7 conceptos fundamentales de astrofísica y mecánica cuántica

Desde los albores de la humanidad siempre nos hemos preguntado qué hay más allá del horizonte, más allá de lo que alcanza la vista. La profundidad del cielo se nos antoja casi como un secreto oculto y lejano. Cada día, cada año, nuestro conocimientos avanzan más y más, generando respuestas y nuevas preguntas. Conozcamos un poco más sobre astrofísica y mecánica cuántica.

Agujero Negro


Cuando una estrella masiva llega al final de su vida, ella misma colapsa. Este colapso gravitacional da lugar a un agujero negro. La desaparición se produce cuando el radio de la estrella alcanza un valor crítico llamado radio de Schwarzschild que depende de la masa de la estrella. Pasado este radio, el residuo estelar continúa contrayéndose hasta alcanzar finalmente un estado de densidad infinita, una singularidad donde el espacio y el tiempo están infinitamente distorsionados. Un agujero negro es capaz de absorber toda materia cercana, dónde ni siquiera la luz puede escapar.

Agujero Blanco


Son un fenómeno hipotético no observado que se refiere a una colosal erupción de materia y energía, compartiendo su origen al igual que los agujeros negros, es decir un punto donde el campo gravitatorio es infinito (singularidad). Estos podrían ser simplemente el extremo opuesto de los agujeros negros. Los púlsares, los rayos gamma, e incluso el big bang podrían considerarse agujeros blancos. Como esta anomalía habla sobre la excepción a un inexorable incremento del universo y por lo tanto va en contra de la ley de la termodinámica (entropía), muchos científicos rechazan la posibilidad de su existencia.

Agujero de Gusano


Un agujero de gusano es un túnel que conecta dos puntos del espacio-tiempo, o dos universos paralelos. No se han visto ni demostrado, pero con los conocimientos obtenidos hasta el momento por las leyes de la física, son matemáticamente posibles. Investigados en torno al año 1916 por Albert Einstein junto a su compañero Nathan Rosen, fueron nombrados los puentes de Einstein-Rosen, donde aquellos primeros estudios arrojaban un panorama negativo mostrándolos como inestables e imposibles para un viaje humano.

Kip Thorne, físico teórico estadounidense, habla sobre dos posibilidades para crearlos:
1. La forma cuántica, que dice que a través de la espuma cuántica a escala de planck podría haber lugares distintos del espacio-tiempo conectados.
2. Con la relatividad general, menciona que utilizando materia de masa negativa para generar repulsión gravitatoria se puede crear y mantener la boca de un agujero de gusano abierta y sin necesidad de enfrentarse a la singularidad. Si se obtuviese una cantidad suficiente de materia de masa negativa, crear un agujero negro es teóricamente posible. Todo lo que habría de hacerse es perforar el espacio-tiempo en dos regiones distintas y unirlas.

Energía Oscura


Presente en el espacio exterior, se encarga de ejercer una enorme presión dentro del mismo provocando que la expansión del universo se ralentice y al mismo tiempo genera una fuerza de gravedad altamente repulsiva. Se conoce que es homogénea, que ejerce una presión negativa, se desconoce su interacción con las fuerzas fundamentales, pero se sabe la relación que tiene con la gravedad y que constituye aproximadamente el 68-70% del universo conocido, además de que se distribuye de manera uniforme en el espacio interestelar.

Materia Oscura


Existe algo en el espacio exterior que posee fuerza de gravedad. Se puede observar su efecto sobre la estructura espacio-tiempo, como lo son las estrellas y las galaxias. Pero no materia común. No es un agujero negro. No es nada de lo cual hayamos escuchado jamás. Pero sin duda está allí. Los científicos la denominan materia oscura. Aproximadamente el 25-27% del universo es materia oscura. En conjunto, la energía oscura y la materia oscura componen el 95% del universo. Eso es casi todo el universo, y esto significa que lo que nosotros conocemos y comprendemos es tan solo un 5%. Un equipo de investigadores de la Universidad Johns Hopkins publicó recientemente un artículo que menciona que la materia oscura existía incluso antes que el big bang.

Antimateria


Es lo contrario de la materia, es decir, una materia integrada por partículas con carga eléctrica opuesta a la normal. Por ejemplo, mientras los isótopos del hidrógeno posen un electrón y un protón, un isótopo de Antihidrógeno posee un positrón y un antiprotón. Cuando una materia y una antimateria entran en contacto se aniquilan, liberando enegía.  En teoría,  en el universo se encuentran presentes cantidades iguales de materias y antimateria.

Bosón de Higgs


O Partícula de Higgs, es una partícula elemental que no posee carga eléctrica o color, es muy inestable, se desintegra rápidamente, es la responsable de otorgarle a toda la materia su masa (cantidad de materia en los sentidos de gravedad e inercia) y además no posee espín (momento angular intrínseco de valor fijo) lo que la convierte en su propia antipartícula. El Modelo Estándar de la física de partículas establece cómo las partículas y las fuerzas elementales interactúan en el universo. El Bosón de Higgs, como parte fundamental de este modelo, explica cómo las partículas obtienen su masa, asignando una cantidad de materia a estas en sentido de gravedad e inercia.

 

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Artículo redactado por Jorge Alberto López Lara (Arquitecto e investigador aficionado), en colaboración con Ignotocracia.

 

Glosario:

-Agujero de gusano. Un «asa» en la topología del espacio, que conecta dos lugares muy separados en nuestro Universo.

-Agujero negro. Un objeto (creado por la implosión de una estrella) en el que las cosas pueden caer, pero del que nada puede nunca escapar.

-Antimateria. Una forma de materia que es «anatema» para la materia ordinaria. A cada tipo de partícula de materia ordinaria (por ejemplo, un electrón, protón o neutrón) le corresponde una antipartícula casi idéntica de antimateria (el positrón, el antiprotón o el antineutrón). Cuando una partícula de materia se encuentra con su correspondiente antipartícula de antimateria, se aniquilan mutuamente.

-Big bang. La explosión en la que comenzó el Universo.

-Boca. Una entrada de un agujero de gusano. Hay una boca en cada uno de los dos extremos del agujero de gusano.

-Curvatura del espacio o del espacio-tempo. La propiedad del espacio o del espacio-tiempo que le hace violar las nociones de la geometría de Euclides o de Minkowski; es decir, la propiedad que hace posible que líneas rectas que son inicialmente paralelas lleguen a cortarse.

-Electrón. Una partícula fundamental de materia, con carga eléctrica negativa, que puebla las regiones externas de los átomos.

See Also

Entropía. Una medida de la cantidad de aleatoriedad en grandes conjuntos de átomos, moléculas y otras partículas; es igual al logaritmo del número de modos en que se pueden distribuir las partículas sin cambiar su apariencia macroscópica.

-Espacio-tiempo. El «tejido» tetradimensional que resulta cuando el espacio y el tiempo se unifican.

-Espín. Rotación. Una medida de la cantidad de rotación que tiene un cuerpo.

-Espuma cuántica. Una estructura espacial probabilística, similar a la espuma, que probablemente constituye los núcleos de las singularidades, y que probablemente se da en el espacio ordinario a escalas de la longitud de Planck-Wheeler o menores.

-Masa. Una medida de la cantidad de materia en un objeto. (La inercia del objeto es proporcional a su masa, y Einstein demostró que la masa es realmente una forma muy compacta de energía.) La palabra «masa» se utiliza también en el sentido de «un objeto hecho de masa», en contextos donde la inercia del objeto es importante.

-Partícula. Un objeto minúsculo; uno de los ladrillos de la materia (tales como el electrón, protón, fotón o gravitón).

-Planck-Wheeler, longitud, área y tiempo de. Magnitudes asociadas con las leyes de la gravedad cuántica. La longitud de Planck-Wheeler (√Gh/c3 = 1,62 X 10-33 centímetros) es la escala de longitud por debajo de la cual el espacio tal como lo conocemos deja de existir y se convierte en espuma cuántica. El tiempo de PlanckWheeler (1/c veces la longitud de Planck-Wheeler o aproximadamente 10-43 segundos) es el intervalo de tiempo más corto que puede existir; si dos sucesos están separados por menos que esto, no se puede decir cuál sucede antes y cuál después. El área de Planck-Wheeler (el cuadrado de la longitud de Planck-Wheeler, es decir, 2,61 X 10-66 centímetros cuadrados) juega un papel clave en la entropía de un agujero negro. En las fórmulas anteriores, G = 6,670 x 10-8 dinas-centímetro2 /gramo2 es la constante gravitatoria de Newton. h =1,055 x 10-27 ergios-segundo es la constante mecanocuántica de Planck, y c = 2,998 x 1010 centímetros/segundo es la velocidad de la luz.

-Púlsar. Una estrella de neutrones en rotación y magnetizada que emite un haz de radiación (radioondas y a veces también luz y rayos X). Cuando la estrella gira, su haz hace un barrido como el haz de un faro; cada vez que el haz barre la Tierra, los astrónomos reciben un pulso de radiación.

-Rayos gamma. Ondas electromagnéticas con longitudes de onda extremadamente cortas.

Relatividad general. Leyes de la física de Einstein en las que la gravedad se describe mediante una
curvatura del espacio-tiempo.

Singularidad. Una región del espacio-tiempo donde la curvatura del espacio-tiempo se hace tanfuerte que las leyes de la relatividad general dejan de ser válidas y son sustituidas por las leyes dela gravedad cuántica. Si uno trata de describir una singularidad utilizando sólo la relatividad general, encuentra (incorrectamente) que la gravedad de marea y la curvatura espacio-temporal son allí infinitamente intensas. La gravedad cuántica reemplaza probablemente estos infinitos por espuma cuántica.

-Universo. Una región del espacio que está desconectada de todas las demás regiones del espacio,
de forma muy parecida a como una isla está desconectada de cualquier otra parte de tierra.

Fuentes:
  • https://whttps://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasa-knows/what-is-a-black-hole 58.htmlww.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasa-knows/what-is-a-black-hole-8.html
  • https://www.space.com/white-holes.html
  • http://www.astronomy.com/news/2019/06/white-holes-do-black-holes-have-mirror-images
    Agujeros negros y tiempo curvo: El escandaloso legado de Einstein. Capítulo 14: agujeros de
    gusano y máquinas del tiempo. Kip S. Thorne
  • https://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-is-dark-energy
  • https://lecospa.ntu.edu.tw/dark-energy/
  • https://conceptodefinicion.de/antimateria/
  • https://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-y-ciencia/el-ecosistema-interior-556/el-descubrimiento-del-bosn-de-higgs-9362
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