La Materia Oscura

Hola nuevamente futuros científicos y aficionados a la ciencia ¿Cómo han estado? Ojala que muy animados de ponernos a usar nuestra imaginación en este blog. Ahora desarrollaré un tema que para muchos no es tan claro como su propio nombre lo dice, Materia Oscura, y veremos qué es, dónde se encuentra, cómo está compuesta y diversas preguntas más.

Antes de comenzar una explicación más profunda hay que responder una pregunta simple, ¿Qué es la Materia Oscura?

La Materia Oscura es una hipotética materia que no emite suficiente radiación electromagnética para ser detectada con la tecnología actual pero cuya existencia se puede deducir a partir de los efectos gravitacionales que causa en la materia visible, es decir la fuerza que hace que objetos estelares tales como las estrellas o las galaxias se muevan en cierta dirección o a cierta velocidad y esta no se debe confundir con la Energía Oscura, ya que son dos cosas totalmente distintas. Para tener una idea más clara se ha descubierto que en todo el universo observable la Energía Oscura ocupa el 74% y la Materia Oscura el 22% (esto debido a la fórmula de Einstein E=mc2 en donde para que exista tal cantidad de Materia Oscura debe existir casi 3 veces más Energía Oscura), mientras que el restante 4% se lo reparten, en su gran mayoría, nubes de gas y estrellas, con lo que nos deja tan solo una pequeña fracción para la materia ordinaria que conocemos. Eso nos hace pensar que tan poco conocemos nuestro universo y que tan pequeños somos.

La Materia Oscura fue propuesta por Fritz Zwicky (1898-1974) en 1933 ante la evidencia de una "masa no visible" que influía en las velocidades orbitales de las galaxias en los cúmulos y  también desempeña un papel central en la formación de estructuras y en la evolución de galaxias, es decir tenía que haber “algo” que hacía que estas galaxias se aceleraran. Todas estas pruebas sugieren que las galaxias, los cúmulos de galaxias y todo el Universo contiene mucha más materia que la que interactúa con la radiación electromagnética, es por eso que es llamado "el componente de materia oscura". También podemos decir que su composición es desconocida aún para nosotros pero se tiene una idea de que podría estar compuesta por Neutrinos ordinarios y Partículas Elementales.

Ya habiendo aclarado qué es la Materia Oscura ahora habría que pensar ¿De qué está compuesta y cómo se puede “ver” la Materia Oscura?

Contestando la primera parte de la pregunta, hasta el momento el punto de vista más aceptado es que la Materia Oscura es ,principalmente, No-Bariónica, es decir que está compuesta de una o más Partículas Elementales (Leptones y Quarks) distintas de las normales electrones, protones, neutrones y los neutrinos conocidos. Las partículas propuestas más comunes son los axiones, neutrinos estériles y WIMPs (partículas masivas de interacción débil, incluyendo neutralinos) pero ninguna de estas es parte del modelo estándar de física de partículas, pero pueden aparecer en ampliaciones del modelo estándar. Han sido llevadas a cabo búsquedas experimentales de estos candidatos a materia oscura y aún continúan.

Contestando a la segunda parte de la pregunta podemos decir que para ver la Materia oscura se puede dividir en dos grandes categorías: Detección Directa en los que las partículas de materia oscuras se observan en un detector, es decir que en un laboratorio subterráneo los investigadores enfrían Germanio (Ge) y Silicio (Si) a temperaturas extremadamente bajas (cerca del cero absoluto, es decir, -273,15 grados Celsius). Este ambiente frío es ideal para detectar partículas de Materia Oscura directamente. Si una partícula pasa a través de dicho ambiente, impactando un núcleo atómico frío, libera carga y calor que los científicos pueden detectar con instrumentos súper sensibles. Estos experimentos detectan tres eventos que podrían sugerir una partícula masiva de interacción débil, o WIMP (“weakly interacting massive particle”), que pasó a través del experimento. Las WIMPs son un posible candidato para explicar la materia oscura, que no emite luz, pero interactúa con el Universo a través de su gravedad. No obstante, las señales detectadas podrían también ser fluctuaciones estadísticas, es por ello que los científicos esperarían ver tres o más de estos eventos tipo WIMP el 5,4% del tiempo debido simplemente a fluctuaciones aleatorias en el experimento. Pero las fluctuaciones detectadas por el experimento se encuentran en un rango similar de energía, lo que hace menos probable que sea un evento aleatorio.

Y la Detección Indirecta que busca los productos de aniquilaciones de materia oscura, es decir que en lugar de buscar directamente las partículas de materia oscura, los investigadores tratan de detectar otras partículas (neutrinos, fotones, etc.) producidas como consecuencia de la aniquilación de las propias partículas de materia oscura en el Universo en restos de Supernovas, Estrellas muertas o en Galaxias antiguas.

Por último hay que recalcar el ¿Porqué existe Materia Oscura?

Estimaciones basadas en los efectos gravitacionales de la cantidad de materia presente en el Universo sugieren, consistentemente, que hay mucha más materia de la que es posible observar directamente. Además, la existencia de materia oscura resolvería varias inconsistencias en la teoría del Big Bang, ya que se cree que la mayoría de la masa del Universo existe en esta forma. Determinar cuál es la naturaleza de la materia oscura es el llamado "problema de la materia oscura" o "problema de la masa desaparecida" y es uno de los más importantes de la cosmología moderna.

La cuestión de la existencia de la materia oscura puede parecer irrelevante para nuestra existencia en la Tierra pero el hecho de que exista o no afecta al destino último del Universo y, por ende, el nuestro propio a largo plazo. Se sabe que el Universo está expandiéndose, por el corrimiento al rojo que muestra la luz de los cuerpos celestes distantes. Si no hubiera materia oscura, esta expansión continuaría para siempre, es decir, si la actual hipótesis de la materia oscura es correcta, y dependiendo de la cantidad de materia oscura que haya, la expansión del Universo podría ralentizarse, detenerse o incluso invertirse (lo que produciría el fenómeno conocido como Big Crunch), aunque dudo mucho que fuera a ocurrir esto último. Sin embargo, la importancia de la materia oscura para el destino final del Universo se ha relativizado en los últimos años, en que la existencia de una constante cosmológica y de una Energía Oscura (74% del Universo) parece tener aún mayor importancia. Según las mediciones realizadas en 2003 y 2006 por el satélite WMAP, la expansión del Universo se está acelerando, y se seguirá acelerando debido a la existencia de la Energía Oscura, aunque sin causar una gran catástrofe para todas las especies alrededor del Universo.

Espero les haya gustado el tema acerca de la Materia Oscura. En la siguiente edición de este blog les hablaré sobre las Partículas Sub-Atómicas y el Bosón de Higgs. Nos vemos pronto y recuerden que siempre deben preguntar, indagar y experimentar, nunca dejen de hacerlo porque la ciencia es su amiga.

Viajes en el Tiempo (Segunda Parte)

Hola nuevamente gente interesada en la ciencia, ¿Cómo han estado? Espero que con muchas ganas de seguir leyendo a través de este blog la segunda parte de los Viajes en el Tiempo. En esta oportunidad desarrollaré un poco más el tema de cómo funciona el Tiempo y como este puede ayudar a dichos Viajes.

Hay que comenzar pensando ¿Porqué es tan diferente el pasado y futuro? ¿Por qué el tiempo va hacia adelante? Y ¿Esto está relacionado con el hecho de que el universo se está expandiendo? Todas estas preguntas serán resueltas de una manera muy didáctica y podremos ver cómo se aplicarían estas en posibles Viajes en el Tiempo.

Para resolver todo lo antes mencionado hay que preguntarse primeramente ¿Qué es lo que hace tan diferente el Pasado del Futuro? 

Para comenzar hay que decir que las leyes de la física no distinguen entre Pasado y Futuro, es decir que son invariables y no dependen del Tiempo; sin embargo en la vida cotidiana vemos una gran diferencia entre las direcciones hacia adelante o hacia atrás del Tiempo. Como un ejemplo de ello podríamos imaginar que filmamos un vaso de agua que cae de una mesa y se rompe en muchos pedazos. Luego podemos pasar la película hacia atrás y veremos cómo este vaso se vuelve a armar luego de haberse roto, entonces podemos decir que la película la estamos viendo en reversa, ya que nunca vemos ese comportamiento en la vida cotidiana. Si esto fuera así nadie compraría nunca más un artículo de estos porque se rearmarían solos.

El ejemplo arriba mencionado tiene la explicación de que no vemos vasos rotos saltando hacia atrás sobre la mesa es porque lo prohíbe la Segunda Ley de la Termodinámica. Esta nos habla que el Desorden o la Entropía aumentan siempre con el Tiempo, es decir el vaso está en un estado de orden elevado, pero uno roto en uno desordenado, por lo tanto podemos ir desde el vaso entero en el Pasado al vaso roto en el Futuro, pero no al revés. El incremento de este Desorden o Entropía con el tiempo es un ejemplo de lo que Stephen Hawking llama “Flecha del Tiempo”, es decir algo que da una dirección al Tiempo y distingue el Pasado del Futuro. Estas son 3 y las explicaré a continuación:

1. La Flecha del Tiempo Termodinámica: Esta se basa en la segunda Ley de la Termodinámica, la cual se apoya en el hecho de que hay muchos más estados desordenados que ordenados. Un ejemplo de ello sería una caja de piezas de rompecabezas, en donde solo existe una posición para cada pieza en la que van a formar una imagen, en contraste con el gran número de posiciones en las que estas piezas están desordenadas y no forman ninguna imagen. Con ello se quiere decir que esta Flecha apunta hacia el Futuro, es decir que a mayor tiempo transcurrido mayor es el Desorden o Entropía, como lo vemos a diario y por ello podemos recordar eventos pasados y no futuros, como lo explicaré en la siguiente Flecha del Tiempo.
2. La flecha del Tiempo Psicológica: En ella se puede observar que hay muchas opciones para un estado de memoria muy desordenado. Una vez que la memoria interacciona con lo que hay que registrar (un evento), pasando a un estado ordenado. Todo esto fue logrado a través de un intercambio de esta información por energía, ya sea que se disipa en forma de calor y aumenta la cantidad de desorden en el universo y se puede demostrar que el aumento de este desorden es mayor que el orden de la memoria. Entonces podemos decir que la dirección del Tiempo para recordar algo es la misma en la que aumenta el desorden. Esto quiere decir que la Flecha Psicológica está determinada por la Flecha Termodinámica, porque el desorden aumenta con el tiempo en la medida que medimos el tiempo en la dirección en la que aumenta el desorden; es decir que ambas Flechas apuntan en la misma dirección que aumenta el Desorden o Entropía.
3. La Flecha del Tiempo Cosmológica: Esta es la dirección del tiempo en la que el universo se está expandiendo y no contrayendo. Esto nos habla de un universo en un estado muy ordenado antes del Big Bang, en donde la curvatura del Espacio-Tiempo es infinita, es decir el Universo sería un espacio finito pero sin fronteras, como la superficie de la tierra, en donde si empezáramos en un punto y avanzáramos en línea recta en algún momento regresaríamos al mismo punto. Es por ello que el universo empezó en un estado ordenado y luego con el tiempo aumento su desorden como lo vemos demostrado en las dos Flechas del Tiempo anteriores por lo tanto se está expandiendo y no contrayendo como se especulaba antes.

Luego de haber explicado lo anterior hay que ponernos a pensar ¿Se invierte la Flecha del Tiempo cuando el Universo se contraiga? La respuesta es simplemente que no, ya que la condición de ausencia de frontera implicaba que el desorden seguiría aumentando durante la contracción del Universo (no ocurrirá hasta dentro de 10 mil millones de años), es decir que a medida que el Universo se vaya haciendo más pequeño hasta alcanzar su tamaño inicial en donde las Flechas del Tiempo Termodinámica y Psicológica no se invertirían.

Con lo antes mencionado hemos podido ver cómo es que el Universo funciona de la forma en la que lo conocemos, pero hay que recalcar ¿Cómo es que afecta esta diferencia entre Pasado y Futuro a los Viajes en el Tiempo? ¿Cómo esta Retrocausalidad afecta a los Viajes en el Tiempo?

Las diferencias entre las estructuras del Pasado y Futuro es explicado de alguna manera por la Retrocausalidad. La Retrocausalidad se refiere a cualquiera de los fenómenos o procesos hipotéticos capaces de invertir la causalidad, permitiendo que un efecto preceda a su causa, es decir la relación Causa-Efecto. Como ejemplos podríamos imaginar cómo una huella precede a la pisada, el eco a la voz, la detonación al disparo. Esta es fundamentalmente un experimento mental, dentro de la filosofía de la ciencia, basado en elementos de la ciencia física, que se orienta a las siguientes cuestiones: ¿Puede lo que ocurre en el futuro afectar al presente?, y ¿puede el presente afectar al pasado?, es decir que ella nos podría indicar el camino hacia los Viajes en el Tiempo, ya que nos permitiría dar una vuelta en “u”. Aunque algunas teorías se han propuesto como formas de Retrocausalidad, no existen observaciones científicas probadas al respecto, y a pesar de ello hay algunos físicos que la apoyan y propuesto con teorías que avalarían el Viaje del Tiempo de pequeñas partículas.

Ahora bien hay que explicar cómo afecta la Retrocausalidad y cómo puede ser posible en circunstancias determinadas.

Como se ha mencionado, la Retrocausalidad, al invertir la causalidad, puede sugerir una vuelta en el tiempo, es decir que la curva cerrada de tipo tiempo (aquella que nos permitiría el acceso al pasado) proviene de soluciones exactas a la ecuación de campo de Einstein. Aunque estas curvas no parecen existir en condiciones normales (aun no se ha aplicado a la realidad), circunstancias extraordinarias del Espacio-Tiempo, como los Agujeros de Gusano (mencionados en una edición anterior) podrían facilitar su formación, y como es obvio aún no han sido observados la creación de estas “carreteras del tiempo”.

La Retrocausalidad ha sido también propuesta como mecanismo explicativo de lo que Einstein llamó "acción fantasmagórica a distancia", la cual ocurriría como resultado del entrelazamiento cuántico. Aunque el punto de vista dominante es que los efectos de dicho entrelazamiento no requieren una comunicación directa entre las partículas involucradas, es por ello que se propuso una teoría alternativa. Se presentó un experimento para probar esta teoría y si bien el experimento no ha sido llevado a cabo desde su formulación en 2006 no obstante, la Retrocausalidad ha sido propuesta como una explicación para esto. El experimento consiste en que la partícula hipotética denominada taquión (propuesta en el contexto de la Teoría de Cuerdas) al superar la velocidad de la luz, se movería hacia atrás en el tiempo, como se quiere lograr en los experimentos que se están llevando a cabo en los laboratorios de CERN (el acelerador de partículas ubicado en Europa).

Hasta que no se compruebe físicamente esta Retrocausalidad va a ser difícil apoyar los Viajes en el Tiempo, pero una vez demostrados podremos decir que, al menos, mandamos partículas tanto al Pasado como al Futuro y quién sabe, quizás más adelante podamos ver a los primeros viajeros del tiempo creando así, como ya se mencionó antes, múltiples universos paralelos en el universo.

Ojala haya sido de su agrado esta segunda parte y haya quedado un poco más claro el tema acerca de los Viajes en el Tiempo. En la siguiente edición de este blog les hablaré sobre la Materia Oscura como lo había prometido en la primera parte de este tema. Nos vemos pronto y recuerden que siempre deben preguntar, indagar y experimentar, nunca dejen de hacerlo porque la ciencia es su amiga.

Viajes en el Tiempo (primera parte)

Hola futuros científicos y gente interesada en la ciencia, ¿Cómo han estado? Espero que con muchas ganas de seguir aprendiendo o ampliando sus conocimientos a través de este blog escrito por su humilde servidor. En esta oportunidad les hablaré acerca de Los Viajes en el Tiempo, desde un punto de vista netamente científico claro está. Se verán temas relacionados con este, despejaran sus dudas acerca de realidades y mitos y sus funciones, posiblemente prácticas, en un futuro cercano.

Para empezar a hablar sobre este tema hay que empezar señalando ¿Qué es el Tiempo? Para la mayoría de las personas es simplemente la sucesión de eventos que mantiene ordenada nuestra vida y de la que dependemos tanto. Para filósofos como Kant el Tiempo es una condición necesaria para todo lo que conocemos, un a priori, sin el que nada sería posible, es decir ser es ser en el tiempo, ya sea este pasado, presente o futuro. Esta pregunta se la han hecho muchas personas y en un ámbito más científico podemos decir que el Tiempo es una magnitud física con la que medimos la duración de los acontecimientos, los cuales están sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observación, es decir el periodo que transcurre entre el estado del sistema y luego el instante en el que se registra una variación perceptible para un observador. Parece algo complicado pero en realidad es muy simple, tanto así que lo podemos apreciar en todo momento sin embargo no nos percatamos de ello, como por ejemplo en este instante estoy escribiendo estas palabras, las cuales apenas termine de escribirlas ya formaran parte del pasado y es allí donde a ocurrido el cambio al cual me refería.

En el Tiempo podemos observar que existen 3 momentos dados, que permiten ordenar los sucesos de manera secuencial, los cuales son Pasado, Presente y Futuro. En el Pasado podemos recordar sucesos que ya ocurrieron en otro lapso de tiempo y el Futuro los que sucederán. El Presente es algo más complicado, ya que son pequeños eventos que se suceden uno junto al otro que se producen en un mismo espacio y es el recurso más abundante y a la vez escaso que puede existir en el universo. Tal vez parezca esto último algo filosófico, pero si uno lo piensa bien Tiempo es algo que tenemos en cada instante, sin embargo si no se administra de la mejor manera uno puede llegar a desperdiciarlo, haciendo que se convierta en un bien escaso hablando en términos económicos, y es por ello que hay que saber manejarlo de la mejor manera, ya que por algo se le llama Presente, es decir es un regalo que se nos da por parte del universo.

Ahora bien ya teniendo un poco más claro el concepto del Tiempo podemos seguir avanzando con el tema y preguntarnos, entonces ¿Qué es el Espacio-Tiempo? El Espacio-Tiempo es un modelo matemático que combina, como bien dice su nombre, el espacio y el tiempo en uno solo como dos conceptos relacionados que no pueden separarse. En este se desarrollan todos los eventos físicos del Universo, de acuerdo con la Teoría de la Relatividad (Einstein) y otras teorías físicas.

Su nombre alude a la necesidad de considerar de manera unificada la localización geométrica en el espacio y el tiempo, ya que la diferencia entre componentes espaciales y temporales es relativa según el estado de movimiento del observador, tal cual lo hace el Efecto Doppler con los objetos con la variación de sonido dependiendo del punto de observación. De este modo, se puede hablar de un continuo espacio-temporal y, debido a que el universo tiene tres dimensiones espaciales físicas observables, es usual referirse al tiempo como la "cuarta dimensión" para resaltar que es inevitable considerar al tiempo como una dimensión geométrica más.

Como ejemplo habría que recordar que ya se mencionó en un post anterior que el Espacio-Tiempo es como una sábana tendida en donde esta se va deformando por medio de un cuerpo que le genera gravedad y hace que esta se “curve” tal cual lo haría la sábana con un objeto pesado encima de ella y en algunos casos inclusivo la deformaría tanto que se “rompería”, abriendo así paso a un Agujero Negro o bien podría ser una especie de carretera Espacio-Temporal que uniría dos espacios separados del universo o quizás también ser un puente hacia el futuro o pasado.

Habiendo dejado en claro los dos puntos arriba mencionados habría que examinar ahora ¿Qué es el Viaje en el Tiempo? y ¿Cuáles son sus posibles aplicaciones?

El Viaje a través del Tiempo es un concepto de desplazamiento hacia atrás o adelante (hacia el pasado o futuro) en diferentes puntos del tiempo, muy similar a como se hace un desplazamiento en el espacio, como por ejemplo cuando uno viaja del punto A al punto B en su vehículo, e incluso hay algunas interpretaciones del Viaje en el Tiempo que nos sugieren la posibilidad de que se puedan dar entre realidades o universos paralelos (más adelante se detallará esto).  

Según la Teoría de la Relatividad de Einstein, las partículas, al moverse a través del Espacio-Tiempo, se mueven hacia adelante en el tiempo (hacia el futuro) y hacia un lado u otro del espacio y eso te hace ver el porqué de la energía total y la masa sean positivas está relacionado con el hecho de que las partículas se muevan hacia el futuro.

Un aspecto comprobado de la Teoría de la Relatividad es que viajar a velocidades cercanas a la velocidad de la luz (300 000 k/s) ocasiona una dilatación del tiempo, es decir que el tiempo de un individuo que viaja a esa velocidad corre más lentamente que el de una persona que se encuentra en la tierra y esto se debe principalmente a que a mayor velocidad de viaje el Tiempo se dilata, ya que este último es Relativo y hace que el viajero cuando nuevamente llegue a la tierra para el hayan pasado apenas unos años, sin embargo a la persona que se quedó han pasado casi 4 veces más la cantidad de años. Es por ello que podemos decir que a mayor velocidad de viaje el Tiempo se dilatará más y hará que pase más lento, de tal forma que podamos viajar al “Futuro”. Ese concepto hacia el Futuro es posible pero no nos deja del todo satisfechos, ya que nos gustaría contar con un medio de transporte que haga de Viaje en el Tiempo algo instantáneo y se pueda hacer miles de años hacia el Futuro.

Ahora bien habría que ver de qué forma se podrían llevar esos conceptos a la práctica y si es posible lograrlo en el Futuro. Como ya se mencionó la Teoría de la Relatividad nos permite un tipo de dilatación temporal que ordinariamente se podría denominar “viaje en el tiempo”. La teoría sostiene que relativamente a un observador estacionario, el tiempo parece fluir más lentamente para los cuerpos que se desplazan rápidamente, como por ejemplo, un reloj que se desplaza parecerá ir más lento pero al aumentar su velocidad y acercarse a la Velocidad de la Luz parecerá haberse detenido completamente. Este efecto sólo hace posible que se viaje  hacia adelante en el futuro, mas nunca hacia atrás.

Muchos científicos consideran que el viaje a través del tiempo propiamente dicho es imposible. Esta opinión se ve reforzada por un argumento basado en la “Navaja de Occam”, la cual nos dice que “si tienes más de una respuesta posible, casi siempre la explicación más sencilla suele ser la correcta”.

Además, en la ausencia de cualquier evidencia experimental de la posibilidad del viaje en el tiempo, es teóricamente más simple suponer que no puede ocurrir. De hecho, el físico Stephen Hawking ha sugerido que la ausencia de turistas del futuro constituye un fuerte argumento en contra de la existencia del viaje en el tiempo, que en el caso de que en un futuro el ser humano pudiese viajar al pasado, éste no podría regresar a un espacio temporal anterior al momento de la puesta a punto de la hipotética máquina del tiempo que lo permitiese, es decir que si en este preciso instante se inventa una máquina para viajar en el Tiempo solo podremos viajar hacia atrás hasta el punto exacto donde se inventó este viaje y no como se querría ir hacia el antiguo Egipto o a el imperio Romano.

Entonces ¿Es qué nunca se podría viajar al pasado como se ve en la ciencia ficción a través de los Agujeros de Gusano? Y ¿Qué son los Agujeros de Gusano y cómo nos ayudarían a viajar en el Tiempo?

Todo lo mencionado tiene un fuerte apoyo pero incluso el mismo Stephen Hawking sugiere que se podría lograr un verdadero viaje tanto al Futuro como al Pasado independientemente de la fecha en la que se fabrique esta máquina. También se ha sugerido que al viajar al pasado se estaría “creando” un universo paralelo y no se viajaría al propio pasado sino a una copia de este pero con la diferencia de la existencia de un turista temporal. De este modo se tendría dos espacios temporales simultáneos: uno donde aparece un turista del tiempo y otro donde nunca aparecerá. Esta sería una hipótesis para discutir la famosa paradoja de “Si mañana planeo un viaje a hoy para decirme ‘hola’, ¿por qué hoy no tengo un doble a mi lado diciéndome ‘hola’?” Sin embargo esto se podría dar de alguna forma con los Agujeros de Gusano.

Ahora hay que aclarar que los Agujeros de Gusano son un puente que teóricamente pueden atravesar el Espacio y el Tiempo y fueron predichos por la Teoría de la Relatividad, el cual es uno de los bastiones para los investigadores de los viajes en el tiempo. Y es que no se trata de construir un artefacto que nos “lleve” o “traiga” en el continuo Espacio-Tiempo, sino más bien de entender cómo funciona ese viaje en sí. Por ejemplo, podemos decir que los físicos saben que el viaje al futuro es una realidad irrefutable, según la teoría de Einstein y que incluso han logrado enviar partículas sub atómicas llamadas muons hacia el futuro a través de la manipulación del campo gravitatorio en torno suyo en los laboratorios CERN. Sin embargo, enviar a un ser humano o una nave espacial es una cuestión más complicada y presenta problemas diferentes.

Los Agujeros de Gusano son una de las numerosas soluciones que exhiben las propiedades del viaje en el tiempo, pues permitiría que una hipotética nave viajara de un punto a otro del agujero más rápido que la velocidad de la luz. La velocidad de la luz (como ya sabemos) es el límite de velocidad de nuestro universo, pero los agujeros de gusano echarían mano de un atajo, el cual se puede explicar teóricamente de la siguiente manera: el objeto no sobrepasaría en sí mismo nunca la velocidad de la luz, sino que llegaría de un extremo al otro del agujero de gusano antes de lo que tardaría un rayo de luz en recorrer ese espacio. De este modo, el objeto teóricamente nunca se mueve más rápido que la luz, debido a las propiedades del agujero de gusano.

Lo que se trataría es de crear un Agujero de Gusano, o manipular uno ya existente en el espacio, y mantenerlo equilibrado, lo que implicaría conocer más de otro componente que lo hace posible, la materia oscura de la cuál apenas se sabe que ocupa el 21% del universo observable y de la cual hablaré en otra ocasión. Esta materia permitiría acelerar ambos extremos del agujero de gusano hacia las posiciones deseadas. Es decir que estos Agujeros de Gusano podrían hacer que los viajes en el Tiempo hacia el Futuro o Pasado fuesen posibles de forma que se creara una tangente de nuestra realidad, creando así otra “realidad” en donde si veríamos y conoceríamos a estos viajeros del tiempo, ya que sabemos bien que cualquier cambio en una realidad hace que esta cambie por completo como bien lo dice el “efecto mariposa” en donde un simple aleteo de una mariposa en las costas de California podría desencadenar en un Tifón al otro lado del océano en Japón, de la misma manera que pasaría con una bola de nieve avanzando colina abajo.

Espero que haya sido de su agrado esta primera parte y les haya ayudado a entender un poco más acerca de los Viajes en el Tiempo. En la siguiente edición hablaré sobre la Materia Oscura y próximamente sobre la segunda parte de estos Viajes en el Tiempo. Hasta la próxima y recuerden que siempre deben preguntar, indagar y experimentar, nunca dejen de hacerlo porque la ciencia es su amiga.

La vida de las Estrellas

Hola nuevamente, ¿Cómo han estado fanáticos de la ciencia?  Espero que muy ansiosos por leer sobre un nuevo tópico en este blog. En esta ocasión les hablaré acerca de las Estrellas, desde su formación, crecimiento y posteriormente su deceso para nuevamente comenzar con su ciclo de vida.

Para comenzar hay que empezar señalando ¿Qué es una Estrella? Una Estrella es un objeto estelar que produce luz propia, como nuestro querido Sol, y se compone de diversos elementos pero el que más abunda en él es el Hidrógeno que quema mediante su combustión, es decir son las lámparas estelares que ayudan a poder visualizar objetos sin luz propia tales como planetas, asteroides, satélites, etc. Estas esferas son básicamente Plasma (4to estado de la materia similar al gaseoso) la cual mantiene su forma esférica gracias a un equilibrio que existe entre su fuerza de gravedad (que lo atrae hacia su centro) y la presión del Plasma (que lo empuja hacia afuera). Este equilibrio mencionado seguirá por mucho tiempo de la misma manera mientras la estrella siga proporcionando su combustible esencial que es el Hidrógeno (símbolo químico H), pero si esto cambia entonces el equilibrio se rompe, haciendo que la estrella cambie en diversos aspectos tanto interna como externamente. Hay que mencionar que estas se agrupan en galaxias como la nuestra, la Vía Láctea, y cada galaxia puede agrupar hasta 400 mil millones de estrellas. Estas se encuentran a distancias muy lejanas de nosotros, tanto así que la más cercana es Alfa Centauri, la cual se encuentra a 4.22 años luz (Un año luz es equivalente a viajar un año a la velocidad de la luz o sea a 300 mil km/s. ¡¡¡¡¡¡Increíblemente rápido!!!!!).

Ahora bien que ya sabemos qué es una estrella hay que explicar exactamente ¿De qué manera se forman las Estrellas? Y ¿Cómo es su ciclo de vida?

Para responder a la primer pregunta hay que remontarnos hasta los comienzo del mismo universo cuando los átomo de Hidrógeno comenzaban a agruparse hasta empezar a formar poco a poco su núcleo, el cual está comprimido, y este proceso se ha venido repitiendo innumerables veces a través de todo el cosmos. Luego que se agrupan formando un núcleo aún pequeño para el tamaño final que tendrán estos, se comienzan a fusionar los átomos de Hidrógeno de manera externa, de forma que como nada les impide comprimirse como los que están en su núcleo, estos comienzan a expandirse dando así el aspecto final que todos conocemos. Una forma de visualizarlo mejor es como si fuesen un melocotón, en donde el núcleo comprimido vendría a ser la semilla o pepa de este y todo el fruto en si fuese el Plasma de átomos de Hidrógeno que se ha expandido. Hay que aclarar que esa expansión depende mucho de la cantidad de combustible que posea, el que explicaré en líneas posteriores.

Ahora bien ya que sabemos qué son y cómo se forman, entonces podremos explicar cómo es la vida de las Estrellas. Las Estrellas se forman en los lugares más remotos y densos del universo llamados nubes moleculares, los cuales son formados casi siempre por Supernovas (explosión de una vieja estrella) o por colisiones galácticas. Este proceso comienza a ser cada vez más rápido debido al Hidrógeno Molecular (H2) empieza a caer sobre sí mismas, es decir como es un elemento más pesado este hace que se vaya formando el núcleo y empezando a generar su propia Gravedad. Poco después ya cuenta con un núcleo propio y empieza a expandirse. A este etapa de su vida se le llama protoestrella, es decir como si fuera el embrión que aun no nace. Luego empiezan las fusiones nucleares haciendo que la estrella crezca hasta alcanzar su tamaño correspondiente. A este proceso se le llama Secuencia Principal y forma parte del 90% de su vida total. Luego de una larga vida todas las Estrellas comienzan a agotar su Hidrogeno y el siguiente paso depende siempre de su masa, es decir Estrellas como nuestro Sol terminaran como Gigantes Rojas y después pasaran a ser Enanas Blancas; otras pasan a ser Súper Gigantes, Supernovas o Agujeros Negros dependiendo de sus características físicas.

Para mencionar nuestro caso especial del Sol, esta es una Estrella de tamaño y luminosidad promedio en el universo, es decir es una Estrella típica. Nuestro Sol nació también de una nube molecular producto de la explosión de una Supernova (luego la explicaré mejor) que botó chorros de elementos para, primero, dar lugar a la formación de nuestra Estrella y luego de nuestro sistema solar. Luego del proceso mencionado líneas arriba nuestro Sol ya formado pasó a ser estable y así lo ha sido durante 4600 millones de años. Al Sol le quedan aproximadamente unos 5400 millones de años más de vida, en los cuales cerca al final ya habrá quemado todo su combustible, el Hidrógeno, quedándole otro elemento, gracias a la fusión nuclear, el Helio (He). Este elemento es el que hace que cambie su apariencia y tamaño pasando a formarse una Gigante Roja, ya que como es un elemento más pesado ocupa un mayor espacio y hace que cambie del color amarillento característico a un rojizo naranja. Al empezar a expandirse, lamentablemente, irá “comiéndose” los planetas más cercanos, es decir Mercurio, Venus e inclusive a la Tierra, con lo cual para ese entonces la humanidad ya habrá migrado hacia una nueva estrella más estable, si es que aún sigue existiendo nuestra especie. Por último, cuando ya se le agote su Helio, nuestro Sol va ya no va a poder retener esa capa externa de plasma quedando solo elementos más pesados como Carbono y Oxigeno y poco a poco quedara solo su núcleo con toda su masa comprimida llamada Enana Blanca y este será el final de nuestro Sol.

Por último hay que explicar ¿Cómo se clasifican? Y ¿Qué sucede con las Estrellas que son diferentes a las promedio como nuestro Sol?

Respondiendo la primera pregunta estas se pueden clasificar dependiendo de su temperatura y luminosidad el cual se llama Tipo Espectral. En esta clasificación se agrupan dependiendo de cuan calientes estén y cuanto brillo tengan. Esta forma de medición no basta ya que también influyen los determinados tamaños de las Estrellas y ello también influye en su luminosidad. Para ello se determinan ciertos factores logrando así calcular su tamaño y luminosidad con bastante precisión. En cuestión de luminosidad se clasifican por colores que son blanco verdoso, azulado, blanco, amarillo, naranja y rojo (con algunas tonalidades mezcladas también) y dependiendo de su tamaño pueden ser Hipergigantes, Supergigantes, Gigantes, Sub-Gigantes, Enanas, Sub-Enanas y Enanas Blancas. Todas estas denominaciones ayudan a que se les pueda catalogar mejor a las Estrellas y existen combinaciones de ambas categorías que ayudan a distinguirlas mejor, como, por ejemplo, la Estrella más luminosa del cielo nocturno en nuestro hemisferio llamada Sirius o Canis Mayoris, la cual es una Hipergigante Roja que haría ver a nuestro Sol como un mero pixel a su lado o también tenemos a Rigel que es una Supergigante Azul que se encuentra en la constelación de Orión y así podría seguir enumerando muchas más.

Ya explicado sus tamaños y luminosidad podemos hablar acerca de que les sucede a estas Estrellas luego de que agotan su combustible, es decir cómo van a acabar sus días y qué sucederá después. El destino que les vaya a deparar depende de su masa, es decir como ya sabemos que le sucederá al Sol podemos tomar como referencia su masa y ver lo que les pasará a las de menor y mayor masa.

A las estrellas con una masa igual o menor al Sol podemos llamarlas “ligeras” y en esta categoría van a experimentar situaciones similares a las descritas antes de lo que le sucederá al Sol con variables al final, porque algunas terminarán como Enanas Blancas (como el Sol) y otras lo harán hasta llegar a una Enana Negra, es decir una Estrella muerta por completo.

En el caso de las Estrellas con masa mayor al Sol (de 6 veces a más masa) podemos llamarlas “pesadas” y como son tan masivas cuando se les agota el combustible, esta se queda repentinamente sin presión interna que detenga a la propia atracción gravitacional haciendo que la estrella colapse sobre sí mismo muy rápido haciendo que las capas exteriores salgan disparadas en dos chorros a través del universo de una forma increíble. A este fenómeno se le conoce como Supernova de la cual tenemos el primer registro de una vista desde la tierra en el año 1054 dc. Registrada por astrónomos Chinos. Si esta Supernova es de una estrella entre 6 a 30 veces la masa del Sol va a convertirse en una Estrella de Neutrones y son aquellas que podemos ver en el cielo que brillan en forma de un faro como un pulso, por eso se les conoce también como Pulsares.

Y por último tenemos a las estrellas súper masivas con una masa mayor a 30 veces la del sol (como lo es Sirius) las cuales van a tener un final similar a las anteriores explotando en una Supernova, sin embargo estas van a terminar convirtiéndose en un Agujero Negro. Esto es debido a que su núcleo no deja de colapsar sobre sí mismo hasta romper el espacio-tiempo, es decir, como ya se mencionó en la edición anterior, es como si el espacio-tiempo fuera una sábana tendida y estas estrellas súper masivas cada vez comprimieran más y más su masa hasta alcanzar su tamaño límite y simplemente “rompieran” el espacio-tiempo dejando lugar a la formación del Agujero Negro, en el que si se pudiera tomar una cucharadita de su masa esta pesaría tanto como todo nuestro planeta.

Espero que haya sido de su agrado y les haya ayudado a entender un poco más acerca de estos objetos estelares tan lejanos que vemos por las noches y acerca de nuestro maravilloso Sol. En la siguiente edición hablaré sobre los viajes en el tiempo, sus hipótesis y posibles aplicaciones. Hasta la próxima y recuerden que siempre deben preguntar, indagar y experimentar, nunca dejen de hacerlo porque la ciencia es su amiga.

Los Agujeros Negros

Hola gente de la ciencia, ¿cómo están nuevamente? Espero que estén listos para una nueva explicación acerca de las ciencias, en este caso en particular, otra vez, nos sumergiremos en la Astro-física para hablarles acerca de Los Agujeros Negros.

Como ya varios deben de saber Los Agujeros Negros son lugares ubicados en el espacio exterior que contienen una gran densidad de masa comprimida en donde ni la materia ni la luz son capaces de escapar de él por su gran fuerza gravitacional , es por ello que se les conoce con ese nombre.

Antes de continuar con la explicación habría que recalcar exactamente ¿Cómo se forman estos agujeros?

Para que un cuerpo, es decir una estrella, se convierta en agujero negro, se estima que debe tener al menos una masa superior a dos y media veces la que tiene nuestra estrella (el Sol), es decir imaginen una estrella como nuestro sol pero de casi 3 veces su tamaño! Prácticamente nos deslumbraría con su luminosidad.

Luego de cumplir con este primer requisito de tamaño, esta estrella pasará por las diferentes etapas de su vida hasta llegar a un máximo de tamaño inflacionario llamado Gigante Roja (la vida de las estrellas las explicaré en otra ocasión). Ya en el final de sus días, la fuerza gravitatoria de la Gigante Roja tiende a ejercer fuerza sobre si misma originando una masa concentrada en un pequeño volumen hasta llegar al tamaño de una Enana Blanca, es decir imaginen compactar todos los autos de su ciudad hasta el tamaño de una pequeña pelota. Una gran densidad acumulada! En ese punto que ya es una Enana Blanca podría proseguir ese proceso hasta llegar a colapsar sobre si misma por medio de la auto atracción gravitatoria que la convertiría en un Agujero Negro en donde ni la luz escaparía de él, es decir que es el resultado final de la acción de la gravedad extrema. Para explicarlo de una manera más sencilla es como si en el ejemplo anterior de los carros compactados estos fueran llevados tan al límite y estuvieran tan pero tan comprimidos que sus átomos comenzaran a aplastarse unos sobre otros hasta tal punto que toda la masa de esos autos pudiera caber en la cabeza de un alfiler. Lo mismo sucede a gran escala con la estrella que se comprime hasta tal punto que los electrones y protones en el átomo terminan por fusionarse hasta colapsar sobre mismos.

Un ejemplo un poco más concreto es que imaginen al universo como una sábana tendida en donde una bola de bolos encima de ella representaría como su peso deforma el espacio-tiempo y forma la gravedad. Ahora bien imaginen que tuviera toda su masa comprimida en un espacio muy reducido, cada vez más y más reducido hasta que llega un punto en el cual "rompe" el universo (así como se rompe la sábana) y termina por colapsar por su propio peso, creando así un "agujero", en este caso un Agujero Negro.

Ahora bien habría que explicar el ¿Porqué los Agujeros Negros absorben todo? Como ya se explicó en líneas anteriores los Agujeros Negros "rompen" el espacio-tiempo que los rodea, creando así una especie de remolino que puede succionar todo aquello que este en sus cercanías pero ello implicaría acaso que sea absorbido? La respuesta es NO, porque como todo en el universo este obedece a ciertas reglas y estas dictan que existe un punto en el que mientras no se sobre pase este uno no será succionado. Este punto de "no retorno" se llama Horizonte de Eventos.

El Horizonte de Eventos es aquel límite en el que si se sobre pasa este ya no habría escapatoria y terminaríamos siendo jalados hacia el Agujero Negro sin poder lograr escapatoria alguna.

Otras preguntas que hay que contestar son ¿Cómo la luz no puede escapar? y ¿Cómo se sabe de su existencia si es que no pueden verse?

La primera pregunta es sencilla de contestar ya que como su fuerza gravitatoria es tan pero tan fuerte esta hace que la propia luz se curve, haciendo que su velocidad de 300 000 km/segundo quede inútil a la hora de querer escaparse. Para visualizarlo mejor imagínense en aquel agujero negro con una linterna apuntando al cielo antes de convertirse en tal. Al principio la luz va  a seguir su curso natural en línea recta pero conforme la gravedad es cada vez más fuerte la luz, y nosotros también, comienzan a doblarse hasta tal punto que ya no podríamos sostenernos sobre nuestros cuerpos por el gran peso que tendríamos. Lo mismo le ocurre a la luz que la curvaría tanto que por más que apuntara hacia arriba esta crearía un arco apuntando para abajo, con lo cual la luz tampoco podría escapar de ella.

Para contestar la otra pregunta hay que pensar ¿y si la luz no escapa de allí cómo ha sido posible verlos? Esto se debe a que a pesar de que nada escapa del Agujero Negro este emite radiaciones de rayos X debido a la pérdida superficial de materia por parte de un cuerpo absorbido, es decir que al succionar un cuerpo este deja un rastro, como las migajas de un pan que uno acaba de comer como rastro de que ahí hubo alguna fuerza que hizo que desapareciera.

Otra forma de detectarlos es a través del efecto que tienen sobre los cuerpos visibles que se encuentran alrededor de estos, como por ejemplo lo vemos en el efecto gravitatorio que tiene el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, la cual hace que cerca de su centro que no puede verse a simple vista se sabe que casi toda la masa de la galaxia gira en torno a su centro y los que están más cerca a él giran especialmente más rápido, así que de esa forma también se puede estar seguro que existe "algo" que las está atrayendo poco a poco.

Por último hay que señalar que uno de los grandes físicos de nuestra era, Stephen Hawking, ha basado muchos de sus estudios en estos cuerpos y que gracias a él es que se sabe más acerca de ellos, ya que hasta principios de 1970 se creía que los Agujeros Negros no emitían ningún tipo de materia y su destino era seguir creciendo indefinidamente. Sin embargo por una consideración de Hawking de que se pueda formar una partícula-antipartícula de manera que el agujero negro pueda conservar su tamaño, es decir por cada átomo que ingresa también se debe de expulsar una energía similar para mantener el equilibrio. Dicha energía fue bautizada como su descubridor, la Radiación Hawking.

También se ha hablado, gracias a él, acerca de la posibilidad de que los Agujeros Negros sirvan como "vías" para viajar a través del universo, los famosos llamados "Agujeros de Gusano"; los cuales nos permitirían ir de un punto del universo a otro como si fuese un túnel para así evitar cruzar todo el universo como se ve en esta gráfica. Pero esto último es aún hipotético, así que por el momento se lo dejaremos solo a la ciencia-ficción, ya que todavía no podemos comprobarlo definitivamente.

Espero que les haya gustado esta pequeña explicación didáctica acerca de los Agujeros Negros. Para el siguiente capítulo les hablaré de las estrellas, desde cómo se forman, crecen y mueren. Hasta la próxima y recuerden que siempre deben preguntar, indagar y experimentar, nunca dejen de hacerlo porque la ciencia es su amiga.