Aspectos de la materia oscura y energía oscura

Vamos a hablar de dos conceptos que no guardan relación entre sí, al menos que se sepa, pero que son motivo de discordia en el mundo de la ciencia: materia oscura, y energía oscura. Solo hay que entrar en un bar y ver qué todo el mundo está hablando de materia y energía oscuras con gran pasión… Bueno, quizás no llegue a tanto, es verdad. Pero sí a algunos nos interesa llegar a conocer estos dos aspectos clave de la ciencia actual.

Recientemente estaba leyendo un artículo de un diario sobre la materia oscura (no confundir con la energía oscura), y, como casi siempre, me dirigí a los comentarios de los lectores. Y, como casi siempre, los comentarios eran variados. Algunos muy interesantes de personas entendidas en la materia, otros muy interesantes de personas desconocedoras del tema que preguntaban cuestiones interesantes y deseaban más información.

Siempre es bueno que quien no conoce algo se informe y pregunte. Preguntar es el camino a la sabiduría. Si alguien contesta, está ayudando a esa persona a desarrollarse como individuo. Y otro día esa persona que preguntaba podría responder a otro, en una cadena de conocimiento cada vez mayor del que nos beneficiamos todos.

Luego están aquellos comentarios vacíos, frutos de la ignorancia, con afirmaciones sin sentido del tipo “y eso para qué sirve” o “dejaos de tonterías y preocupaos de las cosas importantes”, y que no aportan nada.

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Preguntar y conocer es la clave de la ciencia y del desarrollo del ser humano como individuo

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A veces, el sueño del progreso produce monstruos

Este es el artículo quinientos (500) en La leyenda de Darwan. La verdad es que creí que el contador estaba mal, pero no. ¿Tanto tiempo pierdo escribiendo? Ahora entiendo por qué no tengo amigos, y las mujeres salen huyendo de mi lado.

Quinientos artículos en este perdido blog de la selva de Internet, pero donde ahí seguimos, fieles a la ciencia y a las humanidades, intentando explorar los conceptos más diversos sobre el ser humano, la vida, y el universo. He hecho de todo en esta vida, algunas de ellas inconfesables. Pero este blog es sin duda un proyecto que ha merecido la pena. No es perfecto por supuesto, ni será merecedor de mención o premio alguno ni así pasen mil años. Pero algo sí es seguro: es sincero. Y el mejor premio es el lector que pueda disfrutar con su lectura, y, sobre todo, y con un poco de suerte, terminar cualquier lectura de cualquiera de las entradas aquí expuestas, pensando que ha merecido la pena.

Ese es premio. El único premio en realidad. El resto, monumentos al ego que todos tenemos, yo también por supuesto. De hecho, es uno de mis mayores defectos. Pero, ¿cómo escribir si no se posee un gran ego? Tiene que ser grande, para que quepan todos los personajes de los universos que llevamos dentro, y que volcamos en el papel de nuestros sueños.

Para celebrarlo, vamos a hablar de Albert Einstein. Ese señor que aparece en las fotos con la lengua fuera, con el pelo blanco, y que es el paradigma del clásico científico algo loco, algo despistado, y que cada mañana descubría algún nuevo hecho científico digno del premio Nobel. Las cosas, por supuesto, nunca son tan sencillas. O casi nunca.

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El mapa de la física en el siglo XXI

Para comenzar esta semana me gustaría presentar este gráfico que he encontrado navegando por esos mundos de Internet. Este mapa me ha parecido muy interesante, porque muestra de forma esquemática todos los campos de la física pasada, presente, y lo que se espera encontrar en el futuro, según el conocimiento actual.

Puede verse el grupo de la física clásica, que fue el único grupo hasta el año 1900, cuando Max Planck inauguró la mecánica cuántica con su problema de la radiación del cuerpo negro. La física clásica se usa actualmente en muchísimas situaciones, y sigue siendo útil para una enorme cantidad de situaciones. Sin embargo, existen problemas donde la física clásica sencillamente no funciona. Por eso apareció la físíca o mecánica cuántica y la relatividad general.

La relatividad y la mecánica cuántica son dos mundos todavía separados, y desde hace 70 años se trabaja para unir ambas. Pero ambas son extremadamente eficaces en sus áreas. Por ejemplo, el GPS no podría funcionar si no se aplicase la relatividad general a los relojes que orbitan la Tierra, que se retrasan con respecto a los relojes del suelo. No es que funcionen mal. Simplemente el campo gravitatorio que sufren es menor, y de ahí que funcionen más lentamente. Es así, y si no se tuviese en cuenta, no habría GPS.

La mecánica cuántica, bueno, qué decir. Usted está leyendo esto gracias a la mecánica cuántica. Hace funcionar toda la electrónica actual, y muchos aparatos esenciales en hospitales. Cuando le hagan un TAC o un escáner de positrones o una radiografía o una ecografía o radioterapia o le analicen con un microscopio de efecto túnel entre otros, piense en mecánica cuántica.

Arriba a la derecha está la filosofía. Mucha gente dirá para qué sirve. Respondo rápidamente: sirve para aprender a pensar. La filosofía nos enseña los mecanismos del pensamiento racional. Sin filosofía no hay pensamiento, solo hay datos. La filosofía es la máquina que hace funcionar el cerebro cuando se plantea el universo. De la filosofía nace la ciencia. Sin filosofía, ni hay ciencia, ni hay sociedades, ni hay pensamiento. Es así de sencillo y directo. Así que lo repito: la filosofía es la base de la mente racional.

Y luego queda el abismo de la ignorancia, que es grande, pero se ha estrechado mucho en los últimos tres siglos. Y el futuro, que es apasionante, y que debe responder a muchas preguntas muy importantes. Que serán respondidas, si no hacemos explotar el planeta primero claro. Esperemos que eso no suceda, y podamos crear finalmente una sociedad avanzada y respetuosa con la Tierra y con la vida. Ese sería el mejor colofón para este diagrama, sin ninguna duda.

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Lee Smolin: Las dudas de la física en el siglo XXI

Hoy voy a traer una recomendación muy especial para mí. Un libro de ciencia divulgativa del genial Lee Smolin, con el título “las dudas de la física en el siglo XXI”. Y con un subtítulo muy sugerente: “¿es la teoría de cuerdas un callejón sin salida?”

Este libro tiene unos años, pero sigue siendo completamente actual. Además, no solo habla de la física teórica actual de forma brillante, sino de sociología de la ciencia, y de cómo el sistema científico actual adolece de cierto rigor para el análisis de sus propios métodos de trabajo. Por ello, Smolin considera que una teoría como la de cuerdas, que debería estar muy cuestionada, sin embargo sigue teniendo grandes apoyos.

Una obra brillante, inteligente, y propia del genio que es Lee Smolin, uno de los padres de la teoría de la gravedad cuántica de bucles, teoría que él sabe no es definitiva, pero que es más valiente y directa afrontando el problema de unir la relatividad general con la mecánica cuántica. Lectura muy recomendable para cualquier interesado en conocer el estado actual de las ciencias físicas.

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ER=EPR; vamos señora que se me llevan las teorías de las manos

Nuevo amanecer, nueva teoría revolucionaria. En este caso recibe el conciso nombre de ER=EPR. Habría mucho que hablar de cada lado de esta ecuación, que no es una ecuación matemática, sino la idea de que dos ideas aparentemente no conectadas entre sí, en realidad comparten un mismo principio: ni más ni menos, que el de unir la relatividad general con la mecánica cuántica, el santo grial de los físicos durante los últimos 40 años.

ER hace mención a Einstein-Rosen, que en 1935 publicaron un artículo conjunto que denotaba que, derivada de la teoría de la relatividad general, postulaba la existencia de lo que se ha dado a conocer como agujeros de gusano. Esos pasillos interdimensionales que unirían hipotéticamente dos puntos separados del espacio.

EPR hace mención a la paradoja Einstein-Podolsky-Rosen, que también en los años 30, era una contestación a la mecánica cuántica. Según Einstein, “Dios no juega a los dados” y este documento pretendía demostrar que el elemento probabilístico de la mecánica cuántica era un indicio de que la teoría no estaba completa. Trataban el tema del entrelazamiento cuántico, algo que derivaba en una situación absurda, por cuanto dos partículas, separadas y desconectadas, estaban misteriosamente unidas de algún modo no conocido.

Ahora, bueno en 2013, dos físicos como Maldacena y Susskind, que son dos veteranos expertos en la teoría de cuerdas, postularon que, en realidad, ambas ideas, ER y EPR, son en realidad dos aspectos de la misma conclusión: que las partículas entrelazadas están unidas entre sí mediante un puente Einstein-Rosen, es decir, a través de un agujero de gusano del tamaño de la longitud de Planck.

En este momento he de hacer una parada y advertir al lector: tanto esta idea como la teoría de cuerdas trabajan con longitudes de Planck, que es 10 elevado a la -35, extremadamente inferior al diámetro de un electrón, y muy por debajo de lo mensurable por instrumentos actuales.

La idea se dispara cuando se dice que podría haber una inmensidad de agujeros de gusano, y que incluso agujeros negros podrían estar conectados mediante agujeros de gusano. Esto explicaría la aparente discordancia entre relatividad general y mecánica cuántica. Dice Susskind:

“ER=EPR tells us that the immensely complicated network of entangled subsystems that comprises the universe is also an immensely complicated (and technically complex) network of Einstein-Rosen bridges,” Susskind writes. “To me it seems obvious that if ER=EPR is true it is a very big deal, and it must affect the foundations and interpretation of quantum mechanics.”

¿Qué nos queda? Nos queda lo de siempre: la idea es genial, pero, como en la teoría de cuerdas, trabajar con distancias de Planck implica una imposibilidad real de probar la teoría de forma experimental.

Consejo: si quieres crear una teoría que sea interesante y atractiva, trabaja con distancias y tiempos y longitudes de  Planck. Quedarás como un rey y nadie podrá refutar tu teoría.

Bueno, aunque suene un poco sarcástico, la verdad es que todo esto puede ser cierto, pero tenemos que ir más allá de las ideas, y empezar realmente a pensar en posibilidades que puedan ser probadas. Estamos ahogados en teorías. Cada semana salen dos, y la tercera se la dejo a mitad de precio. Así es difícil hacer ciencia.

Conclusión: la teoría está muy bien y puede tener aspectos muy interesantes, pero empieza a ser habitual ver cómo las teorías llegan y pasan una tras otra. Hay que hacer ciencia, no llenar portadas porque sí. El futuro es interesante, pero recordemos: hasta hace poco, los agujeros de gusano eran modelos matemático-físico teóricos, sin ninguna prueba de que existan. Actualmente lo siguen siendo. Vamos a ver cómo acaba esto, y espero de verdad que no sea otro montón de ideas sin más. Hagamos ciencia, lo cual implica teoría, pero también experimentación. Es fundamental, o nos estaremos perdiendo en papeles llenos de cifras que dicen mucho sobre el mundo de la matemática, y muy poco sobre el mundo real.

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Aplicaciones prácticas de las ondas gravitatorias

Uno de los descubrimientos científicos más importantes de la historia, y que sin duda marcará un salto de gigante en la capacidad del ser humano para comprender el universo, es el descubrimiento, largamente esperado, de las ondas gravitatorias, u ondas gravimétricas, cómo dirían en Star Trek. Se conocían de forma indirecta, pero su presencia real ha sido verificada recientemente.

Y, por supuesto, todo el mundo (con un mínimo interés por la ciencia) se pregunta: ¿qué son, y por qué son importantes? Y ¿qué utilidad nos pueden dar? Vamos a verlo a continuación.

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La física de “Interstellar”

Interstellar es una película de ciencia ficción de 2014 de Christopher Nolan, director de, entre otras, las películas de Batman Begins, El caballero oscuro, y Origins. Se desarrolla en un futuro cercano, en el que la Tierra está dando signos de agotamiento, o bien sufre modificaciones por el cambio climático, no se aclara demasiado este aspecto. Pero una cosa está clara: la Tierra está dejando de ser habitable, y la población deberá, en última instancia, morir, o buscar un mundo nuevo en el que vivir.

Nota: puede haber, y habrá, algunos spoilers.

Evidentemente, dada la situación actual de la investigación espacial, las posibilidades de supervivencia ante algo así son más bien nulas. Pero la humanidad recibirá la ayuda de alguna entidad externa, una especie extraterrestre, o algo similar. Esta entidad externa crea un agujero de gusano cerca de Júpiter que conecta con otra galaxia para, de este modo, permitir que una nave pueda atravesarlo y llevar a la humanidad a un nuevo mundo habitable.

Interstellar
Interstellar

El agujero de gusano.

Primera pregunta: ¿existen los agujeros de gusano? No, que se sepa. Sí existen los agujeros negros, pero los agujeros de gusano nunca han sido detectados. ¿Significa eso que no existen? No necesariamente. Pero un modelo matemático que pueda predecir un agujero de gusano no significa necesariamente que exista. En segundo lugar, si imaginamos que pueda existir un agujero de gusano, las fuerzas en su interior por el plegamiento del espacio-tiempo destrozarían cualquier cosa mayor que una partícula. De todas formas, esto es ciencia ficción, y ya sabemos que se permiten concesiones. Pero hay un detalle que se me escapa: si esta película se ha vendido como el súmmum de la ciencia real, ¿qué hace un agujero de gusano en la misma?

Vamos con algo más: esos supuestos seres extraterrestres han colocado el agujero de gusano en Júpiter. Así, la nave humana tiene que viajar más de un año hasta allá. ¿Por qué esos seres que quieren ayudar a la humanidad no lo hacen bien? Pon el agujero de gusano cerca de la Tierra y facilítales el trabajo hombre. Total, por el mismo precio les haces un favor. Por supuesto, el interior del agujero de gusano es una simple idea imaginativa de lo que podría verse. Teniendo en cuenta que el espacio dentro de ese agujero de gusano está doblado, que la nave conserve su estado es curioso. Ah sí, la chica mueve una mano y se dobla. Lo siento pero como ciencia ficción vale, pero no me intentes decir que eso es realista.

Los tres planetas.

Y llegamos a los tres planetas posibles para la vida, al que han ido tres hombres solos. ¿Por qué van solos? Excepto las naves Mercury, por razones históricas, nunca una nave ha viajado con un solo tripulante. Mete dos hombre, por favor. Y, si es posible, un hombre y una mujer, para que se entretengan (si son heterosexuales claro). Esto no es ninguna broma; se sabe que en los próximos viajes los aspectos sexuales van a ser determinantes, y ha habido experimentos de sexo en gravedad cero, aunque se hable poco o nada de ello. Mandar a una misión tan compleja a una sola persona es una perogrullada. La N.A.S.A. jamás haría algo así.

El primer planeta.

El primer planeta es básicamente agua, con unas olas enormes. Pregunta rápida: si las olas están y se crean en función de la profundidad del fondo del mar, ¿de dónde salen esas olas gigantes en un mar que cubre hasta los tobillos? Ah, no se sabe. Otro problema: dicen que cada hora en el planeta son siete años en la Tierra porque están cerca de un agujero negro. Vamos a ver: el campo gravitatorio es eso, un campo. Distorsiona el espacio-tiempo más cuanto más potente es.

Si están en un planeta donde la gravedad es similar a la de la Tierra, el tiempo pasará igual que en la Tierra. Da igual que tengan cerca un agujero negro o un Burger King. Para un volumen de espacio con una cantidad de gravedad dada (es decir, que contiene un campo gravitatorio de una intensidad determinada) el tiempo transcurrirá de acuerdo con ese campo. Así que nada de que pasen siete años en ese planeta. Otro error, y esto es relatividad general básica.

Efectos especiales muy buenos, sin duda
Efectos especiales muy buenos, sin duda

El segundo planeta.

Por supuesto, aquí está el malo, o simplemente el que se ha vuelto loco (siempre hay alguien que se vuelve loco, esto del espacio es malo para la salud mental) que casi manda al infierno todo el proyecto. Este hombre ha estado mandando datos falsos. ¿Alguien puede imaginarse que se mande a un astronauta y que mande datos falsos? ¿Todo por alguna razón oscura que no se aclara en ningún momento? Los astronautas van al espacio después de pasar duros controles físicos y psíquicos. La N.A.S.A. pone a prueba con exámenes muy duros a sus candidatos. ¿Y este hombre de qué va? ¿Se ha vuelto loco? Entonces habría que tomar precauciones. Un hombre o mujer solos mucho tiempo pueden volverse variables, es cierto, se ha visto anteriormente. ¿Y le dejan ir paseando por todas partes tranquilamente?

Luego destroza parte de la nave claro, porque tiene que haber alguna superexplosión que dé un poco de emoción a la película y ponga las cosas más difíciles al chico y la chica. Porque esa es otra: desde el principio sabemos que hay chico y chica en la peli, y quiénes son, y que van a acabar juntos. Eso no lo predice la teoría de la relatividad, pero lo predice cualquiera que haya visto películas de Hollywood durante un tiempo. Naturalmente acaban juntos cuales Adán y Eva con sus embriones. Por cierto, la N.A.S.A. tiene una idea similar de enviar embriones al espacio, pero hay un problema: deben conservarse congelados, y eso requiere mucha energía. ¿Hay otras soluciones? Por supuesto: la Operación Fólkvangr, pero de eso hablaremos otro día.

Tercer planeta.

Está claro que el tercer planeta, el descartado, es el apto para la vida. Pero la nave está en un estado lamentable, y no hay combustible para llegar a la Tierra. Solo para llegar al planeta usando la gravedad del agujero negro. Vamos a ver: una cosa es hacer de catapulta gravitatoria con un planeta. Pero ¿con un agujero negro? Teniendo en cuenta que el horizonte de sucesos es invisible, calcular una trayectoria balística para lanzar la nave hacia el planeta es cuando menos que extremadamente complejo. Mucho más que tengan que soltar “lastre” en forma de dos naves auxiliares. Al final, la chica llega sola al tercer planeta claro, gracias al supuesto sacrificio del protagonista.

El agujero negro.

Aquí es donde ya perdemos el norte completamente. El chico cae con su nave al agujero negro, y lo normal es que su cuerpo y la nave se destruyan completamente, debido a las mareas gravitatorias mayores, que destrozan una estrella, no te digo ya una pequeña nave. Entonces, ¿qué ocurre? Que el hombre aparece en una extraña estructura donde ve a su hija en diferentes épocas de su vida, y le manda mensajes. Primero tirando libros, y luego con el reloj, cuya aguja usa para mandar mensajes morse. Por favor, seamos serios. ¿Alguien se cree esto de verdad? Primero, manipular el interior de un agujero por una extraña especie “de cinco dimensiones” (¿por qué no seis u ocho?) que les permite crear esa imaginaria zona donde el chico y el robot hablan tranquilamente. Y luego manda mensajes al pasado.

A ver. Si esto es una película que es y quiere ser seria, no puede mandarse información al pasado. Lo siento amigo Christopher, pero nada con información puede mandarse al pasado. Sí, se pueden mandar teóricamente partículas, pero no contienen información. Esto es una paradoja que resuelve, de nuevo, la relatividad general, y que la mecánica cuántica ha demostrado con lo que se llama el entrelazamiento cuántico. Sí, se puede hacer, pero no obtener información. Este es un tema controvertido lo sé, y requeriría de un artículo propio, pero de momento, puede leerse este enlace.

Que nadie sueñe con volver al pasado y dejar a aquella novia que luego te traicionó. Lo pasado, pasado está. Sí, puede que en el futuro surjan nuevas teorías, nuevas ideas, por supuesto. Quizás incluso, quién sabe, se podría llegar a viajar al pasado (pero con limitaciones de causa-efecto, o con la idea de los mundos paralelos). Pero eso es ciencia ficción. Sí, esta película es ciencia ficción, pero nos la venden como un ejemplo de ciencia aplicada al cine. No es cierto. Por cierto: dentro del agujero negro el tiempo prácticamente se detiene: de vuelta a la Tierra ésta sería miles o millones de años más antigua. Eso si se aguanta la gravedad del agujero negro claro. Pero esos “seres misteriosos” pueden con todo.

El chico y la chica
El chico y la chica

Resumen.

Bueno, luego llega al chico, no se sabe cómo, a la Tierra. ¿Ha salido del agujero negro entero? Debe de ser vasco por lo menos, porque si una estrella no puede salir, que salga él es increíble, por mucha ayuda que tenga. Se encuentra con su hija ya mayor, y se va, robando una nave por supuesto, ¡a por la chica! A procrear y a montar una nueva versión de la especie humana en otra galaxia. Que digo yo, el agujero de gusano tampoco tenía por qué llevar a otra galaxia. Se supone que en la nuestra debe de haber planetas habitables. Pero claro queda mejor. Una película, en definitiva, entretenida sí, pero es Hollywood cien por cien, y, por favor, que nadie la compare con 2001 de Kubrick, ni mucho menos diga que esto es ciencia. Es ciencia ficción, y me parece bien, pero de ciencia tiene poco en muchos momentos de la historia.

¿Recomendable verla? Sí, por supuesto. Está por encima de la media. Al menos no hay la típica escena de la chica en ropa interior, que parece que si no hay ropa interior no hay película. Aquí se lo han saltado afortunadamente. Ah, por cierto, cuidemos el planeta, porque me temo que, si no lo hacemos, algún día la base del argumento puede ser real. Y no va a haber “amigos de fuera” que nos ayuden.

Que, además, para más inri, se supone que es la especie humana en el futuro. Otra paradoja. Si han ayudado al chico, es porque ya se solucionó la entrada en el agujero negro. Pero debió entrar una primera vez, y esa primera vez no existía la humanidad en el futuro para ayudarle y crear una nueva humanidad en otro planeta. Otra paradoja. Y esta duele mucho. Pero bueno es Hollywood, y se les perdona todo, son buenos chicos…