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9 de junio de 2020

¿Son los agujeros negros como un holograma?

Representación del horizonte de sucesos, la frontera, de un agujero negro - Gerd Altmann para PIxabay

Una reciente investigación ha cruzado la Relatividad con la Mecánica Cuántica para explicar el interior de estos objetos como si fuera una proyección de su frontera exterior

La holografía es una técnica óptica que permite crear una imagen tridimensional sobre una superficie bidimensional, generando una impresión de profundidad. Además de eso, la holografía le da nombre a unas asunciones matemáticas con las que se pretende explicar lo que pasa en tres dimensiones a partir de dos. Para entender lo que significa esto, es como intentar explicar lo que pasa dentro de una habitación proyectando los acontecimientos sobre las paredes, y creando un modelo matemático para describir lo que pasa en estas superficies. El volumen de la habitación tiene tres dimensiones, pero se puede explicar desde los muros, que tienen solo dos dimensiones.

Algunos físicos usan las asunciones de este principio holográfico para tratar de explicar la gravedad a pequeña escala (por debajo de la distancia de Planck), entrando en un dominio para el que hoy no hay explicación en el modelo estándar, el marco teórico que explica el mundo de las partículas a partir de cuatro interacciones físicas fundamentales.

De una forma muy sencilla, este principio holográfico implica que se puede explicar la física que ocurre dentro de un agujero negro, en tres dimensiones, a partir de la física que se observa en su frontera, en dos dimensiones. Por eso, se diría que el interior del agujero es como una proyección, un holograma, de lo que ocurre fuera. En un agujero negro, «fuera» es el horizonte de sucesos, la frontera a partir de la cual nada escapa de su gravedad.

Einstein y Hawking

Esta semana, un grupo de investigadores de la Escuela Internacional Superior de Estudios Avanzados (SISSA), en Trieste, Italia, ha presentado un estudio en el que han trabajado en compatibilizar la Relatividad General de Albert Einstein, con el principio holográfico, que parte de ideas propuestas en los setenta por Stephen Hawking y Jacob Bekenstein. Sus conclusiones apoyan esa idea de que los agujeros negros podrían ser como un holograma, con toda su información retenida en una superficie de dos dimensiones, y se han publicado recientemente en la revista « Physical Review X».

Los agujeros negros son uno de esos fenómenos extraños y difíciles de explicar, como el misterio de la materia oscura, que se ven como una oportunidad para que la ciencia vaya más allá y se adentre en lo desconocido. ¿Por qué? Kostas Skenderis ya lo explicó, en un artículo en el que escribimos sobre un universo holográfico: «La Teoría General de la Relatividad describe el Universo muy bien a grandes escalas, pero falla en las escalas muy pequeñas. Por eso, es necesario combinar esta teoría con la Mecánica Cuántica». Precisamente los agujeros negros son una de las mejores oportunidades para tratar de combinar ambas.

Liso y simple o extremadamente complejo

Un agujero negro es un fenómeno predicho por la Relatividad General, que la concibe como un objeto liso, esférico, simple y carente de información. Pero la Mecánica Cuántica, sin embargo, tal como propusieron Hawking y Bekenstein, entre otros, podría ser todo lo contrario.

Hawking y Bekenstein propusieron que la superficie del horizonte de sucesos está repleta de información y que estos objetos serían como un holograma, proyectados a partir de ese «molde» en dos dimensiones. Por tanto, la comprensión de la gravedad como fenómeno cuántico estaría en esa superficie.

«Este revolucionario y de alguna forma contraintuitivo principio propone que el comportamiento de la gravedad en una determinada región del espacio puede ser descrito alternativamente en términos de un sistema diferente, que existe solo al borde de esa región y, por tanto, en una dimensión menos», han escrito en el trabajo Francesco Benini y Paolo Milan, coautores del estudio.

«Y, lo que es más importante, en esta descripción alternativa (llamada holográfica) la gravedad no aparece de forma explícita. En otras palabras, el principio holográfico nos permite usar la gravedad usando un lenguaje que no contiene a la gravedad, evitando así la fricción con la Mecánica Cuántica».

¿Para qué hacer estos cálculos y asunciones? «De esta forma, las misteriosas propiedades termodinámicas de los agujeros negros se han hecho más comprensibles». Una de ellas, es que según los principios de Hawking y Bekenstein son objetos con una grandísima entropía y una gran complejidad.

¿Podremos comprender la gravedad?

Los autores han dicho que su trabajo es solo un primer paso para «comprender con más profundidad estos cuerpos cósmicos y las propiedades que les caracterizan cuando la Mecánica Cuántica se cruza con la Relatividad General».

En su opinión, lo más interesante de estas teorías es el momento en que se encuentran las observaciones astrófísicas. Ponen como ejemplo las observaciones de la fusión de agujeros negros, hechas desde 2015 por los observatorios LIGO y Virgo, o la reciente primera imagen de la historia del horizonte de sucesos de un agujero negro.

«En un futuro cercano, podríamos poner a prueba nuestras predicciones teóricas en relación con la gravedad cuántica, como las hechas en este estudio, con observaciones», han aventurado Francesco Benini y Paolo Milan. «Y esto, desde un punto de vista científico, sería algo absolutamente excepcional».

Fuentes: ABC

18 de abril de 2020

65 años sin Albert Einstein


Ocurrió en un día como hoy...18 de abril

1955 - Falleció 18 de abril de (76 años) Albert Einstein en Princeton (Estados Unidos), Nacimiento 14 de marzo de 1879

Ulm (Reino de Wurtemberg), fue un físico alemán de origen judío, nacionalizado después suizo, austriaco y estadounidense. Se lo considera el científico más importante, conocido y popular del siglo XX.



En 1905, cuando era un joven físico desconocido, empleado en la Oficina de Patentes de Berna, publicó su teoría de la relatividad especial. En ella incorporó, en un marco teórico simple fundamentado en postulados físicos sencillos, conceptos y fenómenos estudiados antes por Henri Poincaré y por Hendrik Lorentz. Como una consecuencia lógica de esta teoría, dedujo la ecuación de la física más conocida a nivel popular: la equivalencia masa-energía, E=mc². Ese año publicó otros trabajos que sentarían algunas de las bases de la física estadística y de la mecánica cuántica.

En 1915, presentó la teoría de la relatividad general, en la que reformuló por completo el concepto de la gravedad. Una de las consecuencias fue el surgimiento del estudio científico del origen y la evolución del Universo por la rama de la física denominada cosmología. En 1919, cuando las observaciones británicas de un eclipse solar confirmaron sus predicciones acerca de la curvatura de la luz, fue idolatrado por la prensa. Einstein se convirtió en un icono popular de la ciencia mundialmente famoso, un privilegio al alcance de muy pocos científicos.

Por sus explicaciones sobre el efecto fotoeléctrico y sus numerosas contribuciones a la física teórica, en 1921 obtuvo el Premio Nobel de Física y no por la Teoría de la Relatividad, pues el científico a quien se encomendó la tarea de evaluarla no la entendió, y temieron correr el riesgo de que luego se demostrase errónea. En esa época era aún considerada un tanto controvertida.

Ante el ascenso del nazismo, Einstein abandonó Alemania hacia diciembre de 1932 con destino a Estados Unidos, donde se dedicó a la docencia en el Institute for Advanced Study. Se nacionalizó estadounidense en 1940. Durante sus últimos años trabajó por integrar en una misma teoría la fuerza gravitatoria y la electromagnética.

Aunque es considerado por algunos como el «padre de la bomba atómica», abogó por el federalismo mundial, el internacionalismo, el pacifismo, el sionismo y el socialismo democrático, con una fuerte devoción por la libertad individual y la libertad de expresión. Fue proclamado «personaje del siglo XX» y el más preeminente científico por la revista Time.

www.astrocienciasecu.blogspot.com

13 de febrero de 2016

Stephen Hawking: «Se ha descubierto una nueva forma de mirar el universo»

 «Además de probar la Teoría de la Relatividad General, podemos esperar ver agujeros negros a lo largo de la historia del Universo», sostiene el prestigioso físico
 Stephen Hawking, en una imagen de archivo - ABC

 El físico Stephen Hawking ha afirmado este jueves que la detección de las ondas gravitacionales abre la puerta a «una nueva forma de mirar el universo», después de que se haya confirmado la última predicción que quedaba por comprobar de las teorías de Albert Einstein. 

«La capacidad de detectarlas tiene el potencial de revolucionar la astronomía», señaló a la BBC el físico teórico de 74 años, experto en el campo de los agujeros negros. 

La detección de estas ondas, las señales que dejan grandes cataclismos en el universo, supone además «la primera prueba de un sistema binario de agujeros negros y la primera observación de agujeros negros fusionándose», afirmó Hawking. 

«Además de probar la Teoría de la Relatividad General, podemos esperar ver agujeros negros a lo largo de la historia del Universo. Podríamos incluso ver los vestigios del Universo primordial, durante el Big Bang», gracias a las ondas gravitacionales, subrayó el físico. 

La investigadora de la Universidad de Glasgow Sheila Rowan, que ha participado en el proyecto LIGO que ha detectado las ondas, describió su trabajo como un «viaje fascinante». 

«Estamos sentados aquí en la Tierra observando cómo las costuras del Universo se estiran y se comprimen debido a una fusión de agujeros negros que ocurrió hace más de mil millones de años», reflexionó Rowan. «Cuando encendimos nuestros detectores, el Universo estaba listo, esperando para decir 'hola'», describió la investigadora. 

Fuentes: ABC

18 de abril de 2014

Albert Einstein - Un genio nada relativo

Vídeo que hace una semblanza de Albert Einstein, científico alemán nacido en Ulm el 14 de marzo de 1879. En 1905 redactó cuatro trabajos fundamentales para la Física. En el primero de ellos explicó el movimiento browniano, en el segundo el efecto fotoeléctrico y los dos restantes desarrollaban la relatividad especial y la equivalencia masa-energía dando lugar a la ecuación más conocida de la física a nivel popular, E=mc². En 1915 presentó la Teoría General de la Relatividad, en la que reformuló por completo el concepto de gravedad. Murió en Princeton, Nueva Jersey, el 18 de abril de 1955 a la edad de 76 años.


Fue alemán, suizo y murió norteamericano. Amó la filosofía, la vela y el violín, a los 26 años este genio ya había reescrito los cimientos de la física cuántica con su teoría de la relatividad. Fue pacifista, sin embargo, aunque no participó en la construcción de la bomba atómica, de algún modo el mecanismo nació de su cabeza. ¿Quieren saber más sobre Einstein?



Fuentes: Rtve.es

4 de abril de 2014

Los universos múltiples ya aparecen en un texto en latín del siglo XIII

BOWLER
Una simulación informática moderna muestra una sección transversal de dos dimensiones de las esferas celestes que se producen en un proceso sugerido por el erudito del siglo XIII Robert Grosseteste
Este antiguo documento, llamado «De Luce», de Robert Grosseteste, muestra una idea sorprendentemente parecida al Big Bang y la posibilidad de que nuestro Cosmos no sea el único
La idea de que el Universo que conocemos no es el único, sino que puede ser uno entre muchos otros ha intrigado a los cosmólogos modernos desde hace algún tiempo, siempre con una gran polémica. Mientras unos pocos son partidarios de esta posibilidad, otros la rechazan por completo. Pero parece que este concepto de multiversoya pudo ser un tema de estudio en la Edad Media, según sugiere un texto en latín del siglo XIII.

Un equipo de científicos británicos ha llevado a cabo un estudio sobre este texto antiguo, llamado «De Luce», en el que se han encontrado indicios de que el filósofo inglés que lo escribió en 1225 ya jugaba con conceptos similares a los del multiverso. Se trata de Robert Grosseteste, considerado como «una de las mentes más deslumbrantes de su generación, alabado por sus sucesores como líder genio, teólogo, político y matemático».

Para descubrir las ideas de este filósofo, que las plasmó en el texto como si fueran ecuaciones matemáticas modernas, los investigadores utilizaron un ordenador para resolver estas ecuaciones, y para ver si eran capaces de ilustrar el Universo como Grosseteste lo había imaginado.

En esa época, el modelo cosmológico dominante fue el desarrollado porAristóteles, quien postuló que había nueve planetas (llamados esferas), una dentro de la otra, con el planeta Tierra en el centro. En «De Luce», Grosseteste supone que el Universo nació de una explosión que empuja todo, la materia y la luz, a partir de un solo punto, una idea que es sorprendentemente similar a la moderna teoría del Big Bang .

«Al principio, la materia y la luz estaban vinculados entre sí. Pero la rápida expansión llevó finalmente a un 'estado perfecto', con la cristalización de la luz-materia y la formación de la esfera exterior -el llamado 'firmamento'- del cosmos medieval», escribió el filósofo británico.

Además, asume que la materia cristalizada también irradiaba una luz especial, a la que llama «lumen». Ésta es irradiada hacia el interior, recolectando la materia «imperfecta» que se encuentra, un comportamiento similar a la forma en que las ondas de choque se propagan en una explosión de supernova.

Por su parte, la materia «perfecta» cristaliza en otra esfera incrustada dentro de la primera y también irradia luz. Eventualmente, en el centro, la materia «imperfecta» restante forma el núcleo de todas las esferas, la Tierra.

Una descripción «exacta»
Después de simular a través del ordenador las ecuaciones expuestas por el antiguo científico, los investigadores descubrieron que el Universo imaginado por Grosseteste podría haberse formado exactamente como él lo describió. «Sorprendentemente, la simulación por ordenador muestra que la descripción de Grosseteste es exacta», ha señalado el autor principal, Richard Bower.

«Los resultados nos dan una apreciación mucho más profunda de la ciencia en el siglo XIII», ha añadido. A su juicio, este estudio, aceptado en las actas de Royal Society A, demuestra que la comunidad científica moderna había «subestimado por completo la profundidad del argumento lógico en la Edad Media».

A pesar de este gran hallazgo, el razonamiento de Grosseteste tiene también sus fallos. Uno de ellos es que su teoría sólo funciona si hay el número correcto de las esferas celestes y si están correctamente ordenadas, lo que ocurre sólo si hay puntos de partida muy específicas. «Por sí solas, las leyes de Grosseteste no son suficientes para producir el Universo en el que pensó que vivía», ha apuntado Bower.

De hecho, el filósofo medieval se dio cuenta de este problema. Para hacer frente a ello, añadió una razón de más para explicar por qué había «exactamente nueve esferas celestes más una imperfecta Tierra», una explicación similar al razonamiento aplicado en la cosmología moderna.

Hoy en día, las leyes de la mecánica cuántica y la relatividad general se utilizan para explicar el origen del Cosmos, pero no nos dicen la cantidad de materia normal, la materia oscura y la energía oscura en el Universo. «Para explicar esto, los cosmólogos a menudo apelan a alguna nueva teoría, como una teoría de la supersimetría, por ejemplo», ha explicado Bower.

En otras palabras, los modelos actuales trabajan para sólo ciertos valores específicos, y si los valores son elegidos al azar, la explicación falla. Así, para satisfacer estas condiciones, algunos físicos sugieren que existe un multiverso, de manera que, cualquier resultado puede explicarse si no en la nuestra, en un universo vecino.

De la misma manera, si los parámetros en el modelo de Grosseteste se modifican, habrá un número diferente de esferas alrededor de la Tierra. Y aunque «De Luce» nunca menciona el término multiverso, Bower cree que el filósofo «parece darse cuenta de que el modelo no predice una solución única, y que hay muchos resultados posibles (..) Él tiene que escoger un Universo de todas las posibilidades», concluye.


Fuentes: ABC.es