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¿Podría la mecánica cuántica explicar el espacio-tiempo?

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¿Podría la mecánica cuántica explicar el espacio-tiempo?
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El show de televisión “La Dimensión Desconocida”, era una zona de la imaginación, una dimensión de la vista, el sonido y la mente, una dimensión tan vasta como el espacio y eterna como el infinito. Todo estaba muy claro, excepto por la parte de espacio y tiempo. El guionista de la serie, Rod Serling nunca lo explicó de forma convincente a los tele-expectadores.

Desde Albert Einstein, los científicos también han estado rascándose la cabeza sobre cómo dar sentido al espacio y al tiempo. Antes de eso, casi todo el mundo pensaba que Isaac Newton lo había descubierto todo.

El tiempo «fluye equitativamente sin relación con nada externo», declaró. El espacio absoluto es también algo propio, «siempre similar e inamovible». No hay nada que ver allí.

Los eventos de la realidad física se realizaron de manera independiente en un escenario neutral donde los actores se paseaban y se inquietaban sin influir en el resto del teatro.

La verificación de la revolución espacial de Einstein, se produjo hace un siglo cuando una expedición de eclipses confirmó la predicción principal, de su teoría general (una cantidad precisa de la luz que pasa cerca del borde de un cuerpo masivo, en este caso el sol). Foto: fuentes.

Bienvenidos al show de la relatividad

Pero las teorías de Einstein, convirtieron el espacio y el tiempo absolutos de Newton en una mezcla relativista; sus ecuaciones sugerían un espacio-tiempo fusionado, un nuevo tipo de escenario en el que los jugadores alteraban el espacio del campo de juego.

Fue un cambio de juego de física. El espacio y el tiempo ya no proporcionaron un fondo sin rasgos para la materia y la energía. Antes independiente y uniforme, el espacio y el tiempo se volvieron inseparables y variables.

Y como Einstein mostró en su teoría general de la relatividad, la materia y la energía deformaron el espacio-tiempo que los rodeaba. Esa simple verdad (¡ja!) Explicó la gravedad. La aparente fuerza de atracción de Newton se convirtió en una ilusión perpetrada por la geometría del espacio-tiempo.

Fue la forma del espacio-tiempo lo que dictó el movimiento de los cuerpos masivos, una justicia simétrica, ya que los cuerpos masivos determinaron la forma del espacio-tiempo.

La verificación de la revolución espacial de Einstein, se produjo hace un siglo cuando una expedición de eclipses confirmó la predicción principal, de su teoría general (una cantidad precisa de la luz que pasa cerca del borde de un cuerpo masivo, en este caso el sol).

Pero el espacio-tiempo siguió siendo misterioso. Como era algo en lugar de nada, era natural preguntarse de dónde venía.

Una nueva geometría

Ahora, una nueva revolución está a punto de responder a esa pregunta, basada en los conocimientos de la otra gran sorpresa de la física del siglo pasado: la mecánica cuántica. La revolución de hoy ofrece el potencial para una nueva versión del currículum del espacio-tiempo, con la ventaja de que tal vez explique por qué la mecánica cuántica parece tan extraña.

«El espacio-tiempo y la gravedad finalmente deben surgir de otra cosa», escribe el físico Brian Swingle en la Revisión Anual de Física de la Materia Condensada de 2018. De lo contrario, es difícil ver cómo la gravedad de Einstein y las matemáticas de la mecánica cuántica pueden conciliar su incompatibilidad de larga data.

La visión de Einstein de la gravedad como la manifestación de la geometría del espacio-tiempo ha sido enormemente exitosa. Pero también lo ha sido la mecánica cuántica, que describe las maquinaciones de la materia y la energía en la escala atómica con una precisión infalible.

Rarezas cuánticas

Sin embargo, los intentos por encontrar una matemática coherente que se adapte a la rareza cuántica con la gravedad geométrica, han encontrado obstáculos técnicos y conceptuales formidables.

Un tipo extraño de espacio-tiempo con una curvatura inusual conocido como anti-espacio de Sitter, ilustrado aquí, no se parece en nada al universo en el que vivimos, pero sin embargo podría proporcionar pistas sobre los procesos cuánticos que pueden ser responsables de producir el espacio-tiempo ordinario. Gráfica: U.Moschella. Seminario Poincare 2005.

Un tipo extraño de espacio-tiempo con una curvatura inusual conocido como anti-espacio de Sitter, ilustrado aquí, no se parece en nada al universo en el que vivimos, pero sin embargo podría proporcionar pistas sobre los procesos cuánticos que pueden ser responsables de producir el espacio-tiempo ordinario. Gráfica: U.Moschella. Seminario Poincare 2005.

Al menos eso ha sido durante mucho tiempo para los intentos de entender el espacio-tiempo ordinario. Pero, las claves de un posible camino hacia el progreso han surgido del estudio teórico de geometrías alternativas del espacio-tiempo; muchas de ellas con propiedades inusuales.

Una de esas alternativas, conocida como anti-espacio de Sitter, es extrañamente curvada y tiende a colapsarse sobre sí misma; en lugar de expandirse como lo hace el universo en el que vivimos. No sería un buen lugar para vivir. Pero como laboratorio para estudiar teorías de la gravedad cuántica, tiene mucho que ofrecer.

«La gravedad cuántica es lo suficientemente rica y confusa; que incluso los universos de juguete pueden arrojar una enorme luz sobre la física»; escribe Swingle, de la Universidad de Maryland.

ACN/Discover magazine/@DiscoverMag

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En la luna con menos tecnología que un celular

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Con tecnología menos potente que un celular, llegó el hombre a la luna.

Con computadoras menos potentes que un celular, el hombre llegó a la Luna. En el 50 aniversario del Apolo 11, Aire de Santa Fe charló con el físico porteño, Javier Rodríguez, sobre los retos del viaje a la Luna en 1969 y los que vendrán. “Prácticamente toda la tecnología necesaria para poder viajar a la Luna se desarrolló en los años ’60. Todo comenzó con el primer satélite que se envió al espacio, el Sputnik en 1957. La aventura a la Luna duró 195 horas, 18 minutos y 35 segundos.

Menos potencia que un celular

El desafío tecnológico que implicaba la carrera espacial que se extendió desde finales de los ’50 hasta mediados de los ’70 hizo que esos años se generara un boom tecnológico. Hasta el momento, no existía la tecnología necesaria para semejante hazaña como fue poner a un humano en la Luna, pero las demandas de la Guerra Fría entre Estados Unidos la Unión Soviética la hicieron posible.

Había que enfrentarse a todo. Sacar a una persona de la protección del campo magnético de la Tierra y exponerla por varios días a la radiación era un reto. Además, debían tener en cuenta la alimentación de los astronautas y la supervivencia de una nave que despegaría de un cohete, el gran Saturno V para luego separarse en varios módulos y unirse hasta finalmente traer de regreso lo mínimo indispensable del material y lo más importante que eran las vidas de Neil Armstrong, Edwin Aldrin y Michael Collins.

Lo desafíos de los viajes espaciales

El físico y divulgador astronómico, Javier Rodríguez, habló con Aire de Santa Fe sobre los desafíos de la época y los que vendrán.

“Prácticamente toda la tecnología necesaria para poder viajar a la Luna se desarrolló en los años ’60. Todo comenzó con el primer satélite que se envió al espacio, el Sputnik en 1957. Un satélite de lo que era la vieja Unión Soviética”. La misión del Sputnik, lanzada el 4 de octubre, logró poner el primer satélite artificial de la historia en el espacio. Esa situación generó el primer impulso para poder desarrollar la tecnología necesaria que demandaba la carrera espacial.

“Poco después, Estados Unidos empezó a desarrollar la tecnología para poder poner a un hombre en órbita. Este primer hombre fue Yuri Gagarin, que fue la primera persona en orbitar el planeta Tierra” contó el físico.

En la época, dijo, “todo representaba un problema”. Para cada idea se necesitaba un desarrollo tecnológico.

“Lo asombroso es que en aproximadamente en unos diez o doce años se consiguió la base para poder alcanzar esta gran meta” agregó.

“Las computadoras que se utilizaron para mandar al hombre a la Luna tenían menos capacidades que un teléfono celular cualquiera de hoy en día. Toda la tecnología se desarrolló en esa época, hubo un movimientoe económico muy grande que ayudó a hacerlo posible” dijo Rodríguez.

Llevar una nave, pero más aún, seres humanos, a un lugar del espacio tan inhóspito requiere de muchas precauciones.

“El principal problema es hacer que la población de individuos estarán adentro de la nave no corra ningún riesgo respecto a las radiaciones o a las problemáticas que puede generar. Esto viene definido por la cantidad de alimentos y recursos que necesito para que esta población pueda sobrevivir. Es decir, tener los materiales indispensables para que la radiación no afecte a los individuos ni a los artefactos. Al ser cargas eléctricas ionizantes puede generar algún problema” explicó.

Además, el físico remarcó la importancia del conocimiento científico previo para pensar en hacer posible cualquier intervención en el espacio.

En un viaje al espacio “las leyes de Newton están presente en todo momento”. Es más, “con este viaje se demostró que estas leyes se cumplen en todos lados”. Y no sólo las teorías físicas de la gravedad deben tenerse en cuenta, también los factores químicos en el proceso de elaboración y los factores aerodinámicos que permitan que la nave pueda atravesar la atmósfera.

“En la construcción del cohete hay que tener en cuenta que sea lo más aerodinámico como para salir de la atmósfera y que alcance la velocidad adecuada para poder escapar de la gravedad de la Tierra. Dependiendo de cuál es su función, los cohetes van a ser más grandes o más chicos”.

Los astronautas en la Luna

La aventura a la Luna duró 195 horas, 18 minutos y 35 segundos. “En la Luna, Armstrong y Aldrin estuvieron unas 22 horas y en la superficie dos horas. No estuvieron mucho tiempo” dijo Rodríguez.

Una vez ahí, los astronautas “colocaron un sistema de espejos que desde la Tierra se utiliza para poder medir, por ejemplo, la distancia a la Luna”. Se trata de un láser con el que proyectan la luz y al rebotar puede calcularse la distancia del satélite a la Tierra.

“También ayuda en investigaciones recientes que sugieren que la Luna se está alejando poco a poco del planeta” contó.

Las misiones del Apolo trajeron gran cantidad de material de la Luna.

“Trajeron rocas, colocaron sismógrafos para ver la actividad de la corteza lunar, cuál es el movimiento y otros fenómenos que ahí se generan” explicó.

¿Y qué hay de las teorías que afirman que no fuimos a la Luna?

Era un tema que nunca le preocupó a los tripulantes del Apolo 11. De hecho, a ningún astronauta de las cinco misiones que le sucedieron con éxito.

La falla del Apolo 13 alimentó las teorías de que la llegada a la Luna era imposible.

En torno a este tema, el físico explicó: “La Tierra y la Luna están ligadas por la gravedad. Es ciencia. Los conspiracioncitas tienen sus fundamentos físicos. Por ejemplo, dicen que por qué no se ven en el cielo estrellas. Esto es un efecto óptico de las lentes. Una cámara de fotos está preparada para tomar una cierta cantidad de luz. Si yo tomo la luz de las estrellas que es muy baja, la misma reflexión que genera la Luna hace que se queme la imagen porque tiene mucho brillo. Entonces lo que se hace es adecuar para que yo pueda sacar la fotografía al objeto que necesito. Para que salga lo demás, necesito una cámara con una larga exposición y captar todos los objetos brillantes que hay alrededor”, explicó para contrarrestar uno de los argumentos.

Y reflexionó: “Creo que el problema de que surjan teorías como la de la Conspiración pasa por la difusión. En los ’60, el viaje a la Luna marcó un hito. Pero las nuevas generaciones ven esto muy alejado. Como no hay un desarrollo muy actualizado de todo esto se genera una inquietud. Pero tampoco es una necesidad mandar otra persona a que pise la Luna ¿Para qué hacerlo si puedo mandar una sonda, un robot que haga el mismo trabajo y que sale más barato y es menos riesgoso?“.

Para el científico, la ciencia no tiene peso dentro de las culturas y por lo tanto, celebra el impulso que se le está dando a la misión a Marte.

La NASA planea enviar humanos a Marte en el 2033.

“Tenemos abundante cantidad de información pero no tenemos una conciencia crítica de poder analizar lo que realmente está ocurriendo dentro del ámbito científico” sostuvo.

Como buen divulgador, Rodríguez cree que la ciencia debería tratar de acercarse a la sociedad de una forma amigable.

“Esto es un poco culpa de la ciencia que no tiene un plan para poder llegar a la sociedad de una manera amena. Así es como se generan las teorías como la Terraplanista o la de que el hombre no llegó a la Luna y no están bien fundamentadas. Creo que la sociedad hoy está muy dividida y ni se cuestiona los logros científicos“.

Volvemos a la Luna

En reiteradas ocasiones, el administrador de la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio

(NASA), Jim Bridenstine, brindó detalles de lo que será el regreso de los humanos a la Luna, bajo el impulso del actual presidente de Estados Unidos, Donald Trump.

El proyecto tiene como objetivo establecer una presencia humana de forma sostenible en nuestro satélite a partir de 2028, como preparación para la verdadera ambición, que es ir a Marte.

Este segundo viaje a la Luna tendrá características distintas al primero. Parte de esta transición tecnológica espacial surgió de la mano de compañías como Space X, del millonario Elon Musk.

“Una de las tecnologías nuevas que surgen con Space X están asociadas a los recursos energéticos. Es una compañía que desarrolló uno de los cohetes más útiles de la historia. Son cohetes que hasta hace 10 años atrás nadie creía que podían aterrizar parados y esta compañía lo pudo lograr” contó Rodríguez.

Misiones tan importantes como las alcanzadas por Space X alientan a seguir preparando el viaje. Sus cohetes como el superpesado Falcon Heavy han despertado la atención del mundo con sus lanzamientos.

“Son cohetes reutilizables. Hasta hace 15 años atrás esto era imposible. Los cohetes se perdían en el espacio, los objetos quedaban allá y eran costosos de volver a hacer” dijo.

Falcon Heavy, de Space X.

Y de hecho, en la Luna, hay muchos objetos y restos de cohetes y Rovers que no pudieron regresar nunca.

“El hecho de los altos costos es una de las razones por las que no se volvió a la Luna. Esta compañía junto a otras, están queriendo generar una colonia en la Luna para después poder viajar a Marte” contó.

Lo que hoy parece algo irracional, será una realidad en el futuro. La historia ha demostrado que cada década tiene una sorpresa. “Pudimos llegar a la Luna en el momento menos pensado” agregó el físico.

En la luna con menor tecnologia que un celular – acn

Después de la década de la vuelta a la Luna llegará la década de Marte en el 2030.

Respecto a la ambiciosa misión, Rodríguez contó: “Por ahora se está trabajando en generar impulsores o motores nuevos que puedan manejarse en el espacio y muchas otras tecnologías asociadas a la radiación que genera salir del campo magnético terrestre, que es muy dañino”.

Lo que están buscando detrás de la llegada a la Luna, según el divulgador, es alcanzar el planeta rojo.

“La idea es usar la Luna como una base de apoyo para los próximos lanzamientos” sostuvo.

Mientras tanto, la Luna sigue ahí. Inmóvil a nuestros ojos aunque siempre cayendo hacia el centro por la gravedad del Sol. Sigue sola, no nos apura. Podremos volver ahí siempre que nos pongamos de acuerdo, las veces que queramos.

Aunque de naturaleza hostil, la Luna nos recibe en sus valles baldíos y sus climas helados. Con una soledad que muchas veces se anhela en la Tierra pero con la inesquivable compañía del universo enérgico.

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ACN/airdigital

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