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En la última entrada expliqué que aplicando la Superposición de Historias aparecía una ingenua (ni yo, que soy el que ha pensado en esto, lo apoyo del todo) posibilidad de que la dualidad onda-corpúsculo se desvaneciese, en la que las ondas no serían más que la consecuencia de una misma región del espacio afectada por varias dimensiones concurrentes .

Asimismo, comenté que en el viaje hacia el pasado de la antimateria era preciso que ésta se propagase tal y como imaginamos las ondas hacia el pasado si queríamos seguir luchando contra la Incertidumbre. El por qué dije esto será el tema de hoy.

Según sabemos, el choque entre una partícula y su antipartícula genera una explosión en la que ambas son desintegradas. Si dicha antiparícula se propagase hacia el pasado esta afirmación carecería de sentido físico, ya que lo normal es ver cómo ambas van hacia el futuro y colapsan en el espacio-tiempo.

Sin embargo, si asumimos que las antipartículas se propagan muy pegadas hacia el pasado en parejas, cuando se topasen con un electrón tan solo una de ellas desaparecería, mientras que su compañera seguiría viajando en busca de una nueva pareja. Esta partícula superviviente sería la que los observadores considerarían que viaja hacia el futuro, porque a efectos prácticos viene siendo lo mismo ver algo yendo hacia el pasado que hacia el futuro. Es decir, nosotros podríamos ver ahora un positrón que va hacia el pasado, y al avanzar en el tiempo, lo seguiríamos viendo, pero él ya habría pasado por allí antes, y en realidad veríamos al positrón que le sigue a través del tiempo con un “dt” (infinitésima de tiempo).

A medida que esta antípartícula viajase hacia atrás en el tiempo, se iría encontrando cosigo misma procediendo de otras dimensiones según la Teoría de los Muliversos. Si a medida que nuestra dimensión avanza en el tiempo se fragmenta en infinitas dimensiones, ir en contra se su movimiento supone reagrupar todas esas dimensioes en una sola. En resumen, si avanzamos hacia el pasado nos encontraremos con todo lo que consiga llegar hasta él desde los diferentes futuros. E, insisto, esto supondría un reencuentro de la antimateria que proceda de cada uno de ellos.

A nivel cuántico esto otorgaría lógica a la Incertidumbre Antimaterial: la nube de antipartículas sería la superposición de todas las que se van juntando en su peculiar viaje al pasado. Sin embargo, en caso de que la congregación de estas partíulas no sea muy grande, un observador podría llevarse la sorpresa de que al avanzar en el tiempo la inmensa cantidad de ellas desaparecerían por no proceder del mismo futuro.

Esa, para mi gusto, es una buena explicación de por qué después de los grandes experimentos, sobre todo en Súperaceleradores como el LHC, pierden instantáneamente de vista la antmateria: recordemos que de hecho hay un detector en este acelerador llamado LHCb cuya misión es localizar a dónde se va la antimateria. Si lo que acabo de decir resultase cierto, sería imposible que esa máquina siguiese a la antimateria hasta las otras dimensiones futuras. Así que, si cuando empiecen a dar uso a este detector, no encuentran lo que buscan, tal vez me convenza más esta teoría.

Finalmente, retomando el tema de las colisiones, no tengo muy claro cómo se podría explicar coherentemente que siempre se vea la antipartícula que sale ilesa, pero en raras ocasiones el par original que viene del futuro.

Hace ya mucho tiempo escribí una entrada llamada “Mundo Maravilloso” en la que asenté las bases de la teoría de la que voy a hablar hoy, que es la que personalmente más me apasiona y me permite dar explicaciones sin base matemática a fenómenos muy interesantes.

Para simplificar un poco, asumiré que los que leáis esto conoceréis la relatividad tanto especial como general, los diagramas de Feynman, el experimento Einstein-Podolsky-Rosen, la doble rendija de Young, la teoría cuántica de campos, las especulaciones sobre la antimateria, y algo sobre la teoría de la evolución Big Bang – Big Crunch.

Supongo que el modo correcto de empezar con todo esto es explicar por qué el Universo debería ser eterno, infinito e inmutable.

El primer punto es en cierto modo muy antrópico. A mi, como supongo que al resto de las personas, me es muy difícil imaginar la ausencia de tiempo, y por esta egocentricidad doy por hecho que el tiempo es algo que tiene que estar ahí siempre, a no ser que nunca hubiese nada, o mejor dicho, que podamos hablar de existencia implica que tenga que existir un tiempo que la rija eternamente, y que además debe ser independiente de las otras tres dimensiones (anchura, profundidad y altura): del mismo modo que estamos acostumbrados a imaginarnos distintas regiones espaciales en el mismo tiempo deberíamos ser capaces de poder imaginar distintos tiempos sin que se altere el espacio. Sin embargo, aquí llegamos (o todo apunta a ello) a una incompatibilidad: el cambio de regiones espaciales en el mismo tiempo asumimos que no altera al mismo, y sin embargo el cambio de tiempo en el mismo espacio produce notorias alteraciones en él. ¿Dónde está el error? Pues evidentemente en asumir que el cambio de regiones espaciales no altera también el tiempo.

Según vimos en la Teoría Especial de la Relatividad los cuerpos sometidos a una mayor velocidad, derivada de una aceleración, y ésta a su vez derivada de un notorio sumatorio de fuerzas, poseían la característica de avanzar más lentamente en el tiempo que los cuerpos que los rodeaban, la de comprimir sus dimensiones, y la de aumentar su masa. Es decir, el tiempo y la masa están mucho más dilatados (tienen más valor) en situaciones de descompensación de fuerzas exageradas: en un planeta con respecto al espacio, en un acelerador de partículas con respecto a la superficie normal de La Tierra, en microfísica o mecánica cuántica con respecto a mecánica clásica, etc.

Estas dilataciones, que la experiencia me muestra que se malinterpretan, son como un cambio de moneda. Me explico. Tú puedes vivir en España con el euro y sabes que te va a suponer tantos chicles, tantas barras de pan y tanto lo que quieras, y sin embargo te puedes mudar a otro país de la Unión Europea donde las cosas estén más caras. En esa situación tu mismo euro vale mucho menos, pero sin embargo sigue siendo un euro: el cambio de contexto o referenciales cambia las propiedades de las cosas. Pues con los segundos y los gramos pasa lo mismo en la Relatividad Especial, para el que los lleva de un contexto a otro siguen siendo los mismos, pero sin embargo no se adaptan a su nuevo entorno. En nuestro habitual sistema de referencia un segundo equivale a ver girar a La Tierra 0,004166666 grados. Sin embargo, para un electrón moviéndose a 0,86 veces la velocidad de la luz supone 0,009333333 grados (el doble). La moneda (en este caso el segundo) que empleamos en los dos ejemplos es el mismo, pero si pretendemos valorar uno en función del otro llegamos a la conlusión de que vale más el del electrón porque se ha dilatado. Como el segundo del electrón vale el doble que el del observador humano, evejecerá la mitad de rápido.

Ahora bien, si aplicamos esto desde los orígenes del Universo, las zonas del mismo que hayan sido menos perturbadas por la curvatura material de la Relatividad General habrán avanzado más en su tiempo que aquéllas mayormente perturbadas por sistemas de fuerzas. Es decir, el Universo tiene zonas más jóvenes y zonas más viejas de un modo que podríamos considerar instantáneo. Si ahora mismo paralizásemos el tiempo y nos desplazásemos a una región vacía del espacio (despreciando la materia oscura y el supuesto bosón de Higgs) en cierto modo viajaríamos hacia el futuro, mientras que en un sistema excesivamente alterado como un agujero negro viajaríamos al pasado. Conseguimos así un universo perfectamente correlacionado en el espacio-tiempo, como vaticinó Einstein: las cambios en el espacio suponen un viaje en el tiempo, y los cambios en el tiempo suponen, a su vez, un viaje en el espacio infinitamente recíproco.

Si consiguiésemos llegar a una zona idónea que hubiese sido perturbada excesivamente (lo suficiente como para no viajar en el tiempo), nuestro viaje en el tiempo se aproximaría al infinito y no tendría límite, es decir, siempre podríamos viajar más al pasado.

En lo referente al infinito, normalmente siempre queda la duda de cómo puede algo curvo y limitado ser infinito, a lo que yo siempre doy la misma respuesta: los números del uno en adelante son infinitos, y el conjunto de todos los números es infinito también, pero sin embargo uno es más grande que el otro. Podríamos afirmar que en el primer caso el infinito está limitado, y eso es exactamente lo que pasa con el Universo. (La explicación de por qué sabemos que es curvo ya la expliqué en el capítulo “Relaividad General“). En realidad, si aplicamos la Relatividad Especial y la General juntas, yo me imagino el “límite del Universo” como esa zona a la que constantemente se expande a grandes velocidades superiores a la de la luz, pero a la que si intentas llegar te transporta al pasado, llevándote de nuevo hacia el “centro del Universo” por la consecuente contracción. (Si yendo hacia el futuro el Universo se expande, yendo hacia el pasado se contrae).

La inmutabilidad es el apartado más complejo, y el que lleva la parte más fuerte de imaginación (¡como si las anteriores no!).

Ha llegado la hora de recordar a nuestro querido fotón de la doble rendija de Young, a nuestros queridos electrones del experimento Einstein-Podolsky-Rosen, y a la ya mencionada en su momento frase de Richard Feynman: “un positrón es como un electrón viajando al pasado”, o más generalizado: “una antipartícula es como su correspondiente partícula viajando al pasado”, e incluso más: “un anti-yo sería yo mismo viajando al pasado”.

La evidencia de los viajes al pasado en todo lo mencionado a mi me hace imposible negar esta atractiva idea. Analicemos por separado los dos primeros casos: en la doble rendija de Young el fotón sabía previamente a ser lanzado si el recinto en el que iba a penetrar estaba cerrado o tenía ranuras; y en el experimento Einstein-Podolsky-Rosen un electrón sabía instantáneamente, sin tiempo de transmisión, lo que le sucedía a su par separado por una distancia mayor que la que podría recorrer la luz en el tiempo de reacción. Las conclusiones son claras: en ambos casos las partículas saben lo que va a a suceder antes de que suceda y se preparan para ello. Conocen su futuro.

La teoría cuántica básica implica que esas partículas no es que sepan lo que les va a sueder, sino que conocen constantemente todo el medio que les rodea y actúan en función a este. Como dije en su momento, la conclusión fue que todo estaba correlacionado. El Universo se conoce a sí mismo perfectamente en todo tiempo y lugar, y eso le permite a las partes de sí mismo desarrollarsede modo organizado.

Sin embargo, esta simple interpretación resultaría un poco indefensa ante la Relatividad. Es decir, puede ser que una partícula conozca en todo instante la posición del resto de las partículas del espacio, pero si cada región del espacio tiene su propia unidad de tiempo, ¿acaso esa partícula no conoce cada región del espacio en tiempos muy diferentes e instantáneamente?, o mejor dicho, ¿no implica la Relatividad que conoce a la vez el futuro, el presente y el pasado?

Según el principio antrópico, dada la complejidad necesaria para que se de la vida en el mundo, desde siempre tuvo que ser muy improbable nuestra existencia, y sin embargo estamos aquí. La primera conclusión lógica de eso es que el Universo tiene varios ciclos en los que podemos aparecer o no, esto es, la probabilidad de que en un Universo se de la vida es limitada, y para poder hablar de probabilidades es necesario que el experimento se realice varias veces.

Si la probabilidad de que haya vida es del 100/n %, encontraríamos vida en 1 de cada “n” universos. Si usamos la teoría del Big Bang-Big Crunch, esto implica que el Universo debió de expandirse y contraerse más o menos “n” veces hasta nuestra generación. Esto es algo con lo que la mayoría de la gente podría estar de acuerdo.

La Teoría de Multiversos de la que hablaremos aquí es la síntesis de toda esta complejidad estadística, y es capaz de concluir que el Universo es inmutable.

La más reciente interpretación del Principio de Incertidumbre de Werner Heisenberg explica que la falta de difinición en la posición de las partículas subatómicas no solo se debe a la función de onda, sino que también interviene en ella la Superposición de Historias. Las partículas, en su trayectoria, puden moverse de muy diversas formas, y sería ilógico suponer que algo les hiciese moverse en un sentido concreto porque si, de modo que lo que hacen es propagarse en todas direcciones, y lo hacen a través de diferentes dimensiones. Cuando un observador pretende observar, por ejemplo, a un electrón, lo que en realidad ve es una nube de superposicionamiento de el mismo electrón ubicado en diferentes espacio-tiempos diminutos, y por ahora dejemos esto aparcado.

Partiendo de este apoyo científico, a mi nada me impide, en principio, suponer que con nuestro macro-Universo pasa lo mismo. Supongamos que nuestra generación universal (he decidido llamarla así) se originó a partir del último Big Bang, y se propagó de todos los modos posibles a través de múltiples espacio-tiempos (tan múltiples que serían infinitos en realidad). Cada una de esas dimensiones, a su vez, se fragmentaría en otra infinidad de ellas, según las posibles variaciones a lo largo del espacio-tiempo. De ahí en adelante todo sería posible, y siempre habria infinitas dimensiones con algo en común, pero también infinitas diferentes. De lo que podemos estar seguros es de que todas ellas terminarían del mismo modo: comprimidas dentro de un súper agujero negro.

Según me dio a entender Stephen Hawking en su “Historia del Tiempo”, todas las distintas dimensiones de nuestro Universo podrían acabar de dos modos: o en la singularidad del agujero negro mencionado, o en la propia autocolapsación del Universo para dar lugar a un nuevo Big Bang. Pues bien, desde mi punto de vista ambas situaciones son lo mismo. Si el Universo comenzase a colapsarse, fenómeno conocido como el Big Crunch, cada vez en más regiones la densidad sería suficiente para originar un agujero negro, y al seguirse comprimiendo el Universo éstos se irían juntando entre si, hasta el punto de que toda la masa-energía, y con ella el espacio-tiempo, se reducirían a un solo punto de densidad infinita. Mi pregunta es: ¿qué diferencia hay entre un súper agujero negro de estas características y el Big Bang? ¿Por qué no suponer que toda esa materia concentrada volvería a explotar como lo hizo anteriormente? ¿Por qué suponer diferentes el colapso del Universo y el agujero negro si van a dar a la misma situación?

Volviendo a la Teoría de los Muliversos, cada una de estas dimensiones, según su evolución, podría comprimirse antes o después, y de hecho infinitas lo habrán hecho, infinitas lo hacen, e infinitas lo harán, pero el caso es que todas ellas convergerán en la singularidad del punto de densidad máxima. Cada vez que una de ellas llegue a dicho estado la historia volverá a repetirse exactamente igual que antes: todo volverá a explotar y las dimensiones volverían a propagarse con las mismas infinitas variables antes vistas. Estos dos distintos Big Bang serían exactamente iguales e indistinguibles. ¿A qué nos lleva esto? A que el Universo se repite constantemente, pero no periódicamente, sino instantáneamente: todo tiene lugar a la vez en el espacio-tiempo en distintas dimensiones.

Por poner un ejemplo, si suponemos una de las dimesiones que, naciendo con la nuestra, se colapsaron en un diferencial de tiempo, de ella surgiría un nuevo Big Bang que llevaría un retraso de “dt” con el nuestro, y la dimensión correspondiente a la nuestra nos seguiría con un retraso “dt”. Gracias a eso es prosible la propagación al pasado: siempre encontraremos alguna dimensión Universal reproduciéndolo.

Moraleja: todo se repite en el infinito una infinidad de veces, y las cosas nunca han pasado o van a pasar: pasan. Nosotros no somos más que seres limitados a ver un cierto intervalo de cosas que pasan en un orden mínimamente lógico. El Universo, en su totalidad dimensional espacio-temporal es inmutable.

Ahora que ya tenemos sentadas las bases de esta teoría, procederé a repasar algunas de sus propiedades más evidentes (las primeras ya las comenté en su momento): la primera es que dentro de cada generación universal (el conjunto de dimensiones que parten de un Big Bang común) no hay ni un solo par de dimensiones iguales por definición; estas dimensiones se multiplican siempre hacia el futuro, y como consecuencia varias dimensiones no pueden tener un pasado común anterior a una singularidad espacio-temporal; una generación universal no concluye hasta que todas y cada una de sus dimensiones llega a la singularidad; para nosotros tan solo es posible apreciar todas esas dimensiones si las observamos en un microespacio inferior a la constante cuántica; no obstante, nunca seríamos capaces de ver todas las dimensiones superpuestas en esa región del espacio-tiempo si su pasado común es mínimamente lejano.

Teniendo en cuenta esto, yo debería ser capaz incluso de cargarme la propiedad onda-partícula de la materia, si supongo que la nube electrónica está compuesta cuanto a cuanto de todos los electrones apreciados por el microscopio. El Principio de Incertidumbre no sería una propiedad del Universo para protegerse de la observación, sino la constante duda de saber qué electrón de todos los que vemos es exactamente el que se corresponde con nuestra dimensión. ¿Recordáis la evolución de la frase que iba definiendo la evolución de la cuántica? Primero era “la probabilidad de que este electrón esté aquí es del 99%”, luego era “el 99% del electrón está aquí, y el resto exparcido por el Universo con su función de onda”, y ahora, con los Multiversos, sería “aquí se encuentran el 99% de los electrones de pasado común a corto plazo que nos resultan observables”.

Pero claro, el hecho de que solo podamos o “creamos” que podemos observar las otras dimensiones a nivel cuántico no implica que no debamos fantasear con la parte de las otras dimensiones que no vemos. ¿A quién no le atrae pensar que en infinitas dimensiones se está dedicando a trabajar en la NASA, mientras en otras tantas todavía acaba de nacer, y así con casi todo lo que uno quiera imaginar?

Aquí es donde entran mis queridas limitaciones evolutivas en la infinita propagación de las dimensiones. Y si, esta parte creo que ya es enteramente mía. Las limitaciones, tal y como su propio nombre indica, presuponen que la evolución de las dimensiones abarca todas las posibilidades “posibles”. Es decir, pudiera ser (de hecho es y no es a la vez) que en venideros instantes yo siguiese aquí escribiendo, o que se me fuese la luz, o que me pusiese enfermo y lo dejase, pero sería impensable que me diera por coger y tirarme por la ventana.

Para entenderlo mejor entraremos en el tema de la cuántica cerebral. Tal y como yo lo veo, las partículas que forman las neuronas, a lo largo de su trayectoria como partículas, definen unas ciertas propiedades que engendran la personalidad, y una vez que esa personalidad queda establecida, se anulan posibles evoluciones: si las patículas se acostumbran a engendrar una personalidad tranquila y centrada, la probabilidad de que esa mente se pervierta sería tan pequeña que tal vez sería necesario más tiempo que una vida para que se pudiese dar. Conclusión: alargar la vida puede tener sus consecuencias.

Después de todo lo que llevo contado, tal vez sigáis pensado que os estoy hablando de algo tan abstracto como improbable, pero deberíais saber que esto tiene aplicación científica hoy en día. La computación cuántica, de la que tal vez hayáis oído hablar o incluso conozcáis, permite hacer al ordenador complejos cálculos matemáticos utilizando no solo sus propios electrones, sino también los de las dimensiones que comparte a nivel cuántico. Lo que una dimensión hace, una superposición de dimensiones lo hace mucho mejor. Mi duda es, ¿qué pasaría si desde esas otras dimensiones a otro científico le diera por usar la nuestra al mismo tiempo? ¿Se nos colgaría el sistema de computación cuántica?

Es importante que haya contado ahora esto, porque en lo que queda de entrada estoy solo frente al competitivo mundo de la ciencia, es decir, de aquí en adelante todo es desarrollo puramente personal. ¿Y qué es lo que diferencia mi versión de los Multiversos de la que podríamos considerar estándar? Pues el uso de la hace un rato mencionada frase de Richard Feynman.

El hecho de que la antimateria se propague hacia el pasado mientras que la materia lo hace hacia el futuro podría ser un importante punto de apoyo para contestar a algunas dudas, entre ellas la de por qué hay más materia que antimateria en nuestra dimensión.

¿Qué conocemos de la antimateria? Pues en mi opinión lo suficiente como para dar pié a esta teoría. Lo primero y más importante que se encuentra en desvantaja, y lo segundo que al encontrarse con la materia a la que imita ambas se desintegran (¡fundamental!).

Comencemos a suponer, pues, que la materia viaja en el espacio-tiempo del modo inverso al nuestro. La Teoría de los Multiversos daría un giro de 360º, pero en esencia sería igual. En la singularidad espacio-temporal creo que no es arriesgado vaticinar que habría tanta materia como antimateria, solo que la segunda se propagaría hacia el pasado de esa singularidad, o lo que es lo mismo, en la dimensión que al colapsarse dio lugar a esa singularidad. La antimateria, en otras palabras, partiría del Big Crunch.

La primera diferencia contundente es que, al propagarse siempre hacia el pasado, tan solo se propagaría en una dirección dimensional espacio-temporal, y según lo que acabo de decir antes debería poderse escapar del Principio de Incertidumbre, por lo que, si quiero seguir haciéndole frente, es necesario suponer que las antipartículas se propagan como una onda por el vacío hacia el pasado y acabando con el Universo. Cada vez que una de ellas choca con su partícula original, ambas se desintegran y ninguna puede seguirse desplazando, de modo que para que tanto la materia como la antimateria conserven su identidad es necesario que no se encuentren como pares. Consecuencia lógica: cuanto más avanzan las antipartículas hacia el pasado menos de ellas quedan, o bien cuanto más avanzan las partículas hacia el futuro, menos de ellas quedan. Encontramos así dos momentos clave donde la cantidad de ambas queda compensada: la singularidad espacio-temporal y el punto de inflexión en el que la expansión da lugar a la contracción, que viene siendo la vida media (si considerásemos el tiempo absoluto) de una dimensión que se va propagando. Nosotros, como vivimos en la expansión, vemos más materia que antimateria.

Hablemos ahora de inteligencia cuántica. Si un fotón conoce su futuro, e insistimos en que algo se lo tiene que haber comunicado, ¿por qué no suponer que la antimateria que viene del futuro aporta información a la materia con la que se encuentra (si no se desintegran)? Si un fotón, o electrón, o lo que sea, puede conocer algo tan complejo como su futuro, y todos ellos forman nuestro cerebro, ¿por qué nosotros no íbamos a ser capaces? Si, estoy relacionando las “premoniciones” o “visiones en sueños del futuro” como una interacción con la antimateria que se estaciona en nuestro cerebro. Además, como ya dije en la otra ocasión, también opino que el simple hecho de imaginar podría suponer enviar a nuestras partículas cerebrales a observar dimensiones relativamente cercanas en el espacio-tiempo (teoría sin desarrollar).

Por último, si combinamos todo lo visto, imaginad lo que pasaría si alguna persona lograse vivir en el Big Crunch o proceso de contracción universal. Sería un tanto curioso: ¡al haber mucha más antimateria que materia ser vidente estaría a la orden del día! Claro que tal vez así verías incluso tu propia muerte…

Y eso es todo lo que quería comentar en esta entrada. Próximamente tal vez retome este tema.

Gracias a los que hayáis tenido el detalle de leéroslo todo.

Y a los demás también.

Aquí os dejo este temazo que descubrí el otro día.

Pasaron varios siglos sin que el hombre descubriera
que vivía a su manera el electrón.
Estaba en todas partes y no estaba en ningún sitio
por aquello de la indeterminación.

Vivía desde siempre enamorado
de un próximo y pesado nucleón.
Jamás los vieron juntos en la Tierra,
la Luna o el Sol.

Qué triste es ser electrón,
vivir en una nube,
el electrón se aburre por definición.

Qué triste es ser electrón,
vivir en una nube,
el electrón se aburre por definición.

Sentía una atracción irresistible
y el amor era imposible por aquel bello protón.
El Hombre destrozó todo el encanto
con la inversa del cuadrado que se le ocurrió a un señor.

Danzando por un átomo cualquiera,
espera conocer lo que es amor.
Jamás los vieron juntos en la Tierra,
la Luna o el Sol.

Qué triste es ser electrón,
vivir en una nube,
el electrón se aburre por definición.

Qué triste es ser electrón,
vivir en una nube,
el electrón se aburre por definición.

Ayer se inauguró, como supongo que sabréis, el Premio Fonseca de Divulgación Científica, cuyos principales objetivos parece ser que son motivar a los jóvenes a querer ser científicos (y no otras cosas) y quitar a la Univesidad de Santiago de Compostela (USC) la fama de ser de letras.

El primer galardonado fue Stephen Hawking, a quien ya había ido a ver el pasado Miércoles, y esta ocasión tradujeron la conferencia (cosa que agradecí, no nos vamos a engañar).

Tras agradecer la atención recibida en su visita durante toda la semana, comenzó con la conferencia, puramente teórica.

Al principio hizo una breve introducción de la historia reciente de la cosmologia, dentro de la cual mencionó a Pierre Laplace, primer científico digamos que célebre en hablar sobre aquéllas estrellas que al dejar de quemar su combustible se enfriaban y se comprimían dando lugar al agujero negro.

Recordemos que un agujero negro es una súper acumulación de masa-energía en una región muy pequeña del espacio (relativamente, claro), dentro de la cual la interacción gravitatoria es tan fuerte que ni la velocidad de la luz es suficiente para salvarse de él.

Posteriormente, repasó la Teoría Especial de la Relatividad de Albert Einstein en lo referente a no poder superar la velocidad de la luz y la posibilidad de usar los agujeros negros para saltarse esta norma, en caso de que estuviesen intercomunicados como vaticina la Teoría de Cuerdas, que explicaré luego. Respecto a la Teoría General de la Relatividad trató el tema de la curvatura del espacio-tiempo y la relación entre la masa y la energía:

  • E = m c^2.

Otros dos repasos importantes que pegó a la historia de la ciencia fueron el Principio de Incertidumbre de Werner Heisenberg y la Teoría de los Multiversos desarrollada en en base a Richard Feynman.

La teoría que nos contó (y la que espera que le lleve hasta el Premio Nobel) es que es posible salir de un agujero negro aplicando la Incertidumbre. Si encontrásemos un agujero negro lo suficientemente pequeño , la posición de las partículas en su interior estaría bastante bien determinada, por lo que su velocidad sería mucho más desconocda, pudiendo incluso superar la de la luz, y salir al exterior de tan fuerte campo gravitacional en forma de micropartículas, según Hawking también, determinadas al azar.

Como lo que sale del agujero no tiene nada que ver con lo que entra, la conclusión lógica es que la información del Universo (materia) que entra en el agujero negro se pierde y se reinicia, borrando datos de nuestro pasado.

Esto iría en contra del determinismo científico de Laplace, quien aseguró que una vez que se conocen todas la leyes de la ciencia el mundo es algo simple y constante.

Y retomando el tema del teletransporte entre agujeros negros, la adaptación de la Teoría de Cuerdas sería que las cuerdas que forman nuestra dimensión se deformarían/curvarían tanto por la súper acumulación de materia/curvas que se entremezclarían con las otras dimensiones de la Teoría de los Multiversos.

“Así que, si caéis en un agujero negro, no os deis por vencidos. Hay salida”.

En el último capítulo vimos por encima cómo Einstein “despreciaba” la Mecánica Cuántica por basarse en la estadística, y concluimos con el experimento EPR (Einstein-Podolsky-Rosen), en el que demostraron que era perfectamente posible determinar la posición y el movimiento de una partícula si controlamos a su pareja, despreciando el Principio de Incertidumbre. Éste fue su último gran experimento, pues murió poco después en 1955.

Sin embargo sus experimentos, lejos de desanimar a los Físicos Cuánticos, les dieron la base para desarrollar una nueva teoríaen la que las partículas se conectaban entre ellas a velocidades superiores a la de la luz, y que ése era el motivo por el que la ciencia no notaba la diferencia de tiempo entre la alteración del movimiento en una partícula y en su par, o incluso en todas las demás que esten relacionadas con ella. “Todo está conectado”, desde un electrón a su pareja, hasta los enormes movimientos intergalácticos. Esa es la razón de que el Universo sea tan “perfecto”. Todo, y cuando digo todo es todo, sabe perfectamente qué va a hacer el resto del Universo antes de que lo haga. El Universo se conoce a sí mismo perfectamente, y la única conclusión un poco caótica de pensar así es que nuestros pensamientos tal vez también estarían preprogramados por el Universo. Sin embargo, si no creemos en esto no hay otra explicaciónde la conexión entre las dos partículas del experimento EPR.

¿Recordáis el experimento de la doble rendija  de Young? Allí vimos por primera vez que un fotón, ya antes de realizar el recorrido, sabía perfectamente si el espacio que iba a recorrer estaba cerrado o si estaba conectado con otros habitáculos, y se movía en función de ello. Con la teoría de que el Todo está conectado esto obtendría una explicación por fin.

Y si el Todo está conectado y forma parte de un único Todo, la conclusión filosófica es que cada pequeña parte del Todo es el Todo en si. Yo soy parte del Todo, y vosotros también. ¿Que si creo en esta teoría? Si, pero con algunos matices que explicaré a continuación.

Estudiando físicamente este ente superior, podríamos asegurar que al estar siempre compuesto de lo mismo, su cantidad de masa-energía es constante, y como para prácticamente para casi todo se necesita energía, se deduce que cuando un cuerpo, por ejemplo, acelera y se ubica a velocidades muy elevadas, otro cercano o más lejano a él se ralentiza para compensar el desnivel de energía. Todo esto instantáneament, claro. Asimismo, a medida que un feto crece en la placenta beneficiándose de materia, ésta va desapareciendo de otros rincones del Universo. En resumen, las actividades de trabajos, fuerzas, movimientos y demás estarían cuantizadas por cada instante, no pudiendo superar un límite que sería tan elevado que lo podemos considerar infinito. Supongo que la fórmula que definiría esto sería algo así como:

  • ∑W + ∑F + ∑p + ∑L + (…) = K.

Como no sé si nunca nadie se ha parado a pensar en esto ni nada, voy a dejar aquí este tema.

Y si seguimos buscando la perfección de este ente superior, deberíamos imaginárnoslo eterno y constante. ¿Pero cómo imaginar constante algo que se mueve a lo largo del tiempo? Es muy fácil, hagámoslos constantes también.

Imaginémonos hoy una dimensión cualquiera, por ejemplo este 10 de Septiembre en el instante en el que se inauguró el LHC. Sostenerlo quieto en el tiempo, ¿vale? En el momento en el que dejemos que el tiempo lo desplace, podrían pasar una infinidad de cosas diferentes: que todo saliera bien, que el laboratorio explotase, que se produjese un agujero negro como dijeron algunos, etc. Ahora dejad que el tiempo avance como lo ha hecho para nosotros, dándonos el primer resultado. Mientras que nosotros hemos vivido que no ha pasado nada, el ente superior se ha dividido en varias dimensiones más en las que ha sucedido todo lo demás que podría suceder. Es decir, que nosotros no lo hayamos vivido no implica que no haya acontecido en algún otro rincón del complejo espacio-tiempo. Pero incluso dentro de cada división en la que el experimento salía bien, han habido infinidad de divisiones más en las que José cogía o no el coche para ir al trabajo, en las que había lluvia en España o pasaba de largo, e incluso en las que tu cuerpo emitía 80 pulsaciones por minuto en vez de 60 (las normales), y ya si nos metemos a nivel subatómico con la Física Estadística las probabilidades se multiplican más y más por infinito. Sin embargo, vamos a suponer que todo eso ha existido y su continuación existe, pero sin dejar de existir lo anterior a ella. Lo que quiero decir es que este ente superior del que estamos hablando tendría registradas todas y cada una de las posibilidades del espacio-tiempo en múltiples dimensiones que se estarían reproduciendo a la vez. Es decir, mientras nosotros ahora vivimos el 2008 otros viven hace 65 millones de años en otra dimensión donde el hombre ha aparecido antes.

Os recuerdo en todo momento que todo esto es pura teoría, aunque sin embargo es una interpretación bastante buena del Universo y que no da problemas a nivel experimental.

La parte más compleja, quizá, es la que viene a continuación: los viajes hacia el pasado. Según vimos en la Teoría Especial de la Relatividad, era posible desplazarse más rápido o más lento en el tiempo que otros seres en función de la velocidad de nuestro sistema de referencia, según la ecuación de la dilatación del tiempo. No obstante, desconocemos por completo qué sucedería si la teoría de las velocidades ultralumínicas fuese cierta. Es decir, cuanto más rápido nos movemos nuestro tiempo se dilata y se pasa más rápido. Cuando la luz se mueve a su propia velocidad su tiempo se dilata tanto que es eterno y se le pasa tan rápido que no se le pasa. ¿Pero qué pasa cuando una partícula supera la velocidad de la luz, supuesta el límite de velocidad universal por Einstein?

Ha llegado el momento de recordar el enunciado de Feynman: “un positrón es como un electrón yendo hacia atrás en el tiempo”. ¿Y si mientras que nosotros y nuestra materia nos dirigimos hacia el futuro, la antimateria se dirige hacia el pasado y por eso no la solemos ver? En mi opinión, este enfoque del asunto es bastante bueno, ya que explica la ausencia de las antipartículas en nuestra dimensión y el por qué son exactamente iguales que sus partículas originales.

Para entender mejor esta teoría observemos el adjunto diagrama de Feynman. Aquí vemos un fotón (Υ) y un electrón (e¯)que se desplazan hacia adelante en el espacio y en el tiempo. El fotón se desintegra dando lugar a un electrón y a un positrón (e+), y el positrón va a chocar con el primer electrón, dando lugar a la emisión de un nuevo fotón.

Otra posible interpretación es que el primer electrón viaja solo en el espacio-tiempo hacia adelante, y cuando tiene suficiente energía se deshace de ella emitiendo un fotón, perole cuesta tanto trabajo que ya no puede viajar hacia adelante en el tiempo y comienza a viajar hacia el pasado como un positrón hasta que choca con un fotón que le devuelve su energía y prosigue su camino hacia el futuro de nuevo como electrón.

Con este pequeño detalle, la teoría del gran ente superior quedaría completa: el Universo se compone de infinitas dimensiones, las dimensiones se comunican entre si a través del espacio tiempo, la materia se desplaza en las dimensiones hacia el futuro, la antimateria se desplaza en las dimensiones hacia el pasado, cada dimensión tiene infinitos avances diferentes hacia el futuro, cada dimensión tiene un único avance hacia el pasado, o lo que es lo mismo, dos dimensiones desplazándose hacia el futuro nunca podrán tener un resultado común.

Observaciones: el cerebro, una de las grandes incógnitas de la ciencia, podría ser capaz de viajar entre estas dimensiones transmitiéndonos imágenes de ellas, lo que nosotros traduciríamos como imaginar. Asimismo, esas ocasiones en las que dices “ésto ya lo he vivido”, puede deberse a una corriente de antipartículas que en su viaje hacia el pasado hayan estacionado en tu cerebro, transmitiéndole la información de un modo “x”.

Otro detalle importante de esta teoría es que es perfectamente compatible con el Big Bang y los agujeros negros. Todas las dimensiones convergerían en el infinito de su espacio-tiempo a ser un diminuto agujero negro que, por decirlo de algún modo, las reiniciaría. Después de eso, volvería a haber un Big Bang de dimensiones y volverían a repetirse las infinitas combinaciones de ellas ya dadas.

Esta teoría, llamada Teoría de los Multiversos, es perfectamente compatible con la Teoría cuántica, con la de la Relatividad, y, ésto es lo más importante, con el Principio de Incertidumbre. Cuando los científicos observan dimensiones por debajo de la constante cuántica, la nebulosa de indeterminación que ven podría deberse a una superposición de los lugares en los que podría estar el electrón o la partícula que busquen en ese momento. Ésto supone un nuevo cambio en la frase “la probabilidad de que este electrón esté aquí es del 99%”, que pasa a ser, “el 99% de este electrón está aquí, mientras que el 1% se encuentra repartido por todo el espacio en las demás dimensiones”.

Dejando de lado todo ésto, trataremos hoy las dos nuevas clases de partículas fundamentales descubiertas más recientemente: los neutrinos y los quarks. La existencia de ambas es muy probable, aunque en realidad nunca las ha visto nadie.

Por un lado, los neutrinos serían partículas minúsculas, a las que se les atribuye la capacidad de “atravesar decenas de planetas sin dejar rastro”, ya que no interaccionan con campos gravitatorios o electromagnéticos.

Por el otro, los quarks serían quiénes compondrían los nucleones (protones y neutrones) dentro del núcleo.

Y para concluir hoy hablaré de la Teoría Cuántica de Campos, que está tan de moda. Esta teoría sigue un fundamento exactamente igual que el Principio de las Equivalencias: “si algo no me gusta o me da problemas, lo cambio por algo que me guste más”.

En este caso lo que no gustaba a los Físicos Cuánticos era la materia, y lo que hicieron fue sustituirla por una interacción entre campos que se hacían más o menos permisivos respecto a ser atravesados por otros campos (sólidos, líquidos y gases), y los cuáles, al ser afectados por el carácter ondulatorio de los campos que colisionaban con ellos, se quedaban con parte de su energía, siendo el resultado para un observador la apreciación de los distintos colores.

En resumen, la Teoría Cuántica de Campos explica que:

1. Los estados físicos de la materia dependen de la fuerza con la que interactúen los campos que la componen.

2. Cuando una interacción de campos lumínica (de carácter onda-corpúsculo) choca con un nuevo campo, éste se queda con parte de su caracter ondulatorio, que se traduce en una visión en color para el observador (recordemos que los colores dependían de la energía de la onda, siendo las más enérgicas ultravioletas y las más débiles rojas).

Lo más complejo de esta teoría, si cabe, es imaginársela.

Llegamos a los complicados años 30, y al igual que el mundo se preparaba para la guerra, también lo hacía la física. En anteriores ocasiones la teoría ondulatoria se había enfrentado a la corpuscular, la continuidad al atomismo… y ahora el conflicto era entre el determinismo y la indeterminación, o dicho de otro modo, la física concreta y la física estadística.

Tras la ya explicada ecuación de la incertidumbre con respecto a la posición de las partículas de Heisenberg, surgió un nuevo modelo de estudio analítico basado en las probabilidades de que se diesen los distintos procesos cuánticos dentro del átomo. Es decir, lo que antes era “este cuerpo va a salir despedido con tanta fuerza y en esta dirección”, pasó a ser “es probable que (…)”. La actitud de los físicos frente a la incertidumbre fue, en cierto modo, estoica.

Fue por eso que Einstein se negó a aceptar las conclusiones que pudiesen llegar de un método científico tan abierto a errores relativos, enunciando así su ya conocida frase “No creo que Dios juegue a los dados con nosotros”.

Sin embargo, la Teoría Cuántica siguió adelante y hemos llegado a lo que hemos llegado. Hoy vamos a explicar algunos de los más especiales fenómenos de entre los años 1930-1950, y antes de empezar lo correcto será hablar de las partículas descubiertas.

Si hasta casi 1930 las únicas partículas realmente conocidas eran los electrones y los fotones, a partir de entonces comenzaron a descubrirse teóricamente más tipos de ellas, y experimentalmente a lo largo de las décadas siguientes.

Así pues, resumamos cada una de ellas.

Electrón (e¯): leptón (partícula ligera) de carga negativa que gira alrededor de los núcleos atómicos y genera el efecto electromagnético.

Fotón (γ): clasón (partícula sin masa e independiente) sin masa que transporta la energía lumínica.

Nucleón: hadrones (partículas pesadas) residentes en el núcleo, que pueden ser de dos tipos según su carga: neutrones (nº) si son neutros y protones (p+) si son positivos.

Pión (πº, π+, π¯), Kaón (Kº, K+, K¯): mesones (partículas de masa media) resultantes de la desintegración de hadrones.

Antipartículas: partículas pares a las normales, con la diferencia de que tienen carga opuesta y al chocar con sus originales se desintegran. Algunos ejemplos serían el antielectón o positrón (e+) y el fotón, que es su propia antipartícula.

Partículas secundarias: partículas complementarias a las anteriores, generalmente de mayor masa y de cargas semejantes (el fotón no tiene partícula secundaria). La partícula secundaria del e¯ sería, por ejemplo, el muón (μ¯), y la antipartícula de éste sería el μ+.

Partículas terciarias: partículas semejantes a las secundarias, pero con más masa aún. La partícula terciaria del e¯ sería, en este caso, el taón (τ¯), y la antipartícula de este el τ+.

Así pues, en este esquema observamos que por cada partícula “normal” tenemos una secundaria y una terciaria, más sus respectivas antipartículas. Seis en total. El porqué de este fenómeno hoy en día es todo un misterio.

Y entrando en las desintegraciones, a partir de este momento hay que tener en cuenta que las partículas no son constantes y están todo el rato deshaciendose en nuevas partículas y volviéndose a juntar. Las distintas combinaciones se rigen, al igual, que toda la cuántica, por la estadística, y como el Principio de Incertidumbre nos impide observar cuál de ellas se ha llevado a cabo nos vemos obligados a decir que esta desintegración se ha realizado en un 50% y no se ha realizado en otro 50%. O sea se, que como no sabemos si se ha hecho o no, debemos actuar como se se ha producido y como que no lo ha hecho a la vez, sin evidenciar ninguna de las dos. Observar el experimento no es válido porque se altera con los fotones rebotados por nuestra pupila.

Y el gato de Erwin Schrödinger es un experimento mental que ejemplifica a la perfección este modelo de estudio. Imaginémonos en esta ocasión una caja completamente cerrada en la que introducimos un gato (se supone que vive sin respirar). Junto al gato se desplaza por el aire una partícula radiactiva con una probabilidad de desintegrarse del 50%, y además en la caja hay un receptor de desintegraciones que liberará un líquido tóxico si percibe la desintegración de la partícula. Tanto si la partícula se desintegra como si no, los científicos del exterior no padrán saberlo hasta que habrán la caja, por tanto tienen que actuar como que se ha desintegrado y como que no a la vez. Consecuentemente para ellos el gato también está vivo y muerto a la vez, y no pueden evidenciar ninguna de las dos opciones.

Dada la complejidad del estudio de las combinaciones de las distintas desintegraciones y fusiones de partículas, tan solo a una persona se le ocurrió el método que facilitaba su estudio. Richard Feynman, quien siempre tuvo una gran facilidad para hacer más sencillos los problemas científicos, igual que hizo siglos antes que el Carl Friedrich Gauss (matemático y físico especializado en el flujo magnético), diseñó los famosos diagramas de Feynman, en los que se observaban todo tipo de combinaciones de fenómenos cuánticos. Ésto no aportaba gran cosa a la ciencia, pero facilitaba la interpretación de los cálculos estadísticos. Una de las frases más importantes de este hombre, que analizaremos en el próximo capítulo, fue: “un positrón es como un electrón yendo hacia atrás en el tiempo”.

Y es que el fenómeno de las antipartículas es algo que aún hoy tiene mucha controversia. Una de las teoría más conocidas de este fenómeno y la que a mi, personalmente, más me gustó (aunque no creo en ella) es la del océano de partículas de Paul Dirac.

Paul dividía la realidad en dos dimensiones: en la primera estaríamos nosotros con las partículas “normales”, y la segunda sería un océano de agujeros y vacío. ¿Agujeros en el vacío? Ahora me explico. En esta segunda dimensión tendríamos como compartimentos diminutos, paralelos a nuestro universo, cada uno del tamaño de una partícula “normal”, y por lo general están todos ocupados por nuestras partículas, que se encuentran allí encerradas. No pueden viajar a nuestra dimensión porque violarían la ley de la conservación de la masa.

Sin embargo, en ocasiones alguna de estas partículas se escapa, pongamos por caso un electrón, y en nuestra realidad eso se traduciría por una emisión β de un núcleo atómico. Cuando este electrón entra en nuestra dimensión, deja un agujero en la otra, que cualquier otro electrón querría ocupar para residir allí tranquilo y dejar de girar en torno a un núcleo. Entonces se produce una fuerte atracción entre estos agujeros y los electrones, hasta que uno de ellos los atraviesa y entonces tanto el agujero como el electrón desaparecen de nuestra dimensión. El agujero, como habréis podido adivinar, sería la antipartícula, es decir, el positrón.

Aprovecho ahora que hablé de la radiaciones β para tratar el segundo Principio de Incertidumbre. En ocasiones, las partículas que se desintegran emiten partículas de mayor masa que la que tenía la partícula en si. En un principio pude pensarse que esto se debe al incremento de masa relativista que produce el movimiento en la partícula:

  • mT = m0 + mc (explicado hace dos capítulos)

, pero sin embargo los datos se escapan incluso a este incremento.

“La ley puede ser quebrantada”, esa es la frase que inspiró a Heisenberg a enunciar esta segunda incertidumbre. En nuestra realidad puede aparecer de la nada tanta masa como le plazca, siempre y cuando lo haga en un intervalo de tiempo que nosotros no lo podamos observar. Dicho matemáticamente:

  • Δm Δt ≥ h.

El producto de la incertidumbre sobre la cantidad de masa y el tiempo que ésta dure tiene que ser mayor o igual que la constante de Planck:

  • h = 6,67 x 10^-34 kg m^2 / s.

Y del mismo modo que la ley se incumple para bien, también se incumple para mal con las desintegraciones atómicas. 1500g de sal encerrados en un recinto cerrado se reducen a 750g en un tiempo concreto. Calcular la constante de estas desintegraciones permite saber el tiempo que llevan descomponiéndose. En esto se basa hoy en día la prueba del Carbono14. La ecuación de las desintegraciones tiene dos formas de expresarse, de las cuales mi favorita es la siguiente:

  • m = m0^xΔt.

La masa actual es igual a la masa inicial elevada al producto de la constante de desintegración, que será negativo, y el tiempo que haya pasado. Recordemos que en estas fechas Einstein y otros científicos desarrollaron la bomba atómica que acabaría con la II Guerra Mundial a base de estudiar el tiempo de desintegración de ciertas partículas y la energía que liberarían aplicando la ecuación fundamental de la relatividad general:

  • E = m c^2.

Hoy terminaremos hablando de la última esperanza de Einstein para hacer entrar en razón a todos los Físicos Cuánticos que estaban destrozando en tan poco tiempo las leyes fundamentales que habían regido el conocimiento científico, y lo hizo con la ayuda de otros dos científicos, Podolsky, y Rosen.

El experimento se realizó antes de 1950 y la idea era simple: demostrar que se podía vencer al Principio de Incertidumbre, así como calcular en todo momento lo que va a hacer un electrón sin estadística alguna.

Para ello cogieron un par de electrones y los hicieron desplazarse en la misma dirección pero en sentidos contrarios, comprobando que ambos llevaban siempre la misma velocidad y equidistaban del punto de partida común. Después empujaban uno de ellos hacia, por ejemplo, la derecha, y el otro, como si hubiesen hecho lo mismo con él, lo hacía instantáneamente también. No había tiempo de contacto entre ellos. Actuaban dentro del mismo intervalo de tiempo. Estaban correlacionados y era perfectamente saber lo que haría el otro electrón si se controlaba al primero.

Las aportaciones de este experimento las veremos en el próximo capítulo.

Hace algunos días tratamos por encima que desde la antigua Grecia una de las grandes preguntas era saber si la materia era continua e infinitamente divisible o si estaba cuantizada y se acababa llegando a una unidad indivisible, que serían los átomos. Asimismo, también comentamos que la teoría más aceptada fue la primera por ser más perfecta y maravillosa.

Así pasaron más de 2000 años, hasta entrado el siglo XIX, para que el modelo de materia infinita fuese destituido por el atómico. Y este acontecimiento vino de mano del conocido químino John Dalton. Podríamos hablar mucho acerca de este hombre, pero por ahora me limitaré a enunciar las tres leyes con las que resumió su teoría:

-La materia está compuesta por partículas indivisibles llamadas átomos (no-partes).

-Cada átomo de cada diferente elemento es completamente distinto.

-Cuando varios átomos se combinan formando moléculas dan lugar a un compuesto químico.

A partir de estos tres simples enunciados, de los cuales uno de ellos es completamente falso, se puede considerar que comienza una nueva fase de la ciencia que nos ha aportado, por ejemplo y ahora que está tan de moda, el LHC.

A lo largo del siglo XIX también se hicieron los mayores avances de la historia en el estudio del Electromagnetismo de mano de Michael Faraday, y ya hacia finales del mismo se consideraba que la Física ya no tenía mucho más que explicar: la existencia del éter gláctico, las emisiones de radiaciones nucleares y el porqué la corriente eléctrica era continua si la materia estaba cuantizada.

Creo poder asegurar que fue el propio Faraday también quien se dio cuenta de que todas las cargas eran múltiplos de una cantidad determinada (1,6 x 10^-19 C), y como esa diminuta unidad de carga indivisible era la responsable del electromagnetismo, se la denominó electrón.

El mismo problema radicaba en la luz, que si bien había sido demostrada su capacidad ondulatoria con los experimentos de la Doble Rendija de Young, todavía nadie había sido capaz de explicar la reflexión o la refracción de la misma.

Tras haber estudiado muy a fondo este tema, Albert Einstein explicó en 1905 que la luz también estaba cuantificada y que era emitida en pequeños paquetes luminosos llamados fotones. Esta conferencia, en la que también enunció sus postulados de la Teoría de la Relatividad, le valió el Premio Nobel de la Física.

Más tarde, en 1909, Ernest Rutherford se dedicó a estudiar a fondo las propiedades de los átomos, llegando a conclusiones ya completamente ciertas. Su experimento consistió en bombardear núcleos atómicos con partículas α, de las que ya hablaremos. Apartir de sus bombardeos concluyó que la corteza de los átomos estaba ocupada por capas de electrones de carga negativa, mientras que en el núcleo residían las cargas positivas.

Y sabiendo ya la estructura de la corteza del átomo, en 1922 el conocido físico Arthur Compton, en un experimento bombardeando electrones con haces de fotones, descubrió que éstos rebotaban con menos energía de la que llevaban en el impacto, fenómeno conocido como Efecto Compton, y cuya importancia procedo a explicar.

Según explicó pocos años antes Max Planck, la energía de las ondas era directamente proporcional a la frecuencia de las mismas, o lo que es lo mismo, la velocidad con la que oscilaban. Su ecuación tenía el siguiente aspecto:

  • E = h ν

, donde “h” sería la constante de Planck (6,62 x 10^-34 kg m^2 / s), y “ν” la frecuencia. Cuanta mayor fuese la energía los colores con los que se percibirían la misma seguirían la siguiente estructura: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil, violeta, ultravieleta, etc.

Ahora bien, en el Efecto Compton tenemos una onda “E = h ν”, que tras chocar con los electrones pierde una energía “E0 = h ν”, conocida como trabajo de extracción. Y después de esto lo más importante es que los electrones que salen disparados llevan una energía cinética:

  • Ec = E – E0.

¿Dónde está la importancia? Pues en que la energía cinética es una propiedad de los corpúsculos materiales, como su propia fórmula indica:

  • Ec = m v^2 / 2

, y que la energía de onda es una propiedad de las ondas. Sin embargo, las alteraciones en una de ellas afectan a la otra. Existe una correlación onda-corpúsculo.

Y es aquí, finalmente, donde la respuesta a la gran incógnita de la luz cobra sentido: ni es una onda ni es un conjunto de partículas, es todo ello a la vez. La materia tiene frecuencia y longitud de onda, y las ondas tienen algo de masa. Esta relación, ya perfectamente aceptada en la física moderna, ya habría sido perfectamente predicha por la Teoría General de la Relatividad de Einstein:

  • E = m c^2.

La demostración es simple. Tenemos la ecuación de energía de las ondas, en este caso lumínicas:

  • E = h ν.

Conocemos también que la frecuencia “ν” se define por:

  • ν = c / λ (velocidad de la luz dividida entre la longitud de onda).

Sustituyendo en la primera fórmula:

  • E = h c / λ.

Aplicando ahora la ecuación de Einstein:

  • m c^2 = h c / λ.

Y el resultado es el siguiente:

  • m = h / (c λ).

Es decir, la masa de, por ejemplo un haz lumínico, es igual a la constante de Planck dividida entre el producto de la velocidad de la luz por la longitud de la onda del haz. Si hacéis los cálculos comprobaréis que es una cantidad de masa súmamente pequeña. Como aportación extra, la fórmula para cualquier otra onda que no sea un haz lumínico y se mueva más despacio sería del siguiente estilo:

  • m = (h v) / (c^2 λ).

Hay que destacar que esa “v” que aparece es la velocidad de propagación de la onda y no la frecuencia como antes.

Visto esto, continuamos con Niels Bohr, el siguiente científico importante en el estudio de la corteza del átomo. Sus estudios se centraron, sobre todo, en explicar cómo se estructuraban los electrones alredor del núcleo atómico, cosa que hizo a través de experimentos con el átomo de hidrógeno y su expectro.

Según habían experimentado, cada nube electrónica iluminada, según el átomo al que perteneciera, reflejaba una imagen diferente a la que denominaron expectro, lo que llevaba a pensar que la distribución de los electrones era diferente para cada uno de ellos. Los experimentos de Bohr son casi todos fotogramas, por lo que no voy a explicarlos, aunque está bien saber que los siguientes enunciados surgieron a partir de ellos: los electrones se mueven en distintos niveles cuánticos de energía alrededor del átomo, cuando la energía del electrón aumenta se alejas más del núcleo, cuando la anergía del electrón disminuye se aproxima más a él emitiendo luz, cada nivel de energía puede estar compuesto de uno o más orbitales cuánticos, el número de orbitales de cada tipo que tiene cada nivel de energía está cuantizado también, cada orbital asume un número máximo de dos electrones, los electrones procurarán ocupar siempre los orbitales de los niveles de energía más próximos al núcleo, tendrán preferencia los niveles de energía más bajos, dentro de un nivel de energía, tendrán preferencia los orbitales vacíos, y dentro de cada orbital cada electrón se mueve con un momento angular diametralmente opuesto a su complementario. Así de golpe puede parecer un poco complicado, pero leído con calma es fácil de entender, y además es probable que ya supiéseis todo esto.

Conocida ya la corteza del átomo, a los físicos solo les faltaba estudiar el núcleo del mismo, pero pronto se toparon con un problema que ninguno de ellos habría sido capaz de vaticinar con antelación. En cuanto un súpermicroscopio intentaba enfocar el núcleo del átomo, éste era iluminado con fotones que alteraban sus partículas interiores, dejando como imagen una nube borrosa. Si intentaban iluminar el átomo con haces de luz más pequeños, su facultad ondulatoria se hacía más notoria y llegaban varias imágenes superpuestas en el mismo punto. Y aparece aquí la constante cuántica, es decir, la cifra que indica en qué momento la característica material de los cuerpos es tan pequeña que pasan a dejar lugar a sus facultades ondulatorias. Ante semejante problema, lo único que pudieron hacer (hasta hoy) fue enfocar esto como un nuevo tipo de ciencia que se conoce por una gran cantidad de nombres: Física Estadística por aquéllo de que solo se pueden calcular las probabilidades de que una electrón esté en un lugar concreto, Física o Mecánica Cuántica porque estudia los movimientos de las partículas cuantizadas, y Física de Altas Energías por motivos que veremos en capítulos venideros.

La constante cuántica, un número incluso más pequeño que la constante de Planck marcaba el límite definitivo de la Mecánica Clásica. El enunciado “esto está aquí” pasaba a ser “la probabilidad de que esto este aqui es del 99%”.

Surgen así las dos ecuaciones más simples de Werner Heisenberg a principios de los 30, que delimitan hasta qué punto es posible experimentar con micropartículas. Por un lado, está la fórmula (demostrada) de que cuanto mejor conozcamos la posición del electrón, peor conoceremos su momento angular (dirección, sentido y velocidad), y viceversa:

  • Δp Δq ≥ h.

El producto de la incertidumbre en la medida del momento lineal y la incertidumbre en la medida de la posición siempre es igual o más pequeño que la constante de Planck.

Solo un último apunte antes de dejarlo por hoy, la palabra átomo (no-partes), que hoy en día sabemos que está mal asignada, se le conserva a la unidad de la química por recuerdo a Dalton e incluso por no tener que tomarse la molestia de renombrar todo lo que ya estaba nombrado desde un siglo atrás.