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¿Se puede viajar en el tiempo?

22 sábado Ene 2022

Posted by José Félix Rodríguez Antón in CIENCIA, Geofisica

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Conjetura Protección Cronológica, dilatación temporal, Dirac, Einstein, espacio-tiempo, Fyenman, GPS, Hawking, Teoría relatividad

Muchos científicos consideran como viajar en el tiempo es imposible reforzado por un argumento basado en «la navaja de Occam«: la máquina del tiempo lleva intrínsecamente la «idea de causalidad» también Stephen Hawking lo denomina: «La conjetura de Protección Cronológica».


Si podemos viajar al pasado y modificarlo, por ejemplo, matando a nuestro abuelo, nunca naceríamos, lo que supondría «una paradoja temporal», que aparece en la película «Regreso al Futuro, donde va desapareciendo el protagonista de la foto» si no se conocen los padres.
Una persona realiza un viaje a través del tiempo y mata al padre biológico de su padre/madre biológico (abuelo del viajero), antes de que este conozca a la abuela del viajero y puedan concebir. El padre/madre del viajero y a su vez el viajero nunca habrá sido concebido, de forma que no habrá podido viajar en el tiempo, al no viajar al pasado entonces el abuelo no es asesinado, por lo que el hipotético viajero si es concebido, entonces sí puede viajar al pasado y asesinar a su abuelo, pero no sería concebido y así indefinidamente

También es posible que a partir del momento que se logra viajar al pasado, se esté creando una línea alterna, en donde el viajero no altera el pasado, sino el futuro de un universo paralelo y se puede alterar el universo de donde provino.
Stephen Hawking (2002) nos habla de la «Conjetura de Protección de la Cronología» en el sentido de que las leyes de la física conspiran para impedir que los objetos macroscópicos puedan viajar en el tiempo. La probabilidad de que Kip Thorne pudiera regresar al pasado y matar a su abuelo es menor que uno dividido por uno seguido de un billón de billones de billones de billones de billones de ceros.


El viaje en el tiempo ha sido utilizado para estudiar las consecuencias de teorías de la física:

  • relatividad espacial
  • relatividad general
  • teoría cuántica de campos

La teoría de la relatividad de Albert Einstein y por extensión la teoría general nos hablan de un tipo de «dilatación temporal» espacio-tiempo que se podría concebir como «viaje en el tiempo»: a un observador estacionario el tiempo parece fluir más lentamente para los cuerpos que se desplazan rápidamente. Pero este efecto solo permite viajar en el tiempo hacia delante pero no hacia atrás, solo hacia le futuro. Y viajar en el tiempo tiene que ser hacia el futuro y el pasado.


Estudiar el viaje en el tiempo nos adentra en la teoría de la relatividad, nos hace comprender como funciona el universo y como se comporta el espacio-tiempo. La teoría de la relatividad nos dice como el viaje en el tiempo esta relacionado con la luz y con el espacio. Para viajar al futuro hay que perseguir un rayo de luz y para viajar al pasado hay que adelantar al rayo de luz tomando un atajo espacio-tiempo: «el agujero de gusano» donde se da el atajo, se deforma el espacio-tiempo.

Una nave que viaja al Centro de la Galaxia y vuelve según la «relatividad especial» para el tripulante a una velocidad cercana a la de la luz cuando trascurren 20 años, en la Tierra habrían trascurrido 30.000 años, se produce una curva espacio-tiempo.
Los agujeros de gusano, son una posible solución por la indeterminación de las leyes físicas a «la paradoja del abuelo».

Feynman descubrió como la «antimateria» es materia ordinaria que se movía hacia atrás en el tiempo. Es la teoría más precisa de todos los tiempos que le valió el premio Nobel en 1965. Feynman, que estaba obsesionado por el viaje hacia atrás en el tiempo, descubrió cuando estaba estudiando las ecuaciones de Dirac sobre el electrón que si invertía la dirección del tiempo y la carga del electrón en la ecuación de Dirac, este permanecía igual: un electrón que viaja hacia atrás en el tiempo es lo mismo que un antielectrón que va hacia delante, esto implica que no existen los «antielectrones» sino que son electrones que van hacia atrás en el tiempo.


«La ecuación de Dirac» formulada por Paul Dirac en 1928, predijo la existencia de antipartículas además de las partículas de materia ordinaria. Desde entonces, se han ido detectando experimentalmente muchas de dichas antipartículas. La primera vez que se pudo hablar de «antimateria» (materia compuesta por antipartículas) fue en 1965, cuando dos equipos en el Acelerador Protón Sincrotrón del CERN y en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, Nueva York consiguieron crear un «antideuterón»: antipartícula compuesta por un antiprotón y un antineutrón.

Un caso de «dilatación del tiempo» son los Sistemas de Posicionamiento GPS, donde 24 satélites triangulan la posición: miden el tiempo que tarda en enviarse y recibir la información desde la posición, los satélites se mueven a más de 14.000 kilómetros por hora y el tiempo pasa más rápido, para que no se produzca un desajuste, la tecnología del satélite reajusta el reloj constantemente.
En conclusión para poder «viajar en el tiempo» necesitamos una tecnología extraordinaria.

Bibliografía:

LivefromCERN; ««The History fo Antimatter – from 1928 to 1995»»
http://livefromcern.web.cern.ch/livefromcern/antimatter/history/AM-history01-c.html

Lobo, F; Crawford, P; «Time, closed timelike curves and causality», Centro de Astronomía e Astrofísica da Universidade de Lisboa», Campo Grande, Ed. C8 1749-016 Lisboa, Portugal, 30 Octubre 2003
https://arxiv.org/pdf/gr-qc/0206078v2.pdfEs

Hawking, Stephen; «El Universo en una cáscara de nuez», Crítica Planeta, 2002

Pedrero, Miguel; «El Universo no es plano», La Esfera de los libros, 2013.

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Teoría de las cuerdas

04 viernes Dic 2020

Posted by José Félix Rodríguez Antón in CIENCIA, Geofisica

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átomo, Dimensiones, espacio-tiempo, Gravedad, Teoría de las cuerdas, Universo

Unificando la física cuántica y relatividad, que inició Einstein, la teoría de las cuerdas surgió a finales de los 60. Retoma el trabajo de Einstein que se ha hecho más popular a partir de los 80. La teoría de las cuerdas defiende la existencia de diez dimensiones espaciales y una temporal mientras que la de la Relatividad puede funcionar bien en cuatro dimensiones.

Según la física tradicional las unidades más pequeñas de la materia son el electrón, protón, neutrón el fotón, el quark u otra partícula. Para la teoría de las cuerdas estas unidades son filamentos de energía, como cuerdas que vibran, son más pequeñas que un quark, no pueden verse ni comprobar.

Niveles de aumento de la materia:

  • Materia
  • Estructura molecular
  • Átomo
  • Electrones
  • Quarks (protones y neutrones)
  • Cuerdas

La teoría M, nos dice que hay una especial vibración de cuerdas dando lugar a una partícula gravitón, responsa de la gravedad.

La teoría de las cuerdas se debe a Jöel Scherk y John Henry Schwarz basada no en partículas puntuales sino en objetos unidimensionales o “cuerdas” que publicaron en artículos de 1974.

En 1996 Andrew Streominger del Instituto de Física Teórica de Santa y Cumrun Vafa de Harvard.  

     

Algunas teorías son:

Teoría de cuerdas de Tipo I, Tipo IIA, Tipo IIB, teoría de cuerdas heterótica SO (32) Y Teoría de cuerdas heterótica  E8XE8        

La teoría de supercuerdas: dualidad-S, dualidad-T, dualidad-U, simetría especular y transiciones de conifold. Las diversas teorías de cuerdas fueron conectadas con una nueva teoría 11-dimensional llamada teoría M.  La comprensión termodinámica de los agujeros negros se ha visto facilitada como nuevos objetos como las branas, especialmente las D-branas.

La Teoría Cuántica de la Gravedad unifica con las teorías de los átomos con las de la gravedad, así se pueden explicar: los agujeros negros, el principio del Universo y los componentes básicos de la materia.

Schawarz, John H, “Status of Superstring and M-Theory”, High Energy Physics-Theory; December 2008

https://arxiv.org/abs/0812.1372

Arefeva, I. Ya; Volovich, I.V.; “Matrix Theory in Curved Space”, Steklov Mathematical Institute. Gubkin St. 8, GSP-1, 117966, Moscow, Russia. 1998

Brian R. Green:  “The elegant universe”, Ed. Crítica, Drakontos, ISBN 84-8432-781-7, 2006], 1.999

https://es.wikipedia.org/wiki/El_universo_elegante

“La teoría de cuerdas en 7 minutos” (video) en Instituto de Física Teórica IFT.

Mass, Adam; “What is String Theory?, LiveScience; March 20, 2019

https://www.livescience.com/65033-what-is-string-

Greene, Brian; “String theory”, The Encyclopaedia Britannica

https://www.britannica.com/science/string-theory

Sonido de ondas gravitacionales: Einstein tenía razón!!!

19 viernes Feb 2016

Posted by José Félix Rodríguez Antón in CIENCIA

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agujero negro, Alicia Sintes, David Reitze, espacio-tiempo, Hulse y Taylor, LIGO, onda electromagnética, onda gravitacional, Teoría de la Relatividad General

oonda

Se detecta una señal,  de  dos agujeros negros que se fusionaron hace 1.300 millones de años, liberando una energía equivalente a tres masas solares, tal como lo describe la ecuación de Einstein:

E = mc2

(La energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado)

Fue anunciado este 11 de febrero en LIGO, justo 100 años después que lo predijera Einstein, validando su teoría de la relatividad general.

 

“   Señoras  y señores, hemos detectado las ondas gravitacionales. Lo hemos conseguido. Abrimos una ventana al Universo”  dice  David Reitze (LIGO).

“   La sinfonía del Universo” dice Alicia Sintes, física de la Universitat de les Iles Balears (UIB), participante en el hallazgo.

Un agujero negro, es una zona donde la gravedad es tan fuerte, que si la luz intenta escapar, vuelve a verse atraída hacia él. Un agujero negro se forma cuando las estrellas que son varias veces más grandes que él Sol,  han consumido su combustible y explotan, la explosión expulsa las capas externas de la estrella y estas forman una envoltura de gas, que a su vez presiona la zona central hacia el interior. Al absorber el agujero negro toda la luz no se puede ver, pero cuando hay estrellas,  gas o polvo dando vueltas alrededor de un cuerpo central que no vemos solo puede tratarse de un agujero negro.

 

La Teoría de la Relatividad de Einstein, explica cómo interactúan: la materia, la energía, el espacio y el tiempo. Comprende dos teorías:

  • La teoría de la relatividad especial (nada puede viajar a más velocidad que la de la luz, y el paso del tiempo es diferente para personas que viajan a distinta velocidad).

 

  • La teoría de la relatividad general (incluye el tiempo como una dimensión más añadida a las tres del espacio (ancho, largo y alto) de Newton), es lo que llamamos: “espacio-tiempo” y tiene en cuenta la “gravedad”). Viene a decir que el espacio-tiempo se curva debido a la presencia de objetos con masa.

A esta señal de cambios que se propaga le denomina Einstein en la Teoría de la Relatividad General: onda gravitacional que es como las ondas electromagnéticas que se mueven a la velocidad de la luz.

 

Las partes del espectro electromagnético son:

  • Ondas de radio: mayores que 187 mm.
  • Microondas: de 187 – 10 mm.
  • Ondas milimétricas: de 10 – 1 mm.
  • Infrarrojo: de 1 mm a 750 nm (1nm = 1 x 10-9 m).
  • Visible: de 750 – 400 nm.
  • Ultravioleta: de 400 – 10 nm.
  • Rayos X: de 10 – 0.01 nm.

Hasta la astronomía moderna solo se usaba la luz visible, a partir de la segunda guerra mundial se empezó a estudiar con el radar: las ondas de radio provenientes del Universo.

Debido a las dos teorías los cambios en el campo gravitatorio no pueden viajar más rápidos que la luz y no pueden ocurrir en todas partes instantáneamente: deben propagarse.

Una onda gravitacional es una ondulación del espacio-tiempo producida por un cuerpo masivo acelerado, que se propagan como ondas a la velocidad de la luz.  Esta ondulación se genera cuando objetos o sistemas de objetos gravitan entre sí. La onda gravitacional lleva información que la radiación electromagnética no puede transmitir, información de masas y velocidades.

Las ondas electromagnéticas son causadas por electrones individuales que ejecutan movimientos complejos, movimientos al azar. Las ondas gravitacionales, llevan información como decíamos cuya conexión es directa con la estructura y el movimiento.

Las ondas gravitacionales son muy débiles, solo son detectables las que provienen de fenómenos de cataclismo como:

  • Explosión de una supernova
  • Formación de un agujero negro
  • Choque estrellas de neutrones o caolescencia de agujeros negros.
  • Rotación de una estrella de neutrones inhomogénea.
  • Radiación gravitacional remanente del Big Bang.

La historia de la detección de ondas gravitacionales comenzó:

  • Principios de 1960: J. Webber en Universidad de Maryland, primer detector con una sensibilidad de 10 a la menos 13 o 10 a la menos 14.
  • Finales de 1960: Se construyen nuevos detectores: Glasgow, Múnich, París, Roma, Laboratorios Bell, Stanford, Rochester, LSU, MIT, Beijing y Tokio.
  • De 1980 a 1994: toman los detectores dos caminos
  • a)Detectores de barras criogénicas: Roma/Frascati, Stanford, LSU y Perth (Australia) con sensibilidad de 10 a la menos b)
  • b)El interferómetro: desarrollado en MIT, Garching, Glasgow, Caltech y Tokio. Sensibilidad de 10 a la menos 18.

Hulse y Taylor reciben el Premio Nobel de Física del año 1993.

  • En marzo de 2014: astrónomos del Centro Harvard-Smithsoniano (CEA) anuncian la detección de las ondas gravitacionales procedentes de “la explosión de crecimiento” del Universo llamado “inflación”. Con el telescopio BICEP2 situado en el Polo Sur.
  • 11 de febrero de 2016: se identifica con los detectores LIGO, una fuente procedente de la colisión masiva de dos agujeros negro, que tiene lugar hace 1.300 millones de años. Es la primera detección directa, las otras fueron indirectas.

 

  La señal: que han captado los dos observatorios LIGO, es un “blip” de apenas dos décimas de segundo. Se escuchan cambios de amplitud y frecuencia de las ondas gravitacionales. Contiene información del choque de dos agujeros negros de masa mediana, que giraban uno en torno al otro. Se concentran las masas en un punto, al que la gravedad le aísla del Universo. Los dos agujeros negros tenían masas 36 y  29 veces mayor que nuestro Sol. Se produce una débil perturbación gravitacional en cada giro, van perdiendo energía acercándose cada vez más, acelerando su movimiento. Las ondas gravitacionales aumentan la frecuencia, que pasa de unos tonos bajos a otros más altos. En los momentos finales los dos agujeros negros giran a la velocidad de la luz, después de la colisión de los dos agujeros negros, se fusionan en uno solo de 62 masas solares. Desprendieron una energía equivalente a la del  Sol durante 15 billones de años.

 

LIGO (Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales) está en EE.UU. Liderado por los institutos tecnológicos de California y Massachusetts, Caltech y MIT, en el que participan 1.000 científicos de 15 países.

Es un instrumento óptico de precisión más grande del mundo, con dos detectores separados por 3.000 kilómetros, uno en Luisiana y el otro en Washington, es un edificio del que salen dos brazos, compuestos por dos haces de luz láser cuya longitud es de cuatro kilómetros que se modifican cuando pasa una onda gravitacional. Cuando llega una onda gravitacional, el espacio se deforma de manera que un brazo se hace más largo y otro brazo se hace más corto:

BRAZO A medirá: 3,999999999999999999999 kilómetros

BRAZO B medirá: 4,000000000000000000001 kilómetros

 

Este hallazgo abre las posibilidades de:

  1. Usar estas ondas para estudiar el Universo
  2. Comprender como se forman los “agujeros negros”, cuantos hay.
  3. Ciclo vital de las estrellas y el Universo
  4. Validez de la teoría de la Relatividad de Einstein

 

Links relacionados:

 

  • Sonido de la onda de dos agujeros negros colisionando

 https://www.youtube.com/watch?v=1TCyC5YkgEM&feature=player_embedded 

  • LIGO 

https://www.ligo.caltech.edu/  

  • Lawrence M. Krauss 

https://twitter.com/LKrauss1

 

 

 

 

Sistemas de Referencia y Leyes Físicas

27 sábado Abr 2013

Posted by José Félix Rodríguez Antón in CIENCIA, Geofisica

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Albert Einstein, espacio-tiempo, Jöel Scherk, Jhon Schwarz, mecánica clásica, Newton, relatividad especial, relatividad general, sistema de referencia, Teoría de las cuerdas, Teoría de las supercuerdas, Teoría M

IMG_0737

Es necesario creer en fuerzas que regulan las Leyes de los cuerpos en el Universo. No las vemos pero nos afectan en nuestro día a día.

En la VIDA COTIDIANA (comunicaciones por satélite, energía atómica,FILOSOFÍA (filosofía de la  Ciencia, “principio de incertidumbre”), en el ARTE (Salvador Dali, distorsión y dilatación temporal; Pablo Picasso, el cubismo).

Newton (1680-89) buscaba la explicación del movimiento de los cuerpos en el Universo:

  • tamaño
  • distancia
  • posiciones cuando el espacio y el tiempo son constantes.mmecanica clasica

Explica la leyes del comportamiento de los cuerpos físicos en reposo y a velocidad pequeñas en comparación con la velocidad de la luz:

V= gxt         V= velocidad

t=  tiempo

g= aceleración gravedad (9,81 m/s2)

lo que cuenta es la velocidad con respecto a un observador.

Explica la existencia de una fuerza: la GRAVEDAD que surge entre dos cuerpos por el hecho de tener una masa determinada.

Para medir la posición del cuerpo, Newton usaba “el sistema de referencia”, aceptado durante el siglo XVII, XVIII y XIX hasta principios del siglo XX.

La Ley de Propagación de la luz es una Ley Universal, cierta en todos los sistemas de referencia  C= 300.000 km/seg.

Einstein estudió como la velocidad de la luz se relaciona con:

  • tiempo
  • distancia
  • masas (Formulas de Lorentz),cuando la velocidad es constante,si el sistema de referencia se mueve más rápidamente, aumenta la VELOCIDAD
  • aumenta la MASA hasta hacerse infinita cerca de la velocidad de la luz
  • se dilata el TIEMPO, se hace más lento, a medida que aumenta la velocidad de la luz
  • los objetos se ACORTAN en la dirección del movimiento hasta hacerse nula cerca de la velocidad de la luz.

intenta explicar como las velocidades varían de una observador a otro. Fenómenos simultáneos cuando se observan desde distintos sistemas de referencia, no son iguales al ser medidos desde otro sistema. Todo Sistema de Referencia tiene un tiempo particular.

Así estos cambios solo se notan a grandes velocidades, observadas en partículas subatómicas.

A velocidades corrientes predomina la mecánica clásica de Newton.

Siguiendo el estudio del movimiento, determinó que es una forma de energía, la masa es energía

E= MC2          E= energía

M= masa del cuerpo

C= velocidad de la luz al cuadrado

“la energía contenida en cualquier partícula es igual a la masa por el cuadrado de la velocidad de la luz”

Einstein en 1905 pretende resolver la incompatibilidad de la mecánica newtoniana y el electro

magnetismo describe la física del movimiento de  los cuerpos en un plano espacio-tiempo y ausencia de fuerza gravitatoria, Teoría de la Relatividad Especial.

Posteriormente en 1915 con la Teoría de la Relatividad General, reemplaza a la gravedad newtoniana, coincidiendo cuando los campos gravitatorios son débiles. La geometría del Universo:espacio-tiempo se ve afectado por la materia: teoría relativista del campo gravitatorio.rrelatividad general

El espacio tiempo no es plano, en presencia de materia, la curva espacio tiempo es percibida como un campo gravitatorio.

Hasta llegar a la Teoría de las Cuerdas (Jöel Scherk, John Schwarz, 1974) donde se concibe el Espacio de 11 dimensiones:

  • 3 espacio
  • 1 tiempo
  • 6 adicionales reseteadas o compactadas
  • 1 engloba: membranas

tteoria de las cuerdas

las partículas materiales, son “estados vibracionales” de un objeto llamado “cuerda” o “filamento”. Así un electrón no es un punto, no es una estructura interna de dimensión cero, sino un amasijo de cuerdas minúsculas que vibran en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones.

La organización del Universo es en esferas o membranas, sin fin pero con un orden subyacente.

Contiene objetos de mayor como de menor dimensión:

  • P-branas
  • D-branas

Esta teoría junto con la Teoría de las supercuerdas o Teoría M (1984):

teoría cuerdas Tipo I

teoría cuerdas Tipo II A

teoría cuerdas Tipo II B

teoría de cuerda heterótica SO (32)

teoría de cuerda heterótica E8 x E8

se alejan de la concepción punto-partícula.

Estas teorías son  muy predictivas, explican  propiedades de la naturaleza, pero lejos de ser provadas experimentalmente.

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