Resumen del libro “El universo en tus manos”

Universidad San Francisco de Quito
Cosmos

Resumen del libro “El universo en tus manos” (p.241-p.322)

Nombre: Andrés Sebastián Greffa Moscoso

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Contenido

Quinta parte:        1

Hasta el origen del espacio y el tiempo        2

I.        Tener confianza:        2

II.        La nada no existe        2

III.        Antimateria:        5

IV.        El muro detrás del muro        6

V.        Los pasados perdidos están en todas partes        7

Sexta Parte        8

Misterios Inesperados:        8

I.        El universo        8

III.        Ser y no ser más bien        10

Webgrafía:        10

Anexos:        10

Quinta parte:

Hasta el origen del espacio y el tiempo

1. Tener confianza:

• Las matemáticas son el lenguaje que emplean los dioses para hablar con las personas –Platón
• Los humanos hemos estudiado lo muy grande, pero realmente en lo muy pequeño se encuentran los ladrillos con los que se construye todo lo que constituye nuestro universo

• Incluso se aplica para la fórmula de la relatividad de Einstein
• Muchos premios nobel de física se han otorgado a personas que estudiaron lo muy pequeño

• Algunas reflexiones acerca de la mecánica cuántica:

• "Puedo afirmar sin miedo a equivocarme que nadie entiende la mecánica cuántica" –Richard Feynman, Premio Nobel de física de 1965
• “Dios nuestro es sutil, pero no es malicioso” –Albert Einstein, premio nobel de la física 1921
• “Pensándolo bien puede, puede que Dios sea malicioso” –Albert Einstein, premio nobel de la física 1921

• Muchas de estas frases representan la postura respecto a la mecánica cuántica de los mejores científicos, incluido el autor del libro
• Falta ir más allá de los conceptos
• En 1979 3 científicos recibieron el premio Nobel en física por un descubrimiento muy especial: sus nombres eran: el paquistaní Abdus Salam y los estadounidenses Shladon Glee y Weinberg
• Su descubrimiento fue: que le electromagnetismo y la fuerza nuclear débil no son más que 2 aspectos de otra fuerza, un campo que existió en el inicio del universo: el campo electro débil Esto no solo fue en descubrimiento grande. Sino que permitió realizar algo que no se podía, unifica todas las fuerzas conocidas en el universo en una sola teoría
• Pero se necesita entender a esa “nada” de los capítulos anteriores

1. La nada no existe

• El ambiente que nos rodea está formado por átomos que se suspenden sobre la curvatura del espacio-tiempo de la tierra, todas las interacciones con el mundo son reacciones entre átomos, el principio de exclusión de Pauli nos permita estar en un piso, todo, absolutamente todo los que nos rodea son átomos y campos que surgieron al inicio del universo
• Para entender el mundo de lo desconocido es importante entender el competo de que los científicos han llamado el vacío, concepto en el que se han basado para las múltiples teorías que también ha permitido realizar predicciones repisas y concisas
• ¿Qué es el vacío?

• Regresando al vuelo de la 3ra parte del libro, lo único raro no fue haber viajado 400 años en el futuro, pues para eso se debió haber viajado a velocidades cercanas a la de la luz y ya conocemos toda esa historia, sin embargo, lo extraño también es cuando pensamos que le avión tomo todas las rutas para llegar a su destino
• Esto no parece convincente en el mundo real, pero en lo muy pequeño, las partículas siguen todos los caminos imaginables, ya pensemos que sean posibles o no, también los campos cuánticos hacen cosas extrañas a estos átomos:
• El pertenecer a un campo cuántico significa que las partículas crean múltiples imágenes de sí misma, los caminos posibles ocupan todos los rincones del espacio tiempo, pero solo existe una probabilidad de ser capaza de detectar el lugar e instantes concretos de una y no es todo, la partícula puede actuar de formas distintas al ser no detectada
• La materia y la luz se comportan de forma igual
• Las leyes que rigen en la vida cotidiana no son las mismas en el mundo cuántico
• Las partículas no actúan como pelotas, sino que actúan como partículas cuánticas, para llegar a un lugar y sin ser observadas viajan a través de todos los caminos posibles, tanto a la derecha como izquierda, arriba, abajo, adelante atrás, al pasado, al futuro, pero así mismo es cómo funciona la naturaleza al no mirarla

• Al no mirar se cree que las partículas las partículas vayan por todos lados y caminos inimaginables
• Cuando alguien mira a una partícula, esta se encuentra en un lugar concreto. Ej. (analogía) un avión al ser rastreado se puede conocer su posición y tiempo actuales

• ¿Por qué las partículas les importa si las observamos o no?

• El campo cuántico es una miscelánea de posibilidades

• Por el simple hecho de detectar una partícula se puede ver una posibilidad, cuando se interactúa con el mundo de lo pequeño la multitud se convierte en singularidad

• ¿Acaso esto significa que seríamos capaces de moldear nuestro universo?

• Como dijo Witten, el universo no está hecho para nuestra conveniencia y en este caso tiene razón, pues no es posible saber cuál de todas las posibilidades cuánticas se vuela real al observarlo

• Durante tiempo los científicos pensaron que esta incertidumbre se debía a la falta de conocimiento, pero no fue así. En 1964 el físico norirlandés Jhon Stewart Bell sacó un teorema (teorema de Bell) que permitió al físico francés Alain Aspect demostrar experimentalmente que la existencia de posibilidad en vez de certezas, es una propiedad del mundo cuántico

• Todo esto nos lleva a una conclusión final: las partículas pueden materializarse en cualquier rincón del universo, eso es la razón por la que en realidad no existe la nada, a a la interacción de todas estas partículas se le denomina vacío, y que e igual al que no se puede quitar al espacio tiempo, los campos cuánticos no pueden ser desaparecidos
• ¿Si el vacío se define de todas las partículas que surgen de él, existen distintos vacíos?

• Sí, se denomina el efecto Casimir, que no solo comprueba que el vacío no existe, sino que también ha distintos tipos de vació que pueden generar una fuerza: energía del vacío 

• En la vida cotidiana esto simplemente no existe

• ¿Entonces, porque existen partículas como los electrones que son absolutamente idénticos en todas partes?

• Debido a que todos los electrones forman parte del campo electromagnético, todos surgen de su vacío, se propagan a través de él, cada vez que parece un electrón a un gluon procede la energía que recibe o emite algo del vacío campo
• El caso de la gravedad es complicado debido a que no se ha encontrado una forma en la que esta actué como un campo, pues el resultado sería desastroso, es por eso que para describir al universo se creó una teoría: un campo para gobernarlo a todos

• ¿Pero como se pueden unificar si las partículas de todos los campos son distintas?

• Como en la vida cotidiana para alinear 2 materiales distintos se necesita una gran cantidad de calor, o en términos científicos, se necesita una gran cantidad de energía, para unir el campo electromagnético junto al campo nuclear débil se necesitan aproximadamente 1 billón de grados
• Salam, Galashow y Weinberg se ingeniaron para fusionar estos 2 campos, descubriendo que en condiciones extremas un solo campo existía: La Gran Teoría Unificada
• Para descubrir que esto era cierto se crearon aceleradores de partículas donde se hacían colisionar partículas entre sí. En 2015 se consiguió una energía equivalente a cien mil billones de grados, cantidad predicha por Salam, Glashlow y Weinber, también en el proceso se crearon partículas completamente nuevas (W y Z)

• Parte de la masa de los átomos procede de la simple existencia de agrupaciones de gluones virtuales, esto significa que representan una importante parte de la masa de un átomo

• Ej. La fusión nuclear

• Al final Sadam, Glashow y Weinberg demostraron el campo que existió en el origen del universo
• Aunque también existió otro campo, campo que dio masa algunas partículas y dejo ir a otras, los fotones y gluones no la percibieron, mientras que los electrones y neutrinos perdieron su capacidad de viajar a la velocidad de la luz (ganaron masa)

• Pero este campo no fue fácil de observar hasta 2012 en el GCN Organización Europea para la Investigación Nuclear, detectaron una partícula fundamental de este campo, los medios lo denominaron como el bosón de Higgs, este descubrimiento nos mostró como se generó la masa hace 13800 millones de años

• Nota: El campo de Higgs ciertamente no es responsable de toda la masa existente mucho de esta proviene de la interacción dentro de los quarks y los gluones que se concentran en su interior

• Las partículas no pueden aparecer de la nada sin pagar un precio, ese precio se lo conoce como antimateria

1. Antimateria:

• Durante la mayor parte de la historia los humanos desconocían el ambiente que les rodeaba, con el paso de los años y con la evolución fueron descubriendo más territorios, continentes que les permitió formar un mapa general de lo que les rodeaba, lo llamaron Tierra, los siglos pasaron y otro nuevo misterio apareció, un misterio más allá de las fronteras de su mundo

• El espacio se convirtió en ese nuevo mundo que el humano anhelaba conocer y trazar un mapa del universo
• Pero en estos tiempos no se necesita ser un aventurero, La ciencia nos puede llevar a cualquier parte

• La materia de la estamos hechos solo son la mitad de la materia total en el universo
• Paul Dirac fue el que descubrió este fenómeno, el mismo creador del campo cuántico, descubrió también la existencia de la antimateria

• Es por eso la importancia de cuestionarse de donde paramecio la carga eléctrica de los electrones, puesto a que esto representa un problema importante:

• No se puede crear algo de la nadad sin pagar un precio por ello
• Así se deduce que un electrón nuca aparece solo, debe aparecer junto a una partícula idéntica con distinta carga, a esta se le denominó positrón

• Este proceso se lo llama creación de pares de partícula y antipartícula

• Cuando un electrón choca con un positrón, desaparece

• 5 años más tarde del descubrimiento de Duralc (1933) se descubrió al antielectrón, fue el científico Carl D. Anderson quien le dio el nombre de positrón y al que se le acuñe el experimento, nació la antimateria
• Todas las partículas cuentan con una antipartícula, pero en el caso de partículas sin carga como los fotones no tienen carga, son idénticos
• Es posible que en algún lado del universo exista un mundo forma por antimateria, como la materia y antimateria se aniquilan al contacto, no es buena idea estrecha la mano con tu Anti yo
• Uso de la antimateria:
• La PET o tomografía por emisión de positrones utiliza este concepto, emitiendo pequeñas cantidades de positrones que se aniquilan con los electrones emitiendo poderosos rayos que da una imagen de cómo funciona el organismo

1. El muro detrás del muro  

• A diferencia de nuestros antepasados hemos escuchado acerca de la biga van, pero no conocemos que significa realmente
• El tiempo, la velocidad, la masa y la distancia están unidos a los campos que hemos estudiado
• EL universo no está vacío, en esos espacios enormes existen campos que permiten que objetos se relacionen entre sí, portadoras de fuerza

Viaje al origen del universo:

• 7 millones de años en el pasado:

• Superficie de última dispersión un poco más cercana y radiación ligeramente más caliente
• La humanidad como la conocemos no existe, solo hay bestias peludas que apenas han empezado a diferenciarse de los primates

• 65 millones en el pasado

• La extinción oficial de los dinosaurios, solo algunos mamíferos llegaron a sobrevivir

• 4000 millones de años

• La Tierra impacta sobre un cuerpo rocoso (Marte) y se crea la Luna
• La ración de microondas empieza a incrementar

• Par de millones de años más

• La tierra no existe
• EL universo es más pequeño
• Estrellas explotan creando nueva materia

• 9500 millones de años antes

• El universo se ha reducido al 25% de tamaño
• El muro de última dispersión está más cerca, entre ese muro y nosotros se producen colisiones formando galaxias

• 13700 millones de años en el pasado

• 0,5% del tamaño del universo
• Edad oscura del universo, no se han encendido las primeras estrellas
• La radiación microondas está en todas partes

• 13800 millones de años antes

• La última superficie de dispersión junto delante
• Universo solo tiene 1 minuto luz de distancia
• El universo es transparente y la temperatura es muy alta (3000 grados centígrados)

• 380000 años desde el origen del universo:

• La temperatura es de 5000 grados
• El campo electromagnético está repleto de energía

• Cerca del origen del universo:

• Caldos densos de partículas

• Todas chocan excitando los campos cuánticos
• La presión, densidad los efectos de la gravedad comienzan a incrementar

• Menos de 3 minutos del nacimiento del espacio tiempo

• Los núcleos atómicos se rompen liberando quarks de sus “jaulas” y se mueven libremente
• L fuerza nuclear fuerte es abrumada por la energía ambiental
• Los protones y electrones frenéticos
• z se chocan contra quarks y desaparecen como neutrones
• temperatura de 100000 millones de grados
• Toda la energía se encuentra concentrada en una esfera

• Millonésima de segundo después del nacimiento del espacio tiempo

• Temperatura de 100000 billones de grados
• Los neutrones se desintegran
• Los quarks chocan con su antipartícula y generan energía pura
• Existe el campo electro débil
• El campo de Higgs desaparece
• Las únicas partículas que existen son los bosones W y Z

• Big Bang (millonésima de ciento millonésima) del nacimiento del espacio tiempo

• Se cree que los 3 campos que hemos estudiado, CEM, CIF, CID, se unieron con la gravedad
• No hay espacio ni tiempo
• Más allá se extiende el reino de la gravedad cuántico, el misterio de la ciencia actual La era de Planck

• Todo es conocimiento nos ha convertido en Dios
• Sin embargo, para entender al universo se necesita dos datos, la ley o con conjunto de leyes y una condición inicial

1. Los pasados perdidos están en todas partes

• Año 2416

• Los viajes siempre han sido una fantasía humana
• Stephen Hawking organizó una fiesta para viajeros del tiempo, donde envió las invitaciones después de la fiesta, lamentablemente nadie se presentó
• Si viajamos en el futuro, ¿qué le ocurre a nuestro pasado?
• El espacio tiempo hace que todos pertenezcamos a una realidad gigantesca
• Hasta ahora solo hemos visto dos grandes teorías: la teoría de los campos cuánticos y la relatividad de Einstein

• Estas teorías presentan problemas, en realidad nadie sabe cómo funciona el universo todavía
  

Sexta Parte

Misterios Inesperados:

1. El universo

• El nombre universo tiene un nombre interesante:

• Uní: uno, versus: convertido, convertido en uno
• Cualquier experimento realizado dentro de nuestro universo puede ser repetido muchas veces
• Con condiciones iniciales y una ley que aplicar se puede llegar a experimentar

• Pero con el universo en conjunto es más complicado

• La condición inicial para estudiar al universo puede ser el muro de Planck pero hay otro problema, solo hay un universo con el que experimentar, pero es esto realmente cierto?

• Nuestra realidad es solo una entre infinidades de otras

• Esto da la posibilidad de resolver algunos o sino la mayoría de misterios del universo

• Mezcla las gravedades con la física cuántica significa mezclar lo gigante con lo muy pequeño
• 3 tipos de misterios del universo

• Misterios teóricos: fallas en las teorías
• Misterios en la observación y experimentación, lo que lleva a usualmente investigar más
• Misterios en los que nadie entiendo absolutamente nada, Ej. Agujeros negros, física pre espacio tiempo,
• Misterios que engloban todos: Física del pre-espacio-tiempo

• Viaje a un agujero negro

• Los agujeros negros y el origen del universo en el sentido de relacionar lo muy pequeño con lo gigante, son muy parecidos
• No podemos crear el Big Bang en laboratorios o crear universos de la nada
• Aquí recae la importancia de los agujeros negros en la investigación del universo, hay muchos agujeros negros en el universo distribuidos por doquier

• Los agujeros negros pueden tener cualquier tamaño

• La longitud de Planck corresponde a las 16 millonésimas de una milmillonésima de una milmillonésima de una milmillonésima de un milímetro

• En este sentido los agujeros negros pueden tener cualquier tamaño

• No hay duda que todavía quedan nuevas revoluciones por pensamiento a venir que eliminen paradigmas y creen nuevas soluciones y moldear al universo nuevamente
• La mayor parte que contiene el universo no solo es invisible, también es desconocido para nosotros
• Las teorías que hemos estudiado lamentablemente también son incompletas y llenas de errores
• Es hora de ver esos errores y lo que no funciona

1. Infinidades cuánticas

• En el mundo cuántica si algo es posible sucede
• Juego de los electrones

• Analogía: un partido los electrones son jugadores de tenis y los fotones virtuales son pelotas de tenis, ambos poseen la misma carga eléctrica, se acercan el uno al otro y al momento de colisionar no lo hacen, pues tienen la misma carga eléctrica, los fotones virtuales desvían a los electrones y los dispersan
• En la próxima partida el tiempo se ralentizan, los electrones se mueven uno a otros y aparecen los fotones virtuales pero esta vez uno de los fotones virtuales se convirtió en una par partícula antipartícula, un electrón y un positrón y después s convierten en un par y medio y de repente miles de pares de partículas alrededor de los jugadores, ego miles de millones, billones, al parpadear (analogía) desaparecen

• Esta es una propiedad del mundo cuántico, si algo es posible, sucede.

• Ahora no hay jugadores solo hay (pelotas de tenis) partículas y antipartículas surgiendo de la nada, a estas creaciones se les denomina fluctuaciones cuánticas del vació, cuando hay energía disponible, como 2 electrones, se excitan

• Un caos con posibilidades infinitas e importantes

• Los científicos decidieron eliminar la gravedad de ña ecuación
• El físico teórico holandés Gerardus’r Hooft, recibió el premio nobel de física en 1999 junto a Martinus Veltman por postular la teoría de los campos cuánticos, una de las teorías más exitosa de todos los tiempos, eliminar estas infinidades permitieron el descubrimiento de partículas nunca antes vistas

• Predicciones exactas en cuanto la masa

• En 1982 Kenneth Geddes Wilson recibió el premio nobel de la física por deshacerse del problema de la existencia de las infinidades, el nombre es renormalización

• Pero para conocerlo todo no hay como saltarse algo tan importante como la gravedad

• La teoría del campo cuántico afirma que en la existencia de campos cuánticos existen paquetitos de energía denominados cuantos, que representan el estado energético de las partículas de cada campo
• Por ej. Los gravitatones, si bien funciona en un papel en realidad la existencia de gravitatones descarta totalmente la teoría de la relatividad, cuando se convertir una forma estándar de gravedad en un campo cuántico aparecen infinidades de problemas y a diferencia de los otros campos no se puede eliminar los gravita tones, porque son la gravedad
• Motivos por la que la la teoría de los campos cuánticos y la teoría de la relatividad se contradicen:

• En teoría de los campos cuánticos las partículas están formadas del propio campo, en cambio ¡. En el caso de la gravedad las partículas elementales deberían estar hechas del mismo campo, así que las partículas deberían estar hechas de espacio tiempo, entonces también existe que existen cuantos flotando por todas partes lo que contradice que el espacio tiempo sea continuo
• También estos paquetitos deberían actuar como onda partícula que plantea otro problema relacionado con los saltos cuánticos

• La teoría general de la relatividad la la teoría de los campos cuánticos tiene conceptos distintos del espacio tiempo
• Durante mucho tiempo estas dos teorías fueron trabajadas parte, sin embargo, con los nuevos pensamientos y tecnologías se comenzaron a dar origen a ideas que unían a estas 2 teorías.

1. Ser y no ser más bien

Webgrafía:

Galfard, C. (2017) Universe in your hand: A journey through space, time, and beyond. Flatiron Books.

Anexos:

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