Archivo de la etiqueta: cuántica

Cuántica y Relatividad no se contradicen.

Se sabe que las propiedades de los sistemas están basadas en las propiedades de sus componentes.
Pero a veces esto parece no cumplirse y aparecen ciertas paradojas.
Las cosas tienen masa dada por la suma de las partículas que la componen. Pero las partículas, se comportan como ondas. Si es así, ¿como entonces la suma de esas ondas dan como resultado a un objeto enorme como por ejemplo… un elefante? ¿Acaso el elefante es una onda resultante? ¿Se pueden interferir entre ellos y obtener un elefante mayor o anularse?

paradoja

Imagen publicada en CookingIdeas

Hay evidencias de que las partículas se comportan de una manera cuando las observamos y de otra cuando no lo hacemos. Como si se manifestaran para nosotros. Eso va en contra del concepto de realidad que establece que las cosas siguen siendo iguales aunque no las veamos.

El tiempo de Planck es el menor intervalo de tiempo en el que aún podemos aplicar las leyes de la Física y estudiar el Universo (https://es.wikipedia.org/wiki/Tiempo_de_Planck). La distancia que recorre la luz en se tiempo se la longitud de Planck, por debajo de la cual la geometría del espacio deja de ser clásica o como la entendemos (https://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_Planck).
Luego, y como la velocidad de la luz es invariante, la longitud de Planck también lo es.
Pero una regla orientada en la dirección del movimiento debería contraerse según lo dice la Relatividad; así entonces, la longitud de Planck no sería invariante, al menos en la dirección del movimiento.
¿Qué está pasando?
Muy fácil; estamos mezclando las cosas.
La Física no es constructivista como la Matemática que se arma sobre ella misma.
La Física se desarma y rearma para explicar lo que se observa. Se crean ramas y teorías para aplicar en diferentes casos.
Así es como la Relatividad estudia las regiones donde hay grandes energías y se dan grandes velocidades. Se da la mano con la Gravitación dando origen a ideas gravitacionales relativísticas (https://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_relativista_de_la_gravitaci%C3%B3n).
La cuántica, en cambio, se dedica a las partículas, al Universo microscópico donde viven.
Cuántica y Relatividad estudian escenarios deferentes, por eso es tan difícil unirlas.
Es una cuestión de escalas. Aplicamos la rama de la Física que mejor explica los eventos en la escala en que se dan.
Ninguna contradice a la otra, sólo hay que aplicar lo que corresponde (ver Una asombrosa y mala demostración, pdp, 22/abr./2015, https://paolera.wordpress.com/2015/04/22/una-asombrosa-y-mala-demostracion/).
Si fuéramos microscópicos, veríamos un Universo cuántico, la Cuántica sería algo corriente para nosotros. Si en cambio fuéramos enormes y capaces de movernos a velocidades fantásticas, la Relatividad sería algo común en nuestra existencia. Pero somos como somos, y la Física clásica explica bien los eventos que nos rodean, hasta que nos metemos en problemas de otras escalas.

El día que se puedan unir en una teoría generalizda se responderán muchas paradojas y hasta podríamos tener una teoría de la Gravitación Cuántica (https://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad_cu%C3%A1ntica).

Lo que (me) asombra de la Cuántica.

La Física o Mecánica Cuántica, muestra un asombroso Universo de partículas, donde cada una puede ser partícula u onda, lo que se comprobó con la interferencia de electrones [1]. Así nació la Teoría de Cuerdas y más tarde la de Branas o Membranas. También pueden tener todos los estados posibles al mismo tiempo y cuando las observamos convergen y muestran el más probable; de aquí la paradoja del gato de Schrödinger [2], el cual está vivo y muerto al mismo tiempo, hasta que se lo observa y entonces se define su estado.
Es como que la naturaleza se manifiesta recién cuando la observamos. Esto sirvió para que el Nobel de Física Eugene Wigner [3] diga que posiblemente exista una “conciencia cósmica” responsable de los procesos cuánticos.
Einstein [4] no creía en la Cuántica, de ahí su frase de que “Dios no juega a los dados con el Universo”; a lo que Hawking [5] que “no sólo juega a los dados sino que a veces los tira donde no se pueden ver”- Paradójicamente, Einstein gana el premio Nobel con el “Efecto fotoeléctrico” explicado con Cuántica.
En Cuántica existe lo que se conoce como “Entrelazamiento cuántico”, a través del cual dos partículas están vinculadas a la distancia, de tal forma que las propiedades de una definen la de la otra de manera instantánea; o sea que, cuando una cambiaba su estado, simultáneamente lo cambiaba la otra. Einstein no creía en esto ya que violaba conceptos de la Relatividad y se refería al Entrelazamiento Cuántico como “Acción Fantasmal a Distancia”.
Básicamente violaba los principios simultaneidad, porque no puede haber transmisión instantánea de información para que dos partículas cambien su estado smultáneamente; y el de “realismo local” por el cual el estado de una partícula no tiene porqué depender de otra a la distancia.
Sin embargo, habrá que revisar las definiciones porque hay evidencias de este efecto. Por ejemplo, se encontró cómo dos haces de fotones entrelazados compartían información [6].
Así es cómo el entrelazamiento existe. Aún no se explica los mecanismos involucrados en el ese proceso, aunque hay buenas ideas.
Einstein planteaba quedos agujeros negros [7] estaban vinculados por un pliegue del espacio-tiempo conocidos como puente de Einstein – Rosen [8] o agujero de gusano.
Juan Maldacena [9] y Leonard Susskind [10] piensan que los agujeros de gusano, son un tipo de entrelazamiento cuántico y que las partículas pueden estar entrelazadas o conectadas por agujeros de gusano muy pequeños.
Esto no sólo permitiría la transmisión instantánea de información, sino que podríamos ver qué sucede del otro lado de la Galaxia con sólo observar qué sucede de este lado.

Referencias:

  1. http://www.investigacionyciencia.es/blogs/fisica-y-quimica/31/posts/y-el-experimento-de-la-doble-rendija-se-hizo-realidad-11103
  2. https://paolera.wordpress.com/2013/12/29/la-paradoja-del-gato-de-schrodinger/
  3. https://es.wikipedia.org/wiki/Eugene_Paul_Wigner
  4. https://es.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein
  5. https://es.wikipedia.org/wiki/Stephen_Hawking
  6. https://paolera.wordpress.com/tag/entrelazamiento-de-fotones/
  7. https://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro
  8. http://teoria-de-la-relatividad.blogspot.com.ar/2009/03/30-el-puente-einstein-rosen.html
  9. https://es.wikipedia.org/wiki/Juan_Mart%C3%ADn_Maldacena
  10. https://es.wikipedia.org/wiki/Leonard_Susskind

pdp.

Una asombrosa y mala demostración.

Muchas veces se aplica mal una teoría o método y eso conduce a un resultado erróneo, a veces sorprendente o desconcertante, pero en realidad está mal.
Otras, una teoría es bien aplicada pero en el problema que no corresponde, así resulta sacada del contexto correcto y el resultado es incorrecto.
Este es un buen ejemplo.
En este video (con subtítulos en Español), se demuestra que la suma (infinita) de todos los números enteros y positivos (o sea Naturales) es igual a una fracción negativa, cuando uno espera que sea infinito; o al menos a un entero enormemente grande.

Veamos qué sucede.
A los 56 segundos (marca 0:56) se muestra un libro donde hay una expresión que dice que la suma infinita de los naturales, aparentemente representados por “n”, tiende a -1/12. Ese libro (si vemos la cabecera de la página) es una introducción a la Teoría de Cuerdas [1], un campo de la Cuántica [2]. En Cuántica se estudia el movimiento de partículas de una manera no clásica. Para la Cuántica, las partículas no pueden tener cualquier valor de la energía, sino que esos valores posibles están cuantificados, o sea que deben ser determinados valores. Además, las partículas se comportan como tales y otras veces lo hacen como ondas o cuerdas. Como se puede ver, esta teoría no es la más adecuada para aplicar al caso de la suma de cantidades enteras. Para resolver ese problema, hay que recurrir a teorías que involucren las propiedades de la Números Naturales y series y sucesiones de ese tipo de números.

Además hay algo fundamental; hay que ver qué es esa “n” que aparece en el libro, cuya suma infinita entrega -1/12, nada asegura que represente a los naturales.

Luego hay otro detalle.
A los 2 minutos 20 segundos (marca 2:20) se dice que la suma infinita de 1 y -1 alternadamente es igual en promedio a ½. En realidad, y en rigor de verdad, esa suma infinita es oscilante, no converge a un valor determinado. Adoptar el valor promedio de ½ es una manera de “bajar” el problema a una realidad o a algo físicamente observable; pero matemáticamente el resultado no existe.

Finalmente, se llega a un resultado erróneo de la suma de infinitos números naturales como consecuencia de aplicar una teoría en un problema donde no corresponde (una fórmula sacada de contexto) y de considerar “bases” erróneas sobre las cuales construir la demostración.

Es un claro ejemplo de que si partimos de premisas correctas (en este caso la Teoría de Cuerdas) pero las aplicamos al problema inadecuado obtendremos un resultado erróneo. Luego, si partimos de una verdad como la Teoría de Cuerdas y el camino es incorrecto pues la aplicamos a un caso que no corresponde, llegaremos a una falsedad.

NOTA: Los autores del video no pretenden engañar sino mostrar una curiosidad. Al final del mismo, explican detalles.

Referencias:

  1. http://es.wikipedia.org/wiki/Teoría_de_cuerdas
  2. http://es.wikipedia.org/wiki/Mecánica_cuántica

pdp.

Pauli, ¿el padre de la teletransportación?

NASA anunció el logro de una teletransportación cuántica a la asombrosa distancia de 25 Km. (a diciembre del 2014).  Muchos lo relacionan con el sistema de transporte de materia a distancia usado en Viaje a las Estrellas [1], pero no es así.

Veamos.

W. E. Pauli. Foto crédito de Bettina Katzenstein / ETH Zürich

La Física Cuántica [2], establece que las partículas no pueden tener cualquier estado, sólo pueden tener determinados estados (cuánticos) dados por ciertos valores conocidos como números cuánticos. Al respecto, Wolfgang Ernst Pauli [3], enunció su principio de exclusión, luego conocido como Principio de Exclusión de Pauli [4].
Dice que dos partículas relacionadas en un mismo sistema, no pueden tener el mismo estado cuántico, o sea, los mismos números cuánticos (o configuración cuántica).
Ejemplo: Los electrones tienen una rotación sobre su eje llamada spin del electrón. El spin puede ser positivo (+1/2) o negativo (-1/2). No puede tomar otros valores. Así, si hay dos electrones en una misma órbita alrededor del núcleo de un átomo, deben tener diferentes spines. Si a uno de ellos, se le altera el spin (digamos que al primero “lo damos vuelta” y su spin pasa a ser -1/2), el otro electrón deberá alterar su spin para respetar el principio de exclusión. De esta manera, el segundo electrón no tiene más remedio que tomar el spin de dejó el primero (adopta +1/2).
De esta manera se puede enviar información de un lado a otro, es más, se puede mandar configuración, ya que la configuración de un electrón la adoptó el otro.
Con equipos sofisticados, se puede lograr que varias partículas relacionadas de alguna manera, intercambien sus estados cuánticos. Esto fue el logro de NASA con fotones a 25 Km. de distancia.
Como se puede apreciar, se está enviando información, o si se prefiere, configuración; no se está enviando materia.
Esto último, aún está demasiado lejos ya que hay que superar detalles técnicos [5] (cosa que puede ser difícil) y detalles cuánticos teóricos [6] (cosa más difícil aún).

Referencias:

  1. http://es.wikipedia.org/wiki/Star_Trek
  2. http://es.wikipedia.org/wiki/Mecánica_cuántica
  3. http://es.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Ernst_Pauli
  4. http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_exclusión_de_Pauli
  5. El problema de la teletransportación de Humanos, pdp, 1/ago./2013.
    https://paolera.wordpress.com/2013/08/01/el-problema-de-la-teletransportacion-de-humanos/
  6. El principio de incertidumbre en la teletransportación Humana, pdp, 2/ene./2014.
    https://paolera.wordpress.com/2014/01/21/incertidumbre-vs-transportacion-espacial-o-temporal/

Fuentes:

pdp

Imagen creada por entrelazado cuántico de fotones.

Si hacemos pasar luz por un agujero o recorte en una placa, veremos que hay luz que pasa por el recorte proyectando la forma del agujero contra una pantalla, y veremos que el resto de la luz no pasa pues es bloqueada por la placa del resorte.

La luz está compuesta por fotones, partículas que viajan llevando energía. Esos fotones son los que pasan por el recorte o son bloqueados por la placa donde está el recorte.
En cuántica, se considera la existencia de fotones enlazados. Son fotones donde uno de ellos conserva y lleva información de otro, su enlazado, aún después de haber sido desenlazados.
Se hizo pasar un haz de luz por un sistema capaz de enlazar sus fotones. Luego se separó el haz de fotones enlazados en dos dos partes. Una parte fue dirigida hacia una placa con un recorte en forma de gato. La otra, fue dirigida a un detector de luz.

Las imágenes c y d se obtuvieron con fotones sin entrelazar; las imagenes a y b con entrelazados.Imagen crédito de G. B. Lemos

Los que fueron hacia la placa y pasaron por el recorte dejaron impresa la forma de gato del recorte. Los otros, mostraron la información por donde pasaron sus “amigos” enlazados a ellos que fueron hacia la placa (la forma del agujero).

Referencia:

Referencias:

pdp

Aparentemente, NASA no validó el EmDrive, un motor imposible.

Hace poco (agosto del 2014) se divulgó la noticia de que NASA había validado (hizo realidad) un motor imposible.

Sencillamente, debemos apoyarnos en alguna parte para propulsarnos o impulsarnos. Es decir que, se debe verificar la acción y reacción, o si se prefiere, la conservación del impulso. En ambos casos, debemos empujar algo en una dirección, lo que saldrá despedido con cierta velocidad, y eso nos hará mover en la dirección contraria, con otra cierta velocidad. En este proceso intervienen las masas desplazadas para implicar la velocidad obtenida.

Imagen crédito de SPR, Ltd. publicada en http://emdrive.com/images/emdrive.jpg

Varios años atrás, un inventor británico, dijo haber desarrollado un motor que producía empuje a través de micro-ondas (ondas electromagnéticas al fin) que rebotaban en un tubo cerrado. Así, el empuje se producía sin emisión de masa (o energía) desde el motor.
Eso ya viola lo dicho anteriormente. Además, el motor empujaría la nave donde está instalado, con ondas que rebotan en él mismo. Como alimentar las velas de un velero con viento de un ventilador puesto en el velero; las fuerzas que aparecen son todas fuerzas internas, las que se anulan. Si se hace la experiencia con un modelo, cualquier desplazamiento será mínimo, casual y seguramente debido a errores (perturbaciones) no tenidos en cuenta en la experiencia de laboratorio.

Un puñado de personas de NASA, hizo experiencias (¿con dinero de los contribuyentes?) con este tipo de dispositivo de propulsión o empuje, conocido EmDrive [1]. Si se accede al trabajo publicado (en forma libre y gratuita) [2], aparecerán muchas dudas o interrogantes.
Se dice que se realizó en un ambiente al vacío para que el sutil empuje sea apreciable. Sucede que el movimiento logrado correspondía a una energía cinética (energía de movimiento) mucho menor a la empleada para generar el movimiento. Esto, es típico de los errores o perturbaciones involucradas en un laboratorio, como dijimos en el caso del modelo del velero impulsado por su propio ventilador. También, funcionó de la misma manera con diferentes configuraciones, o sea con todo bien y con todo mal. En otras palabras, eso no es validar, no es  demostrar la factibilidad o veracidad del dispositivo.
También, se hace hincapié en el hecho de que la fuerza de impulso no es de origen electromagnético clásico o convencional (por las micro-ondas) sino por la interacción con  “el plasma virtual de vacío cuántico (quantum vacuum virtual plasma)”.
Bien, ningún físico conoce qué es ese tipo de plasma, posiblemente un invento de esta gente.


Referencias:

  1. http://www.emdrive.com/
  2. http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20140006052

Fuente:

pdp.

La antimateria podría explicar los efectos de la materia y energía obscuras.

La antimateria [1], es materia formada por átomos donde sus componentes tienen la misma masa pero la carga opuesta. Así, en electrón tiene su contraparte en al positrón, el protón en el antiprotón y el neutrón queda con una antipartícula de la misma carga como su antipartícula. La antimateria se aniquila con la materia cuando se encuentran liberando energía.

Como la materia es una forma en que se presenta la energía, de ella se forman partículas y antipartículas que luego colapsan retornando la energía utilizada para su formación, o salen con velocidades que les permite alejarse. Así se podrían ir evaporando los agujeros negros [2].

Si el origen de la materia implica la aparición de su contraparte, algo sucedió en el Big-Bang que no apareció la antimateria. Si la antimateria tiene las mismas propiedades gravitatorias que la materia ordinaria, ambas deberían haber colapsado y aniquilarse y hoy el Universo sería sólo energía. O bien, en el caso en que se hayan separado, la antimateria debería haber formado estructuras como la materia y deberíamos ver galaxias de antimateria; a menos que… la antimateria no se comporte gravitacionalmente como la materia.
¿Qué tal si la antimateria sometida a un campo gravitatorio cae más rápido, o más despacio, o incluso antigravitar y “caer hacia arriba” o sea en la dirección opuesta a la esperada?
De ser así, la física cuántica podría explicar los efectos de la elusiva materia obscura en las grandes estructuras galácticas y de la energía obscura que actúa a gran escala acelerando la expansión del Universo.

Para eso, en la Organización Europea para la Investigación Nuclear también conocida como CERN [3], se realizó un interesante experimento.
Se creó un átomo de anti-hidrógeno (un núcleo con un antiprotón y un neutrón y un sólo positrón en órbita alrededor de él). Se lo mantuvo “encerrado” por unos campos magnéticos para que no tenga contacto con la materia y se aniquile. Luego, se suspendió ese campo para observar cómo de comportaba bajo la acción de la gravedad. Se encontró que no podía caer a más de 100 veces que como lo haría un átomo ordinario de hidrógeno y no podía anti-caer a más de 65 veces que lo predicho por la teoría.
Estas experiencias son poco significantes (aunque nada despreciables) debido a que los átomos de anti-hidrógeno tenían mucha velocidad (muy calientes) y eso dificultaba el experimento. Se está trabajando en la creación de este tipo de átomos pero más fríos para mejorar la calidad de los resultados de las experiencias.

_______________________________________________________________________

Referencias:

  1. Antimateria – http://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria
  2. Radiación Hawking confirmada – https://paolera.wordpress.com/2010/09/28/radiacion-hawking-confirmada/
  3. CERN – http://home.web.cern.ch/

Fuentes:

pdp.