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miércoles, 15 de diciembre de 2010

Fiat lux (primera parte)



 He oído hablar a muchas personas, por la influencia del cine, tv o los libros de SF hablar o especular sobre la idea de los múltiples universos, la mayoría de las veces lo hacen sin muchas bases y menos convicciones, por eso creo que una pequeña explicación de ello no estaría de mas para que por lo menos ustedes- lo que lean esto- sepan de donde viene esa idea.
 Ese es mi objetivo, no dar una explicación de la teoría quántica. Pero para poder hablar de esos universos, tenemos que comenzar hablando sobre la luz.
 II
 En los años 1600 comenzó un debate sobre la naturaleza de la luz, algunos pensaban que eran partículas y otros que eran ondas en 1656, El físico italiano Francesco Grimaldi efectúo una observación, la cual fue publicada póstumamente en 1665. El permitió que un rayo de luz atravesara  dos estrechos orificios una detrás de otro y se proyectara en una pantalla plana. Resulto que la luz que incidía sobre la pantalla plana era mas ancha que la abertura y se dio cuenta que el rayo había sido desviado con relación a los bordes fenómeno que llamo Difracción.
 Eso significaba que la luz era un fenómeno ondulatorio.
 En esa época, aunque ustedes no lo crean no existía Internet, (conseguir porno era muy arduo) por lo tanto nadie plagio-digo- leyó su trabajo.
Poco después newton entro a estudiar la luz, el hizo pasar un rayo de luz por un prisma (Pink floyd le robo la idea a newton) y esta se descompuso en colores, el pensó que la luz estaba compuesta de partículas y de varias partículas coloreadas, esto es había articulas de luz rojas, otras azules etc.
 El gran impacto que causo newton con sus descubrimiento en 1666 torno esa hipótesis confusa y complicada en casi la verdad de dios.
 En todas partes existen ateos y salio uno; el astrónomo holandés Huygens dijo que la luz era una onda longitudinal, casi no termino de decirlo cuándo toda la furia y el poder de newton arremetió en su contra, Huygens no solo descubrió los satélites de Saturno, se puede decir que sin el la revolución industrial no hubiese sucedido, ya que el le dio la base  que faltaba para ese gran salto, la medición del tiempo, el tomo las ecuaciones del péndulo de Galileo y creo el primer reloj de péndulo  eso cambio nuestro mundo, y permitió el calculo de las longitudes, algo que era sumamente importante en la navegación, tambien. Su unico error en la vida no fue casarse con una tipa que parecía un cerdo (tal vez era un cerdo) si no llevarle la contraria a newton, cualquier demonio era mas compasivo. Eso llevo a que casi por patriotismo los ingleses enseñaran que la luz era una partícula y los herejes holandeses, que era una onda, casi se llego a una guerra, por ese asunto.
 En plena discusión el medico Danes Bartholin obtuvo un cristal trasparente, que fue utilizado por los vikingos para realizar sus épicos viajes, ellos la llamaban la piedra del sol aunque es mas conocida por espato de Islandia, los objetos vistos a través del cristal aparecían dobles. Era como si algo de luz fuese refractada por el cristal en un ángulo y el resto se refractara en otro ángulo, el fenómeno se llamo doble refracción, como ni la teoría de newton, ni la de Huygens lo podía explicar, se olvidaron del maldito cristal, pero siguió en la mente de todos los demás ¿Cómo era posible que pasara ello?, se tardo mas de siglo y medio en saber como era el asunto.
 La discusión siguió sin tregua hasta el siglo XIX

 En 1801, el mismo año que Dalton propuso su teoría atómica el físico Thomas Young comenzó una serie de experimentos para zanjar la cuestión.
 El concluyo que la difracción señalada por Grimaldi efectivamente existía.
 Y basándose en ello realizo el experimento de la doble rendija, ese experimento es considerado el enigma fundamental, Pauli propuso – y lo hicieron- que los textos de mecánica quántica empezaran con  ese experimento, durante mucho tiempo.
 El experimento en si es muy sencillo, se utiliza una cartulina a la cual se le practican dos agujeros muy juntos y se hace pasar un rayo de luz por ambos, en la parte de atrás se forma un patrón de interferencia, ese patrón solo se puede formar si la luz tiene una naturaleza ondulatoria, cuando se tapa un agujero, el patrón desaparece.
 Casi desde ese momento todo el mundo pensaba que la luz era una onda y se convirtió casi en un anatema decir que era partículas. Y si la luz estaba formada por ondas los colores se explicaban por la diferente longitud de ondas.
 Todo el mundo estaba feliz, lo único que empañaba esa felicidad era el maldito espato de Islandia.
 Muchos años después Feyman dijo que el experimento de Young era “el misterio fundamental”.
 Ahora los fisicos se enfrentaron a otro problema ¿Qué implicaba que la luz tuviese naturaleza ondulatoria?

III
 Todos los que pasamos por el bachillerato sabemos las propiedades de las ondas, estas se interfieren o se refuerzan, el experimento de a doble redija es eso, en las partes claras es donde las ondas se refuerzan y en las oscuras es donde estas se anulan. Todos sabemos que si dejamos algo a la luz solar este se calentara, debido a que el material absorberá algunas longitudes de ondas y reflejara otras, as que se absorben aumentan el movimiento  y por lo tanto generan calor.  ¿Qué implicaba eso?
 En 1860 Kirchhoff señalo que la materia que emite ciertas longitudes de ondas cuando están calientes absorberán las mismas longitudes de ondas que emitió cuando están fría. La conclusión lógica ; un cuerpo que absorbiera todas las longitudes de ondas y no reflejara ninguna (un cuerpo negro) al calentarse emitiría en todas las longitudes de ondas, claro la cuestión importante aquí era como se emitía las longitudes de ondas, como se distribuían a través del espectro total y como esto cambiaba la temperatura, ya que evidentemente eso no podia pasar. Esto significa que cada vez que abriéramos un horno, moriríamos debido a la radiación que en ese momento podrian ser rayos Gamma, y como eso no pasa, tiene que existir algo malo.
 Ese problema sorbió el cerebro de todos los físicos a finales del siglo XIX.
 Este problema fue abordado  en dos maneras diferentes Radialmente diferentes; el cubo de  Jeans y el cuerpo negro., como es menos conocido voy hablar del cubo de jeans, de cualquier manera  las conclusiones son iguales.
 Jeans se pregunto si la distribución de energía entre las diferentes longitudes de ondas en el caso de a radiación esta sujeta a las mismas diferencias estadísticas que la distribución de la energía entre las moléculas de gas.
 Para ello se imagino un cubo de espejos ideales, esto es que  reflejan completamente la luz que incide en ellos. Claro es un experimento mental del tipo que luego popularizaría Einstein.
 Ese cubo tiene una ventana y un obturador entonces podemos abrir la ventanilla y prender una luz de esta manera aprisionamos a la luz que entra, como la luz no puede ser absorbida por las paredes sufre innumerables reflexiones y luego cuando abrimos la caja la luz saldría de ella como un gas empacando. Ahora bien podemos imaginarnos que dentro del cubo ponemos dos granitos de carbon, esto es cuerpos negros ideales, estos absorberían parte de la radiación y luego la emitirían en otra longitud, eso permitiría el intercambio de energía.
 Si fuesen moléculas el intercambio estadísticos entre las partículas seria;
Ë=E/N
Donde  Ë es la energía media E es la energía disponible y N es la cantidad de moléculas, esto mismo se puede aplicar a las longitudes de ondas que pueden existir dentro del cubo pero ¿Cuántas de de esas ondas pueden existir dentro del cubo? Si solo se toman las  ondas trasversales la onda mas larga seria L lala otras serian 2L/2 y las ondas mas cortas serian 2l/3, 2l/4, ….2l/100…. 2l/100000000,
 No existe un límite inferior para las longitudes de ondas, esto es que cuando abramos el obturador saldrían rayos gamma que matarían a cualquiera, eso mismo pasa con el cuerpo negro, el caso del hipotético horno.
 El problema para resolver ese problema fue el que  dio origen a la teoría quántica, Fue Plank quien lo hizo al darse cuenta que la única manera de resolverlo era que tomara en cuanta que la luz no era continua, sino que la energía estaba “empaquetada”  como el no sabia cual era la cantidad exacta, los llamo Quantum, que es la palabra latina para “Cuanto”.
 Ese lo único que hizo fue que el experimento de la doble rendija fuese mas misterioso. Claro la idea de Plank pudo evitar la “catástrofe ultravioleta” y la historia de cómo lo logro es muy interesante, pero eso no nos interesa ahora
 Ese experimento ha sido realizado también con electrones, que tienen materia, pero también tienen  un comportamiento ondulatorio.
Podemos hacer que un  foton pase por un agujero e incida en una pantalla fluorescente para poderlos ver, y los lanzamos de uno en uno, algunos pasaran por un agujero y los otros por el otro, aun cuando los lancemos de uno en uno, si los dos agujeros están abiertos se formara el patrón de interferencia. Pero si tapamos un agujero y los volvemos a lanzar de uno en uno no se formara el patrón de interferencia, es como si el foton o el electrón supiera que se tapo un agujero y que cada foto le dijo al resto que el agujero estaba tapado.
 Eso no tiene sentido.
 Podemos incluso imaginarnos que lanzamos un electrón contra la pantalla con los dos agujeros abiertos, pero cuando el electrón esta en camino, se tapa un agujero, no se formara interferencia. Es como si todos los electrones, la pantalla y los agujeros estuviesen todos unidos.
 Naturalmente eso puede y lo ha hecho, a emerger una serie de ideas místicas sobre ese suceso.
  Puede parecer extraño pero aun estoy hablando sobre la idea de los multiples universos, en el próximo continuare y con suerte llegar a  esos universos, es que todo comenzó con la luz y de cómo el problema de la luz ha llegado a destruir nuestra misma idea de la realidad

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