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Llevando Orden al Caos


Un investigador de la Universidad de Baylor ha creado la primera observación experimental del caos molecular, proporcionando pruebas a una suposición ampliamente aceptada, pero aún no probada, y que es efectivamente precisa.

El caos molecular es la suposición de que las velocidades de las partículas en colisión no están correlacionadas y son independientes de la posición. Un ejemplo del caos molecular está en el aire de cualquier sala. Aunque los átomos de nitrógeno y oxígeno están volando con una velocidad cuadrada media debido a la temperatura de la sala, no están relacionados, por tanto el aire no vuela hacia una dirección de la sala sin alguna clase de cambio de presión externo, como ala apertura de una ventana. La suposición del caos molecular, que es parte de la teoría cinética de gases, se considera ampliamente como algo cierto debido a que todo lo que surge y sigue esta suposición funciona muy bien. Sin embargo, ha sido casi imposible probar esta suposición, hasta ahora.

“Fue muy excitante cuando tropezamos por primera vez con la observación”, dijo el Dr. Jeffrey Olafsen, profesor asociado de física en Baylor y principal investigador del proyecto. “Las observaciones anteriores se habían realizado con simulaciones por ordenador, pero esta es la primera vez que se ha medido en un sistema experimental”.

Olafsen, en colaboración con el Dr. G. William Baxter, profesor asociado de física en la Universidad Estatal de Pennsylvania – Erie, construyeron dos “gases”, o capas, de cojinetes de bolas. En la capa donde se mantenía el caos molecular, los investigadores midieron las estadísticas de Maxwell Boltzmann, como aquellas que predicen la velocidad cuadrada media de las partículas en el aire de la sala. En la capa donde falló la suposición de caos molecular, las estadísticas no obedecieron a las de Maxwell Boltzmann. Tal vez la parte más interesante, dijeron los investigadores, es que los dos “gases” estuvieron en contacto entre sí mientras demostraban simultáneamente su comportamiento respectivo.

“Las dos capas pueden verse como dos gases en contacto térmico simultáneo, y aún así, uno de los gases mostró caos molecular mientras que el otro no”, dijo Olafsen. “Esto significa que los detalles de cómo la energía se inyecta y distribuye entre los gases son importantes para comprender cuándo demostrará un sistema caos molecular”.

Olafsen dijo que los resultados también son beneficiosos para construir una termodinámica fundamental para sistemas dirigidos lejos del equilibrio.

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Modelo Teórico de Máquina del Tiempo


Tal vez, en un futuro lejano, una máquina como ésta nos permitirá viajar al pasado.

Investigadores de Technion (Institución de investigación científica que desarrolló el proyecto Superlink at Technion) han desarrollado un modelo teórico para una máquina del tiempo que, en un futuro lejano, podría posiblemente permitir a las generaciones futuras viajar al pasado. Un artículo sobre este tema se publicó la semana pasada en la revista científica “Physical Review”.

“Para viajar en el tiempo, la estructura del espacio-tiempo debe ser ajustada mediante ingeniería de la forma adecuada”, explica el Profesor Amos Ori de la Facultad de Física de Technion. “Con esto que con lo que trabaja la Relatividad General de Einstein. Dice que el espacio-tiempo puede ser plano. Es decir, tiene una estructura simple y trivial. Pero también puede curvarse en distintas configuraciones. De acuerdo con la teoría de la relatividad, la esencia de los campos gravitatorios está en la curvatura del espacio-tiempo. A teoría de la relatividad define también cómo se curva el espacio y cómo se desarrolla esta curvatura con el tiempo”.

La pregunta principal es – si está de acuerdo con los principios del desarrollo de la curvatura en la teoría de la relatividad – ¿puede crearse una máquina del tiempo? En otras palabras – ¿podemos provocar una curva espaciotemporal de tal forma que nos permita viajar atrás en el tiempo? Tal viaje requeriría una curvatura significativa del espacio-tiempo, en una forma muy especial.

Viajar atrás en el tiempo es en realidad cerrar curvas temporales de forma que podemos volver a un evento que fue presente en un momento del pasado. En el espacio plano no es posible cerrar las curvas y volver atrás en el tiempo. Para hacer que exista una curva cerrada temporal, tiene que tener una curvatura de una forma específica en el espacio-tiempo.

La cuestión que investiga el Prof. Ori es – ¿permiten las leyes de la gravedad el desarrollo del espacio-tiempo con la curvatura requerida (curvas temporales cerradas)? En el pasado, los científicos levantaron un gran número de objeciones a esta posibilidad. Ahora, el Prof. Ori propone un nuevo modelo teórico para el espacio-tiempo que podría desarrollar en una máquina del tiempo. El modelo supera algunas de las objeciones, que hasta ahora, los científicos no habían logrado resolver. Una de las dificultades en contra de la máquina del tiempo era que, para crear tal máquina, sería necesaria que contuviese un material de densidad negativa. Y dado que no tenemos tal material – y tampoco está claro que las leyes de la naturaleza permitan la existencia de tal material en las cantidades requeridas – no es posible construir una máquina del tiempo. Ahora el Prof. Ori presenta un nuevo modelo teórico que no requiere un material con densidad negativa. El modelo que propone, esencialmente, es un espacio vacío que contiene un área de la región con un material de densidad positiva estándar.

“La máquina misma es espacio-tiempo”, explica. “Hoy, si creásemos una máquina del tiempo – un área con una curvatura en el espacio como esta que permitiese a las líneas temporales cerrarse sobre sí mismas – podría posibilitar a las generaciones futuras volver a visitar nuestro tiempo. Nosotros, aparentemente, no podemos volver a las eras anteriores debido a que nuestros predecesores no crearon una infraestructura para nosotros”.

El Prof. Ori enfatiza que aún no tenemos la tecnología para el control de campos gravitatorios a nuestra voluntad, a pesar del hecho de los principios teóricos de cómo hacer que existan. “El modelo que desarrollamos en Technion es un paso significativo pero aún quedan abiertas un número de preguntas no triviales”, apunta. “Puede ser que algunas de estas cuestiones no se resuelvan en el futuro. No está aún claro”. Como ejemplo, menciona el problema de la inestabilidad de acuerdo con el cual en el espacio-tiempo, con una máquina del tiempo, podría haber perturbaciones de fuerza incremental de tal forma que el espacio tiempo podría interrumpirse de tal forma que anularía la máquina del tiempo. El Prof. Ori, uno de los pocos científicos del mundo que trabaja con estos temas, espera que una continua investigación presente una descripción más clara con respecto a estos temas.

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Modelo Teórico de Viaje en Espacio y Tiempo


El Espacio-tiempo y los Agujeros de gusano

Un agujero de gusano es un túnel que conecta dos puntos del espacio-tiempo, o dos Universos paralelos.
Nunca se ha visto uno y no está demostrado que existan, aunque matemáticamente son posibles.
Se les llama así porque se asemejan a un gusano que atraviesa una manzana por dentro para llegar al otro extremo, en vez de recorrerla por fuera. Así, los agujeros de gusano son atajos en el tejido del espacio-tiempo. Permiten unir dos puntos muy distantes y llegar más rápidamente que si se atravesara el Universo a la velocidad de la luz.

Según la teoría de la relatividad general de Einstein, los agujeros de gusano pueden existir. Tienen una entrada y una salida en puntos distintos del espacio o del tiempo. El túnel que los conecta está en el hiperespacio, que es una dimensión producida por una distorsión del tiempo y la gravedad.
Einstein y Rosen plantearon esta teoría al estudiar lo que ocurría en el interior de un agujero negro. Por eso se llaman también Puente de Einstein-Rosen.

Hay dos clases de agujeros de gusano:

- Intrauniverso: conectan dos puntos alejados del Cosmos.
- Interuniverso o agujeros de Schwarzschild: conectan dos Universos distintos.

¿Se puede viajar en el espacio y el tiempo?
Una cosa es que existan los agujeros de gusano y otra muy distinta que puedan utilizarse para viajar en el espacio y el tiempo.
La novela "Contacto", de Carl Sagan proponía un viaje a través de un agujero de gusano. Esto hizo que muchos lo creyeran posible. Pero es sólo ciencia ficción.

Los científicos creen que un agujero de gusano tiene una vida muy corta. Se abre y vuelve a cerrarse rápidamente. La materia quedaría atrapada en él o, aunque consiguiera salir por el otro extremo, no podría volver. Evidentemente, tampoco podríamos elegir adónde nos llevaría.
Según la relatividad general, es posible viajar al futuro, pero no al pasado. Si se pudiera viajar al pasado, podríamos alterar la Historia, por ejemplo, haciendo que nunca naciéramos. Sería algo imposible.


Plausibilidad del viaje en el espacio-tiempo

Se sabe que los agujeros de gusano de Lorentz son posibles dentro de la relatividad general, pero la posibilidad física de estas soluciones es incierta. Incluso, se desconoce si la teoría de la gravedad cuántica, que se obtiene al condensar la relatividad general con la mecánica cuántica, permitiría la existencia de estos fenómenos. La mayoría de las soluciones conocidas de la relatividad general que permiten la existencia de agujeros de gusano atravesados requieren la existencia de materia extraña, una sustancia teórica que contiene energía de densidad negativa. Sin embargo, no ha sido matemáticamente probado que este sea un requisito absoluto para este tipo agujeros de gusano atravesados ni se ha establecido que la materia exótica no puede existir.

Aún no se sabe empíricamente si existen agujeros de gusano. Una solución a las ecuaciones de la relatividad general (tal como la que encontrara L. Flamm) que hiciera posible la existencia de un agujero de gusano sin el requisito de una materia exótica —sustancia teórica que poseería una densidad de energía negativa— no ha sido todavía verificada. Muchos físicos, incluido Stephen Hawking (con su conjetura de protección cronológica), consideran que a causa de las paradojas (¿o acaso aporías?) un viaje en el tiempo a través de un agujero de gusano implicaría que existiera algo fundamental en las leyes de la física que impida tales fenómenos (ver censura cósmica).

En marzo de 2005, Amos Ori visualizó un agujero de gusano que permitía viajar en el tiempo sin requerir materia exótica y satisfaciendo todas las condiciones energéticas. La estabilidad de esta solución es incierta, por lo que sigue sin quedar claro si se requeriría una precisión infinita para que se formase y permitiese el viaje en el tiempo y si los efectos cuánticos protegerían la secuencia cronológica del tiempo en este caso.


Viajes a velocidades superiores a la de la luz

La relatividad especial sólo tiene aplicación localmente. Los agujeros de gusano — si en efecto existiesen— permitirían teóricamente el viaje superluminal (más rápido que la luz) asegurando que la velocidad de la luz no es excedida localmente en ningún momento. Al viajar a través de un agujero de gusano, las velocidades son subluminales (por debajo de la velocidad de la luz). Si dos puntos están conectados por un agujero de gusano, el tiempo que se tarda en atravesarlo sería menor que el tiempo que tarda un rayo de luz en hacer el viaje por el exterior del agujero de gusano. Sin embargo, un rayo de luz viajando a través del agujero de gusano siempre alcanzaría al viajero. A modo de analogía, rodear una montaña por el costado hasta el lado opuesto a la máxima velocidad puede tomar más tiempo que cruzar por debajo de la montaña a través de un túnel a menor velocidad, ya que el recorrido es más corto.

Subatómicamente se hipotetiza la existencia de una espuma cuántica o de una espuma de espacio-tiempo, avanzando con la conjetura, se hipotetiza la posibilidad de existencia de agujeros de gusano en la misma, aunque si estos existieran serían altamente inestables y solo se podrían estabilizar invirtiendo enormes cantidades de energía (por ejemplo con aceleradores de partículas gigantescos que puedan crear un plasma de quarks-gluones).


La posibilidad del viaje en el espacio-tiempo demostrada

Los agujeros de gusano practicables de Lorentz, también llamados atravesables, permitirían viajar no solo de una parte del universo a otra, sino incluso de un universo a otro. Los agujeros de gusano conectan dos puntos del espacio-tiempo, por lo que permitirían el viaje tanto en el espacio como en el tiempo. En la teoría de la relatividad general, la posibilidad de atravesar agujeros de gusano fue demostrada por primera vez por Kip S. Thorne y su graduado Mike Morris en un artículo publicado en 1988.

El tipo de agujero de gusano atravesable que ellos descubrieron se mantendría abierto por una especie de concha esférica de materia exótica denominada agujero de gusano de Morris-Thorne. Posteriormente se han descubierto otros tipos de agujeros de gusano atravesables, ya hipotetizado antes por Matt Visser en un artículo publicado en 1989, como es el caso de uno que se mantiene abierto por cuerdas cósmicas.

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Modelo Teórico de Viaje Espacial Superlumínico


Para sorpresa de la comunidad científica, en 1994, el físico mexicano Miguel Alcubierre publicó en la revista científica "Classical and Quantum Gravity" un modelo matemático que supondría posibles los viajes a velocidades mayores que c (velocidad de la luz), es decir, superlumínicos efectuando trucos con el espacio-tiempo, Alcubierre plantea la métrica que lleva su nombre como una solución a algunas ecuaciones de Einstein en el marco de la Teoría General de la Relatividad. Implícitamente lo postulado por Alcubierre parte de que la materia causa curvaturas o deformaciones (en inglés warps) dentro del "tejido" espaciotemporal.

La métrica de Alcubierre tiene como una de sus conclusiones más llamativas la posibilidad de un viaje a mayor velocidad que la luz al crearse una burbuja de deformación plana dentro de la cual se situaría estacionariamente la cosmonave; detrás de la cosmonave el espaciotiempo sería deformado extendiéndole mientras que por contraparte delante de la cosmonave el espaciotiempo sería contraído o contractado poniendo así el punto de destino mucho más cerca, mientras que "detrás" de la nave el espaciotiempo quedaría expandido "empujado" hacia atrás gran cantidad de años luz, todo esto sin que el espacio y el tiempo dentro de la burbuja de deformación plana en que se hallaría la cosmonave se modificara notoriamente.

En tal caso la nave (para hacer una analogía) "surfearía" sobre una especie de ola espaciotemporal dentro de la "burbuja de deformación plana" que es plana por permanecer estable entre las dos distorsiones (la anterior y la posterior) provocadas en el espacio-tiempo (se crearía una distorsión local del espacio-tiempo).
No se violaría ninguna ley física de las previstas por la teoría de la relatividad ya que dentro de la "burbuja de deformación" nada superaría la velocidad de la luz; la nave no se desplazaría dentro de tal burbuja sino que sería llevada por la misma, la nave dentro de la burbuja nunca viajaría más rápido que un haz de luz.


NASA habría descubierto accidentalmente cómo superar la velocidad de la luz

La NASA, en 2015, ensayó exitosamente el funcionamiento de un novedoso propulsor, el revolucionario EM Drive, capaz de alcanzar la Luna en solamente cuatro horas. Un motor tipo ‘warp’, al estilo ‘Star Trek’, sería realidad en no mucho tiempo.

Desde que la barrera del sonido se rompió, la gente ha puesto su atención en cómo podemos romper la barrera de la velocidad de la luz. Sin embargo, “Warp Drive” o cualquier otro término más rápido que la luz viaje todavía se mantiene en el nivel de la especulación.

La velocidad de empuje por curvatura (warp) es una forma teórica de moverse más rápido que la velocidad de la luz que fue popularizado en la serie de televisión Star Trek. El concepto para que este método de transporte se pueda realizar en el mundo real fue demostrado por el físico mexicano Miguel Alcubierre en 1994, sin embargo los cálculos afirmaban que se necesitaba una cantidad inalcanzable de energía.

El motor de curvatura de Alcubierre consistiría en una nave espacial ovalada con un gran anillo alrededor. Este anillo, elaborado con una ‘materia exótica’, debe tener la capacidad de modificar el espacio-tiempo alrededor de la nave, creando una región de espacio-tiempo comprimido al frente y otra de espacio-tiempo expandido hacia atrás, todo esto sin modificar el espacio-tiempo de la nave en sí.

La mayor parte del conocimiento científico concluye que es imposible, especialmente cuando se considera la Teoría de la Relatividad de Einstein. Es cierto que hay algunos conceptos creíbles en la literatura científica, sin embargo, es demasiado pronto para saber si son viables. Los escritores de ciencia ficción nos han dado muchas imágenes de los viajes interestelares, pero viajando a la velocidad de la luz es simplemente imaginaria en la actualidad.

Mientras tanto, la ciencia avanza. Y mientras que la NASA no está llevando a cabo el vuelo interestelar, los científicos de aquí continúan avanzando propulsión iónica para las misiones al espacio profundo y más allá de usar la energía eléctrica solar. Esta forma de propulsión es el más rápido y más eficiente hasta la fecha. Hay muchas teorías “absurdas” que se han convertido en realidad en los últimos años de la investigación científica. Pero para el futuro cercano, motor warp sigue siendo un sueño.

Si bien la agencia espacial estadounidense había probado ya este tipo de propulsor durante el verano pasado, esta vez realizó el mismo experimento en condiciones de absoluto vacío. El éxito alcanzado demuestra que el propulsor puede funcionar perfectamente en el espacio, lo que abre las puertas a una nueva era en la exploración espacial.
En este sentido, la NASA presentó el proyecto para la construcción de la nave WarpStar-1, equipada con el propulsor EM Drive, que según los científicos puede llegar a la Luna en no más de cuatro horas. Así mismo, un vuelo a Marte demoraría 70 días, en lugar de los siete meses que actualmente se necesitarían para lograrlo.

Trascendió que los científicos de la NASA, además, podrían haber descubierto accidentalmente los principios para la construcción de un motor “warp”, es decir, un sistema de propulsión capaz de superar la velocidad de la luz y viajar tan rápido como la mítica nave de ‘Star Trek’. Según afirmaron fuentes oficiales, cuando un láser se disparó en la cámara de resonancia del EM Drive, algunos fotones viajaron a una velocidad superior a la de la luz, lo que significa que el propulsor produjo una burbuja warp, que permitiría impulsar naves a una velocidad superior en varios múltiplos a la de la luz.

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