Archivo de la categoría: Física

La entropía podría tener esporádicas disminuciones.

El concepto de entropía, es para muchos más fácil aplicarlo que entenderlo.
Básicamente mide el desorden en un sistema. La entropía puede mantenerse igual o aumentar, jamás disminuir. Es por eso que los cuerpos calientes se enfrían calentando a los fríos; como por ejemplo las estrellas y los planetas que las rodean. Es este principio el que dice que el Universo tiende a terminar “templado” sin flujos de energía que estimulen los procesos relacionados con la vida.

Este principio (conocido como el segundo principio de la termodinámica – https://es.wikipedia.org/wiki/Segundo_principio_de_la_termodin%C3%A1mica), prohíbe la existencia de los agujeros blancos.

Video: AGUJEROS BLANCOS.

Publicado el 19 sept. 2011

Como lo contrario de los agujeros negros, serían la “salida” de todo lo que cae en un agujero negro asociado a ellos a través de un agujero de gusano. Esto implicaría un orden que contradice el segundo principio de la termodinámica (pdp, 23/dic./2012, Las explosiones gamma…, https://paolera.wordpress.com/2012/12/23/las-explosiones-gamma-no-son-de-un-agujero-blanco/).

Los estudios de dinámica estelar en sistemas de estrellas que van desde cúmulos estelares hasta cúmulos de galaxias, permiten adoptar a estos sistemas como gases de estrellas.
Se encontró que estos sistemas no son reversibles.
Un sistema reversible es aquel que tiene un comportamiento completamente simétrico según se lo haga evolucionar hacia atrás o hacia adelante.
Un cúmulo de estrellas, es un conjunto de estrellas de la misma edad. Todas nacen de la misma nube de gas. Si hacemos evolucionar el sistema hacia atrás, las estrellas se moverán en sentidos contrarios, pero no dejarán de ser estrellas, en ningún momento de desarmarán devolviendo una nube de gas progenitora.
Si hacemos evolucionar el movimiento de las partículas de humo, éste no desaparecerá descomponiéndose en fuego y madera.
Luego, los grandes sistemas estelares no son reversibles.
Bajo estas condiciones, se cumple con el segundo principio de la termodinámica.

Los sistemas estelares nacen en situaciones turbulentas seguidas de lo que se conoce como relajación violenta, situación donde el sistema y sus componentes se vuelven estable . Pero simulaciones recientes (sep.2017), sugieren que en estos sistemas, para llegar a este estado, es necesario que la entropía pueda tener incrementos y disminuciones.
En otras palabras, la entropía puede tener altibajos alrededor de valores promedios, los que se deben conservar o aumentar.

Soñemos.
De ser así, ¿los agujeros blancos podrían existir durante un breve lapso de tiempo para usarlos como pasajes a diferentes lugares del Universo?
En caso afirmativo, ¿sería el tiempo suficiente para que emerja una cantidad apreciable de materia o sólo algunos átomos?

Despertemos.
En ambos casos, esas fluctuaciones serían al azar y por lo tanto difíciles de predecir para saber cuándo se abre un agujero de gusano. Y aunque así sea, entrar por un agujero negro nos aniquilaría.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Anuncios

Los rayos atmosféricos como aceleradores de partículas.

Los relámpagos y rayos atmosféricos, son grandes descargas eléctricas que aún permanecen en estudio.

lightning

Imagen crédito: Shutterstock.

Las descargas a tierra podrían estar disparadas por rayos cósmicos, ya que la nube no está tan cerca del suelo para producirla por cercanía como sucede entre nubes (pdp, 18/ago./2013, Los rayos cósmicos como disaparadores…, https://paolera.wordpress.com/2013/08/18/los-rayos-cosmicos-como-disparadores-de-los-rayos-en-tormentas-electricas/).
En esas grandes descargas, hay un gran flujo de electrones a gran velocidad, casi la de la luz. Cuando impactan con los átomos de la atmósfera, se producen eventos como los que se dan en un acelerador de partículas; de hecho, en él chocan partículas a gran velocidad.

Cuando un electrón impacta el núcleo de un átomo, es capaz de arrancarle un neutrón. Así el átomo se convierte es un isótopo (https://es.wikipedia.org/wiki/Is%C3%B3topo) y puede quedar en un estado inestable. En estas condiciones, emite radiación (y otras partículas) para decaer a una configuración más estable. Luego, los rayos pueden generar radiactividad por breves lapsos de tiempo en la atmósfera.

También, un electrón puede penetrar un átomo, excitarlo y éste emite un pulsos de energía de alta frecuencia conocidos como rayos gamma.
Como la masa es una forma en que se manifiesta la energía, de ella se pueden generar partículas idénticas pero de carga opuesta; o sea partículas y antipartículas, eso es materia y antimateria. En particular, a partir de rayos gamma, pueden aparecer electrones y positrones. Estos positrones pueden encontrarse con electrones, aniquilarse y generar más rayos gamma.
Luego, los rayos pueden generar antimateria.

De todo esto hay evidencias, por lo que los rayos atmosféricos durante una tormenta eléctrica se comportan como aceleradores de partículas.

 

Referencia:

Fuente:

pdp.

Qué es el Sector Obscuro del Universo (retórica científica).

La retórica consiste en expresiones ricas en imágenes para dar una explicación más elegante y figurativa.
Hay una retórica científica que a veces lleva a confusiones.

Se dice que algo es obscuro cuando no refleja ni emite luz. Es por eso que llama materia obscura, a aquella que no puede verse pero se la detecta gravitacionalmente. Aquí el término “obscura” hace referencia exacta a una propiedad de esa materia.
Cuando se habla de energía osbcura, se hace referencia a una energía responsable de la expansión del Universo. En este caso se le dice “obscura” porque se desconoce su naturaleza. Aquí hay retórica ya que no tiene sentido hablar de una energía que no brilla de manera alguna.

En nuestro Universo observable, hay partículas que son bien conocidas tales como los fotones, electrones, protones y neutrones entre otras. Todo está explicado en lo que se conoce como el Modelo Estándard.
Este modelo está siendo retocado permanentemente para explicar nuevas observaciones. Se llegó a un punto en que se hacen necesarias partículas aún no observadas para explicar ciertas propiedades del Universo que nos rodea. Se las llama partículas obscuras retóricamente hablando por desconocerse mucho de ellas y porque no hemos podido detectarlas aún.
Al conjunto de estas partícula se lo llama Universo Obscuro o Sector Obscuro del Universo. Otra vez se utiliza retórica, ya que no se trata de un rincón particular del Universo ni otro universo paralelo y exótico. Es como decir que la mente de un músico genial es un universo de inagotables melodías.

Si las partículas obscuras están relacionadas con la que conocemos, entonces hay un vínculo entre el Sector Obscuro y el Universo observable dado por el Modelo Estándard.
A ese vínculo se lo llama Portal al Sector Obscuro.

New portal to unveil the dark sector of the Universe

Ilustración crédito de IBS

Otra vez aparece la retórica, ya que ese vínculo o portal es un conjunto de expresiones físicas y no un “agujero en el espacio” que nos lleva de un lugar al otro.

Entre las partículas obscuras podrían existir los fotones obscuros (dark photons). Serían partículas livianas similares a los fotones, las que al decaer (o desintegrarse) darían origen a partículas obscuras muchas de las cuales podrían ser responsables de la materia obscura.

Resumiendo.
Cuando se formó el Universo, éste era una sopa de partículas. Fuimos capaces de detectar muchas, recientemente detectamos el Bosón de Higgs completando el Modelo Estándard. Otras permanecen sin detectar en el Sector Obscuro. La observación del comportamiento de las partículas conocidas puede abrir un portal a ese Sector del Universo.

Referencia:

pdp.

¿Propiedad repulsiva de la materia obscura?

Es sabido lo elusiva que es la materia obscura.
Su existencia fue sugerida al observar que la velocidad de las estrellas en las afueras de las galaxias es mayor a la esperada. Así, es necesario la existencia de esta materia para mantener unidas a las estructuras galácticas. Llama la atención que esta materia se detecta gravitacionalmente y no de otra manera; de ahí su calificativo de obscura.

Por un lado se pensó que podría tratarse de nubes de materia ordinaria muy difíciles de observar a grandes distancias.
Por otro, se desarrollaron teorías sobre esta materia según las cuales estaría compuesta por WIMPs, que serían partículas masivas de muy baja interacción (Wikipedia, https://es.wikipedia.org/wiki/WIMP).
De estar compuesta por este tipo de partículas, éstas serían sus propias antipartículas. Al encontrarse dos WIMPs. se aniquilarían generando otras partículas y liberando cierta energía.
También, deberían interactuar con la materia ordinaria. Los WIMPs chocarían con o partículas sub-atómicas provocando el retroceso de las mismas. Si atraviesan una estrella, chocarían con átomos o partículas sub-atómicas y deberían frenarse para luego chocar entre ellos y liberar energía y generar otras partículas (neutrinos) detectables (pdp, 09/may.72013, Neutrinos por decaimiento de materia obscura, https://paolera.wordpress.com/2013/05/09/neutrinos-por-decaimiento-de-materia-obscura/).
Luego, si la materia obscura es tan común, podría estar en todas partes; incluso en la Tierra, entre nosotros, hasta dentro nuestro. En tal caso, habría sido detectada en nuestras cercanías de otra manera que no sea gravitacionalmente; o sea por interacción con la materia ordinaria.
Pero esto nunca sucedió.

Una teoría reciente (abril 2017) sugiere asimetrías en la materia obscura, tales que a gran escala es gravitacionalmente atractiva con la materia ordinaria, pero a pequeña escala es repulsiva.
Astronómicamente, una pequeña escala es un tamaño planetario, como el de la Tierra. Así, la materia obscura no estaría entre nosotros, ni cerca, ni dentro, por haberse alejado por repulsión en algún momento. Esto ayuda a explicar la falta de la tan buscada interacción con la materia ordinaria; porque cerca de ella comienza a alejarse.
En el origen del Universo, ambas estaban lo suficientemente cerca como para repelerse hasta que comenzaron a atraerse desde cierta distancia.

Entonces, la Tierra, el Sol, todo el Sistema Solar, se movería desplazando materia obscura de sus vecindades creando flujos de la misma a medida que se desplazan por el espacio.
Luego, la materia obscura existiría a grandes distancias donde puede ejercer gravedad ordinaria, tal vez hasta formando objetos de materia obscura.

Fuente:

pdp.

Un agujero en la radiación de fondo en mircoondas, el efecto Siunyáiev-Zeldóvich

La radiación de fondo en microondas (CMB – Cosmic Microwave Background) se originó en el Big-Bang y proviene de todas partes del cielo.
Debido a la gran distancia a la que se encuentra de origen, se la observa fuertemente corrida a bajas frecuencias, por eso se la detecta en micro-ondas (https://conexioncausal.wordpress.com/2013/03/21/que-es-la-radiacion-de-fondo-de-microondas/).
Cuando los fotones (partículas de energía que componen la luz) del CMB interactúan con electrones libres energéticos (a temperaturas mayores a la de su entorno), adquieren energía y se desplazan a frecuencias mayores; es decir que se “corren” de las microondas. A esto se lo conoce como efecto Siunyáiev – Zeldóvich (efecto SZ).

Observando en microondas el cúmulo de galaxias RX J1347.5 – 1145, se puede apreciar este efecto.

ALMA Confirms ability to see a “Cosmic Hole”

Imagen crédito de ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Kitayama et al., NASA/ESA Hubble Space Telescope.

En la imagen se observa al cúmulo visto por el telescopio Hubble. Superpuesta a ella, se muestra en color azul la energía en microondas observada por ALMA del CMB. Además de notarse el efecto de lente gravitacional en esas imágenes duplicadas y alargadas en forma de arcos, se aprecia un “agujero” donde falta radiación en microondas del CMB (https://es.wikipedia.org/wiki/Lente_gravitacional)
Esta radiación interactúa con los electrones libres de la materia intracumular, los que causan el incremento de frecuencia del CMB proveniente de esa dirección (efecto SZ) y deja de ser observada en microondas, dando la apariencia de ese agujero en el CMB.

Fuente:

pdp.

¿La violación CP explica la abundancia de materia sobre la antimateria?

En la física de partículas, hay dos tipos de simetrías.
Una es la simetría C (de carga), que dice que las leyes físicas para una partícula son las mismas sin importar la carga (positiva o negativa) de ella.
La otra es la simetría P (de paridad), que dice que las leyes físicas son invariantes ante inversiones especulares (o simétricas frente a un espejo); o sea que, son las mismas para el Universo y para su imagen simétrica.
Ambas simetrías dan origen a la simetría CP o de paridad y carga. El no cumplimiento de alguna de ellas, da origen a lo que se dio en llamar la violación CP (https://es.wikipedia.org/wiki/Violaci%C3%B3n_CP).

Ilustración de materia – antimateria publicada en Wikipedia.

Recordemos que la antimateria está formada por electrones positivos y protones negativos (todo lo contrario de la materia). Cuando ambas se encuentran, no se cancelan mutuamente desapareciendo ambas, sino que ambas liberan mucha energía (partículas llamadas fotones) y aparecen partículas y antipartículas; o sea que decaen en otras versiones de partículas. Uno de los grandes misterios de la Ciencia es el gran desbalance entre materia y antimateria (https://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria).

En el Big-Bang, se produjo la misma cantidad de materia que de antimateria ya que provienen de la nada, porque no hay evidencias de algo previo al Big-Bang. Luego, materia y antimateria se unieron liberando energía y dejando algunas partículas residuales de esa fusión. Pero como podemos ver, en el Universo no hay algunas partículas sino muchísima materia y casi nada (o nada) de antimateria.
Una explicación, es que las leyes de la Física no sean las mismas para partículas que para las antipartículas; o sea que haya violación CP.

En el colisionador de hadrones del CERN (https://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria) se hizo chocar materia con antimateria y en el decaimiento se encontró un desbalance de un 20% a favor de las partículas sobre las antipartículas.

Los estudios continúan hasta tener una estadística definitivamente concluyente, ya que esto debe repetirse siempre en proporciones semejantes; pero es un comienzo.

Referencia:

Fuente:

pdp.

El efecto fotoacústico explica el sonido casi simultáneo asociado a un meteorito.

Cuando se observa un meteorito, suele asociarse con un sonido muy particular.
A veces como un silbido soplado (ffffffssssszzz…) y a veces como un trueno lejano, ese sonido es casi simultáneo con la aparición del meteorito.
Eso es curioso. El sonido se produce por masas de aire en movimiento que viajan hasta nosotros, y si lo hacen bajo condiciones normales, viajan a 300 m/seg.
Por ejemplo: un relámpago calienta su entorno y desplaza aire. Es sonido debido al aire desplazado, llega a nosotros luego del fogonazo que, viajando a 300 mil Km/seg., nos llega casi instantáneamente luego de producirse.
Pero muchas veces, el sonido asociado a un meteorito es casi simultáneo con su aparición, cuando en realidad no debería sentirse hasta un rato después, ya que éste se manifiesta a varios Kms. de distancia del observador.

Quizá el sonido no provenga del meteorito aunque sí lo genere.

Los objetos suelen devolver la energía que reciben. En general, muchos reciben luz y retornan calor.
Sucede que hay objetos que al recibir luz, devuelven esa energía en forma de sonido; es decir que retornan esa luz en forma de energía cinética (o de movimiento) a las partículas de su entorno. Esas partículas en movimiento cumplen con la definición de sonido. A esto se lo llama efecto fotoacústico.
Objetos como el asfalto, madera obscura, hojas secas, algunas telas y hasta cabello, muestran este efecto y se los cataloga como transductores fotoacústicos.
A diferentes muestras, se la expuso a pulsos de luz y un micrófono cercano a la muestra conectado a un amplificador captó el sonido verificando así la existencia este efecto.

Figure 2

En la imagen se aprecia el sistema que permitió verificar el efecto focoacústico. Las flechas señalan al micrófono, fuente de luz de LED y la muestra a analizar. Imagen publicada en el trabajo de R. Spalding et al.

Luego, este efecto explica el sonido casi simultáneo que se oye con la entrada de un meteorito. No lo produce él, sino los objetos cercanos a los observadores.
La luz irradiada por el aire calentado y excitado por el meteorito comprimiéndolo a su paso, llega a objetos cercanos al observador que sean sensibles al efecto fotoacústico. Éstos responden generando el sonido que se percibe casi simultáneamente con la aparición del meteorito.

Referencia:

Fuente:

pdp.