y Huygens. Los patrones de interferencia observados restaban crédito a la teoría corpuscular, y la teoría ondulatoria se mostró muy robusta hasta los comienzos del siglo XX, cuando nuevos experimentos empezaron a mostrar un comportamiento que sólo podía ser explicado por una naturaleza corpuscular de la luz. De este modo el experimento de la doble rendija y sus múltiples variantes se convirtieron en un experimento clásico por su claridad a la hora de presentar una de las principales características de la mecánica cuántica. La forma en la que se presenta normalmente el experimento no se realizó sino hasta 1961 utilizando electrones y mostrando la dualidad onda-corpúsculo de las partículas subatómicas (Claus Jönsson, Zeitschrift für Physik, 161, 454; Electron diffraction at multiple slits, American Journal of Physics, 42, 4-11, 1974). En 1974 fue posible realizar el experimento en su forma más ambiciosa, electrón a electrón, comprobando las hipótesis mecanocuánticas predichas por Richard Feynman. Este experimento fue realizado por un grupo italiano liderado por Pier Giorgio Merli y repetido de manera más concluyente en 1989 por un equipo japonés liderado por Akira Tonomura y que trabajaba para la compañía Hitachi. El experimento de la doble rendija electrón a electrón se explica a partir de la interpretación probabilística de la trayectoria seguida por las partículas. Si una de las rendijas se cubre, los fotones individuales irían acumulándose sobre la pantalla en el tiempo creando un patrón con un único pico. Sin embargo, si ambas rendijas están abiertas los patrones de fotones incidiendo sobre la pantalla se convierten de nuevo en un patrón de líneas brillantes y oscuras. Este resultado parece confirmar y contradecir la teoría ondulatoria de la luz. Por un lado el patrón de interferencias confirma que la luz se comporta como una onda incluso si se envían partículas de una en una. Por otro lado, cada vez que un fotón de una cierta energía pasa por una de las rendijas el detector de la pantalla detecta la llegada de la misma cantidad de energía. Dado que los fotones se emiten uno a uno no pueden interferir globalmente así que no es fácil entender el origen de la "interferencia". La teoría cuántica resuelve estos problemas postulando ondas de probabilidad que determinan la probabilidad de encontrar una partícula en un punto determinado, estas ondas de probabilidad interfieren entre sí como cualquier otra onda. Un experimento más refinado consiste en disponer un detector en cada una de las dos rendijas para determinar por qué rendija pasa cada fotón antes de llegar a la pantalla. Sin embargo, cuando el experimento se dispone de esta manera las franjas desaparecen debido a la naturaleza indeterminista de la mecánica cuántica y al colapso de la función de onda. Esto último no es para nada extraño aunque en principio así lo parezca, para entenderlo primero debemos comprender lo que le pasa a un "famoso Gato": Cuando se habla de el "gato de Schrödinger" se está haciendo referencia a una paradoja que surge de un célebre experimento imaginario propuesto por Erwin Schrödinger en el año 1937 para ilustrar las diferencias entre interacción y medida en el campo de la mecánica cuántica. El experimento mental consiste en imaginar a un gato metido dentro de una caja que también contiene un curioso y peligroso dispositivo. Este dispositivo está formado por una ampolla de vidrio que contiene un veneno muy volátil y por un martillo sujeto sobre la ampolla de forma que si cae sobre ella la rompe y se escapa el veneno con lo que el gato moriría. El martillo está conectado a un mecanismo detector de partículas alfa; si llega una partícula alfa el martillo cae rompiendo la ampolla con lo que el gato muere, por el contrario, si no llega no ocurre nada y el gato continua vivo. Cuando todo el dispositivo está preparado, se realiza el experimento. Al lado del detector se sitúa un átomo radiactivo con unas determinadas características: tiene un 50% de probabilidades de emitir una partícula alfa en una hora. Evidentemente, al cabo de una hora habrá ocurrido uno de los dos sucesos posibles: el átomo ha emitido una partícula alfa o no la ha emitido (la probabilidad de que ocurra una cosa o la otra es la misma). Como resultado de la interacción, en el interior de la caja, el gato está vivo o está muerto. Pero no podemos saberlo si no la abrimos para comprobarlo. Si lo que ocurre en el interior de la caja lo intentamos describir aplicando las leyes de la mecánica cuántica, llegamos a una conclusión muy extraña. El gato vendrá descrito por una función de onda extremadamente compleja resultado de la superposición de dos estados combinados al cincuenta por ciento: "gato vivo" y "gato muerto". Es decir, aplicando el formalismo cuántico, el gato estaría a la vez vivo y muerto; se trataría de dos estados indistinguibles. La única forma de averiguar qué ha ocurrido con el gato es realizar una medida: abrir la caja y mirar dentro. En unos casos nos encontraremos al gato vivo y en otros muerto. Pero, ¿qué ha ocurrido? Al realizar la medida, el observador interactúa con el sistema y lo altera, rompe la superposición de estados y el sistema se decanta por uno de sus dos estados posibles. El sentido común nos indica que el gato no puede estar vivo y muerto a la vez. Pero la mecánica cuántica dice que mientras nadie mire en el interior de la caja el gato se encuentra en una superposición de los dos estados: vivo y muerto. Esta superposición de estados es una consecuencia de la naturaleza ondulatoria de la materia y su aplicación a la descripción mecanocuántica de los sistemas físicos, lo que permite explicar el comportamiento de las partículas elementales y de los átomos. La aplicación a sistemas macroscópicos como el gato o, incluso, si así se prefiere, cualquier profesor de física, nos llevaría a la paradoja que nos propone Schrödinger. Bueno....pues después de entender esta paradoja, vemos que no es tan raro comprender como colocando un simple observador en la llegada de los fotones, anulamos la Función de Onda: la Función de Onda es consecuencia de la superposición de los dos estados al mismo tiempo, cuando colocamos un observador (miramos dentro de la caja del gato) la superposición de estado de los fotones desaparece y ya sabemos que es lo que está pasando. Se puede formular una relación entre la separación de las rendijas, s, la longitud de onda λ, la distancia de las rendijas a la pantalla D, y la anchura de las bandas de interferencia (la distancia entre franjas brillantes sucesivas), x λ / s = x / D Esta expresión es tan sólo una aproximación y su formulación depende de ciertas condiciones específicas. Es posible sin embargo calcular la longitud de onda de la luz incidente a partir de la relación superior. Si s y D son conocidos y x es observado entonces λ puede ser calculado, lo cual es de especial interés a la hora de medir la longitud de onda correspondiente a haces de electrones u otras partículas. PERO..... hay algo que no se ha tenido en cuenta y es que la diferencia de mandar "pelotas" y mandar "particulas subatomicas" es que las últimas a diferencia de las primeras van a la velocidad de la luz; es decir el experimento no se está realizando en las mismas condiciones. Esto que puede parecer una tonteria pero es de suma importancia precisamente en este experimento, ya que las particulas subatómicas al circular a velocidades próximas a (C) experimentan fenómenos relativistas com son la contracción temporal o la contracción de Longitud. Un objeto tiene en reposo una longitud con respecto al eje xa la que llamaremos L0. Si este objeto lo aceleramos hasta que adquiere una velocidad constante v en la dirección del eje x,para un observador en reposo que pase el objeto delante de él,su longitud parecerá haberse acortado con respecto al eje x(pero no con respecto al eje y o z) en la proporción dada por la ecuación: de hecho desde el punto de vista de la partícula está "veria", al enfrentarse a pasar por las dos rendijas, una sola rendija; la partícula diria que esta pasando por una sola rendija en vez de por dos como consecuencia que se produciria un fenómeno de dilatación de Longitus en ambas, colabsándose en una, por lo que entonces difractarian produciéndose el fenómeno de la interferencia; desde el punto de vista del observador o de la rendija lo que veria seria que la partícula ha aumentado de tamaño. Es por ello por lo que los efectos relativistas han de estar muy presentes en este experimento y teniéndolos en cuenta no se produce ninguna paradoja de ni ninguna clase de duda sobre si actuan como ondas o partículas o porque rendija pasa. Se puede explicar todo el experimento desde cualquier punto de vista con esta interacción relativista.
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