Energía oscura, el Principio Holográfico y el IPMU
Escrito por Kanijo en Astronomía, Física
Nota de Ciencia Kanija: Este artículo se publica como complemento al artículo de Tommaso Dorigo titulado El misterio de la energía oscura: ¿Resuelto?. Paul Frampton defiende y explica su teoría en The Frame Reference, blog mantenido por el también físico teórico Lubos Motl.
La solución a la energía oscura, que mucha gente, incluyéndome a mi mismo, había esperado que llevase a unas nuevas leyes de la física, de la misma forma que lo hizo el éter con la relatividad y, finalmente con la mecánica cuántica en el siglo XX, lleva sin embargo a una interesante reinterpretación de las leyes de la física conocidas, especialmente del trabajo de Newton y Einstein sobre la gravedad.
El tema central de mi trabajo en cosmología, desde hace cinco años, y en cierto sentido, desde hace cuarenta y cinco, es la entropía. Algunos de los pensadores más profundos del mundo afirman que no comprenden la entropía, lo cual puede ser una forma educada de decir que creen que el concepto de la entropía del universo visible, es basura. No estoy de acuerdo, y en lugar de esto afirmo que la entropía del universo visible es útil. Mi actual idea, basada en un trabajo realizado desde el 6 de febrero y sobre el que aún no he escrito, es que el trabajo de Boltzmann en 1872 es tan increíblemente importante, que su nombre debería estar colocado junto al de Newton y Einstein como los mejores en la física. La idea de Boltzmann era que la entropía (desorden) definida por primera vez por Clausius en 1865, y como concepto estadístico, generalmente se mantiene igual o se incrementa. Esta es la segunda ley de la termodinámica. Debido a que esta “ley” puede violarse, no fue inmediatamente aceptada 1872-1906 ni por físicos (Maxwell) ni por matemáticos (Poincaré) y llevó a la trágica muerte por suicidio de Boltzmann.
Mi solución a la energía oscura procede de Hirosi Ooguri, profesor de Caltech, que me habló el 4 de febrero sobre unas charlas de Dam Son en Tokio el 6 de febrero. Las charlas de Son, sobre el principio holográfico, que no sólo se aplican a la cosmología, sino a las colisiones de iones pesados y a la ecuación de Navier-Stokes, estuvieron a un nivel tan alto y fueron tan inspiradoras, que me di cuenta de que el universo visible es un agujero negro, y entonces usé una conocida ecuación, conocida como temperatura PBH. Pienso que los tres artículos que dan nombre a la PBH son igualmente importantes, y por tanto este logro es más un acrónimo que un epónimo. El segundo paso, y final, fue usar el igualmente conocido acrónimo de la aceleración FDU. En realidad, estaba trabajando en una cosmología cíclica, como aún sigo haciendo, y mediante el estudio del universo observable como una esfera bien definida de radio de 48 000 millones de años luz, me di cuenta de que el ritmo acelerado de expansión del universo es el resultado directo de un universo visible que es un un agujero negro.
El hecho de que vivamos dentro de un agujero negro no tiene que causar pánico, como en la emisión de radio de 1938 de “La Guerra de los Mundos”, que sonaba a noticias de una invasión marciana. Es divertido señalar que, cuanto mayor es un agujero negro, menos amenazador se vuelve. Aquel en el que vivimos es realmente grande, 48 000 millones de años luz de radio. Eso es aproximadamente cien mil millones de billones de kilómetros. Es un agujero negro extremadamente grande y acogedor.
El principio holográfico, que es mi suposición básica al resolver el problema de la energía oscura, implica que el mundo tridimensional que percibimos es simplemente una ilusión y que realmente es en gran parte bidimensional. Esto, no sólo es un problema de alcance para el público general. Está tan cerca de los límites del conocimiento humano, que incluso los físicos profesionales no comprenden por completo este surgimiento, de una o más dimensiones espaciales, y es una gran fuente de nuestra actual excitación intelectual.
Un problema más importante que el de la energía oscura es la construcción de un universo cíclico. Aquí empezamos con Baum en 2007 (Physical Review Letters). El tema de la ciclicidad se ve amenazado por las leyes de la termodinámica de forma directa, y las nuevas pistas parecen ser cruciales. Aunque creo que Lubos quería que me centrara en la descripción de la solución a la energía oscura.
En mi discusión sobre la Teoría de Cuerdas, tengo que mencionar a dos de sus practicantes más destacados, el genial y ya fallecido Joel Scherk (1946-1980) y John Schwarz, el teórico responsable de la supervivencia de la Teoría de Cuerdas como línea de investigación. (El teórico japonés, Tamiaki Yoneya, hizo un importante análisis relacionado). Es fascinante cómo mi solución al problema de la energía oscura se relaciona con la Teoría de Cuerdas y, en particular, la profunda e influyente sugerencia de 1974 de Scherk y Schwarz sobre que la Teoría de Cuerdas debía reinterpretarse, no como una teoría de colisiones de hadrones como sugirió originalmente Veneziano en 1968, sino como una Teoría de la Gravedad.
Al escribir el nombre de Joel Scherk, vienen lágrimas a mis ojos debido a que lo conocí muy bien cuando éramos miembros del CERN, y era tanto una persona brillante intelectualmente como amable, profunda y gentil. En SPIRES se puede ver su trabajo, a la edad de treinta y cuatro años había acumulado diez mil citas. Me encontré la última vez con Scherk, en Tokio, en 1978 y parecía totalmente normal. En 1979, recibí desesperadas llamadas de amigos mutuos, y no comentaré nada más, excepto decir que su pérdida fue la de, potencialmente, uno de los grandes teóricos de mi generación.
Merece la pena escribir un párrafo sobre la relatividad general. Ésta sigue siendo tan válida como siempre, incluyendo las tres pruebas clásicas propuestas por Einstein: el perihelio de Mercurio, la curvatura de la luz alrededor del Sol, y el desplazamiento de frecuencia Pound-Rebka, de la luz que cae, confirmado en Harvard, en la “Torre Pound” del Laboratorio Jefferson. Mi colega Robert Pound falleció la semana pasada. La predicción de las ondas graviatorias de las ecuaciones de Einstein sigue siendo un fenómeno clásico, ya confirmado de forma indirecta por el púlsar binario Taylor-Hulse y que ahora espera la detección experimental directa.
Simplemente se me ocurrió que la solución a la energía oscura, no usara la Teoría de Cuerdas.
Un punto crucial y sutil es el del papel del gravitón, sobre el cual creo que mi trabajo tiene algo de decir. De hecho, debo decir que el gravitón es innecesario, aunque puede que esté ahí. Sin entrar en mucha pedagogía, debo volver atrás para darme cuenta de que Maxwell en 1865 predijo las ondas EM, que fueron detectadas por Hertz, en 1887. Eso es un clásico. El fotón se identificó por primera vez por parte de Einstein en 1905, cuestionado hasta 1922 por Bohr en una extraña parte de su charla del Nobel, y más tarde demostrada su existencia por Compton en 1923. El hecho de las ondas gravitatorias no implica, en mi opinión, la existencia de un gravitón.
He discutido acerca de la energía oscura y del principio holográfico. Ahora un párrafo sobre el IPMU, que es el Instituto para Física y Matemáticas del Universo en la Universidad de Tokio, que empezó en octubre de 2007 y, tras apenas treinta meses, es uno de los lugares más apasionantes del mundo para realizar investigaciones en física, o matemáticas, o su interrrelación. Este pequeño milagro se debe a tres japoneses. El primero es Nakagawa san, Vice-Ministro. El segundo es Hamada san, Presidente de la Universidad de Tokio, que se mostró muy receptivo al IPMU. El tercero es el director del IPMU, Murayama san, con una combinación de visión intelectual y aptitudes políticas.
Autor: Paul Frampton para The Reference Frame, blog de Lubos Motl
Fecha Original: 18 de abril de 2010
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Cierto Sagutxo la idea es buena pero dista mucho de ser una teoría física consistente veremos en que acaba esto. Por cierto me pregunto por que el autor utiliza en sus cálculos “solamente” la masa del universo “visible” es decir la masa de 10exp23 masas solares contenida en el radio de 14000 millones de años luz. Si el universo total tiene 48000 millones de años luz tiene que haber más materia fuera de nuestro radio visible-causal de 14000 millones de al. Si considera el radio de 48000 millones en lugar de el de 14000 millones ¿por que solo usa la masa del radio de 14000?. Tiene que haber una explicación pero yo no la encuentro.
La noticia de que el universo se expansiona, gracias a la existencia de una energía denominada: energía oscura, y de que haya saltado a la luz, la idea de que nos podamos encontrar en el interior de un agujero negro, es fascinante; aunque todo ésto no es nuevo para mi. Llevo 20 años trabajando sobre éstas ideas. ¿El problema?, pues que no soy una persona letrada ni con carrera universitaria, por lo que imagino que mis ideas se irán conmigo cuando me llegue mi hora. Pero no por ello quiero dejar de aportar mi granito de arena, en este tema tan de hoy, como es el de la mal llamada: energía oscura. ¿Y por qué mal llamada?. Porque la energía oscura no es oscura, sino transparente. Sería oscura si no se pudiese ver a través de ella; sin embargo, el universo es transparente, por lo que debería llamarse energía transparente. Un ejemplo: la atmósfera de la Tierra es transparente, y la luz puede pasar a través de élla; si por ejemplo, la atmósfera de nuestro planeta estuviese compuesta por CO2 ypartículas de carbono en suspensión, entonces nuestra atmósfera sería oscura; y por lo tanto, opaca a la luz. Por lo que sería más apropiado hablar de la energía transparente, y no oscura. Ahora bien, dicha energía no siempre fué transparente. Al principio, cuando aún no se habían formado las estrellas, sí que era oscura, y de una solidez inimaginable. Sólo cuando comenzaron a nacer las primeras estrellas, se hizo transparente y perdió su sólidez. Pero, ¿qué es lo que hizo que permitió dicha transformación?: los campos gravitatorios de las estrellas. Lo que nos lleva a una cuestión: ¿cómo se pudieron formar las primeras estrellas, si todavía no existían los
campos gravitatorios?. Puesto que las estrellas están constituidas de materia; las cuales transforman en energía parte de dicha matería, y producen así toda la energía que generan. Pero, ¿y si las estrellas no estuviesen constituidas por materia?.
El ser humano, está capacitado para estudiar el universo, realizando operaciones con matemáticas; pero supongamos por un momento, que sólo podemos realizar
operaciónes de sumar, restar, multiplicar y dividir. Quizás el universo esté capacitado para realizar, además, operaciónes con ecuaciones diferenciales, integrales, derivadas, calculo vectorial, etc. Con lo cual, es posible que el universo, mediante su conocimiento de las matemáticas, haya concebido un universo diferente al que nosotros hemos ideado, donde la energía generada por las estrellas, no se deba a la materia ni a la fusión nuclear. Entonces: ¿qué es lo que hay en el interior de una estrella?.
Otra idea muy interesante, es el hecho de que el universo pueda tener forma de esfera, y de la existenca de una multiplicidad de universos. Es decir, que le estamos dando una imagen definida al universo; una imagen que tiene forma de esfera. Por lo que llegamos a una curiosa conclusión: estamos en el interior de un agujero negro, que tiene forma de esfera, y posiblemente nos encontremos rodeados de otros universos semejantes al nuestro. Ahora bien, imaginémonos por un momento, a todas las estrellas de nuestro universo. Imaginemos la colosal cantidad de energía que emiten todas a la vez: todas las estrellas, de todas las galaxias que hay en el interior de nuestro universo. Llegará un momento en que parte de ésta energía, alcanzará el borde que delimita la esfera de nuestro universo. Ahora supongamos por un momento que nuestro universo tiene un exterior; es decir, que fuera de nuestro universo existe un espacio, pero con una densidad diferente, una densidad de 0,1, mientras que en el interior de nuestro universo, la densidad es de 99,9. Por lo cual, la energía que alcanza el borde de nuestro universo, podrá salir al espacio exterior; creando alrededor de nuestro universo, una capa de energía, una capa en forma de esfera. Lo que le daría, efectivamente, la forma de una estrella. De manera que nos encontramos, con que
en el interior de las estrellas no hay materia, sino universos. Universos como el nuestro. Da vértigo pensar en ello. Pero así es. Para comprender la idea, simplemente hay que pensar en términos espacio-temporales; y pensar, que el espacio-tiempo no es algo fijo, sino que es una cualidad infinitamente elástica, por lo que podríamos condensar el espacio y el tiempo, hasta lo inimaginable. Por lo que las estrellas que hay en el interior de nuestro universo, pueden sobrevivir en el interior de la energía transparente, gracias a que su densidad, es todavía mayor que la de dicha energía. Siendo la energía gravitatoria de dichas estrellas, la que hace que la energía oscura, se vuelva transparente, y permita que la matería pueda existir en su interior. Muchas gracias.
Quisiera poder contactar con usted. Muchas gracias
Hola Ana:
Perdona que no te haya contestado antes.
Tengo un canal en youtube con videos que te podrían interesar. La dirección es la siguiente:
http://www.youtube.com/user/Angarluz
Desde esa página podrás contactarme.
Un cordial saludo.
Ya se demostró que las estrellas producen su energía por medio de la fusión.