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Un científico piensa enviar a otros planetas los ladrillos fundamentales de la vida y dice cómo

Un físico teórico alemán ha propuesto una modificación a la primera nave espacial interestelar que le permita desacelerar lo suficiente como para orbitar un exoplaneta (un planeta más allá del Sistema Solar) y potencialmente sembrar una segunda Tierra. Sin embargo, el tiempo de viaje de 12,000 años podría dificultar la obtención de apoyo para la misión.

En los últimos 30 años, la opinión popular sobre a dónde debe de ir el ser humano al espacio ha oscilado entre una nueva misión a Marte y un regreso a la Luna.

Teniendo en cuenta la mezcla heterogénea de problemas que nos hemos creado en el planeta Tierra, desde problemas ecológicos y económicos, tales objetivos de exploración y colonización pueden tener una raíz egoísta, pero hay que tener en cuenta que es posible que necesitemos encontrar un segundo planeta Tierra para que las generaciones futuras puedan sobrevivir al posible desastre ecológico que se avecine.

Sin embargo, incluso las estimaciones de colonización más óptimas se miden en décadas, y no hay garantía de que sobreviviremos el resto de este siglo y mucho menos el tiempo suficiente para expandir de manera efectiva a la humanidad en toda la galaxia.

Pero ¿qué tal si en este momento pudiéramos comenzar el proceso de sembrar vida en otros mundos? La humanidad no podría sobrevivir tal vez, pero sí otro tipo de forma de vida.

Claudius Gros, un físico teórico de la Universidad de Goethe en Frankfurt Alemania cree deberíamos considerarlo.

Gros cree que sembrar vida en todo el cosmos tiene prioridad sobre la colonización humana y el también cree que este proceso de sembrar intencionalmente otros planetas en el universo con vida, más sucintamente conocido como “panspermia deliberada”, está dentro de nuestra capacidad tecnológica.

Breakthrough Starshot es un ambicioso proyecto que busca enviar la primera sonda espacial a la estrella más cercana al Sol, Alfa Centauro, utilizando un sistema propulsión láser.

Ese viaje tomaría alrededor de 20 años y requerirá que una nave que pese un gramo se acelere a una velocidad de 160 millones de kilómetros por hora o un quinto de la velocidad de la luz.

La sonda en cuestión no tendrá un sistema de frenado y se espera que tome fotos poco antes de acercarse a la estrella.

En un reciente estudio publicado en la revista Journal of Physics of Communications, Gros propone que utilicemos ese mismo sistema de propulsión por láser para enviar una nave espacial de 1,5 toneladas a velocidades más bajas para que para que podamos hacer más que solamente tomar fotografías.

A Gros le gustaría alcanzar una órbita estable de un exoplaneta y sembrar otros mundos con vida a través de pequeños laboratorios integrados que producirían genes y células. El objetivo declarado es TRAPPIST-1, pero otros exoplanetas, como el recientemente descubierto Ross 128b, también están en consideración.

La hipotética nave espacial de 1,5 toneladas de Gross que se utilizaría para sembrar vida se lanzaría desde la Tierra y los enormes láseres terrestres dirigidos a la ligera vela de 50 kilómetros de ancho que estaría anclada a la sonda la impulsarían aproximadamente al 30% de la velocidad de la luz.

A diferencia de la pequeña sonda utilizada para la misión de Alfa Centauro, la nave espacial de Gros necesitaría poder detenerse una vez que llegar a su destino , por lo que ideó una forma de hacerlo utilizando una vela magnética que generaría fricción con protones.

Esto permitiría que la sonda se desacelerara en el camino, algo parecido a hacer que un automóvil se detenga por completo y de golpe en medio de una carretera.

“La razón de la vela magnética es para crear un campo magnético sin perder energía”, dijo el investigador. “Tú no quieres gastar energía así que generarás el campo una vez, y luego con un circuito superconductor, la corriente permanece para siempre y el campo magnético también permanece para siempre”.

De acuerdo con Gros, la vela magnética tendría un radio de aproximadamente 50 kilómetros y cada uno de sus bucles generaría un campo magnético. Estos campos cambiarían el impulso de la sonda en función de la cantidad de partículas que fuera encontrándose en su camino.

Esencialmente, los protones entre la Tierra y el destino de la sonda crearían la fricción necesaria para desacelerar.

Puede parecer extraño imaginar una sonda gigante siendo ralentizda por algo tan pequeño e insignificante como los protones.

Para complicar aún más la situación, los científicos sospechan que restos de antiguas supernovas pudieron haber barrido gases del espacio que rodea nuestro Sistema Solar y los que están cerca de él, reduciendo así la densidad de la materia.

Sin embargo, Gros explicó que incluso con esa menor concentración de materia, el diseño que él propone podría proporcionar la fricción necesaria para frenar la hipotética nave espacial lo suficiente como para orbitar, y no solamente sobrevolar, un expoplaneta. “Se puede frenar por fricción desde el medio interestelar”, apunta.

Para Gros, su hipotética misión finalmente obliga a la humanidad a considerar una cuestión metaética. El sistema ético más natural para nuestra especie es uno que nos coloca en el centro y así es como vivimos. Pero, ¿debemos seguir este imperativo el 100% del tiempo? Gros no lo cree así.

“Un sistema ético en el que está centrado en un 99 por ciento en la humanidad es suficiente para construir una civilización próspera, y el 1 por ciento restante nos permite seguir proyectos “no racionales” como el proyecto Génesis”, señala.

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Traducido y editado por Julio García

Referencia: http://www.sciencealert.com/scientist-plan-to-send-life-to-distant-exoplanets-breakthrough-starshot

 

 

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Grupo de físicos confirma la irreversibilidad termodinámica en sistemas cuánticos

Por primera vez, un grupo de físicos han realizado un experimento que confirmaría que que los procesos termodinámicos son irreversibles en un sistema cuántico, lo que significa que, aún a niveles cuánticos, no puedes poner un huevo roto de vuelta a su cascarón. Los resultados tienen implicaciones para comprender la termodinámica que se produce en los sistemas cuánticos y, a su vez, diseñar computadoras cuánticas y otras tecnologías de información cuántica.

Los físicos, Tiago Batalahao, de la Universidad Federal de ABC en Brasil, y sus coautores, han publicado su artículo sobre la demostración experimental de la irreversibilidad termodinámica cuántica en una reciente edición de la revista Physical Review Letters.

La irreversibilidad en el nivel cuántico puede parecer obvia para la mayoría de las personas porque coincide con nuestras observaciones del mundo cotidiano: macroscópico. Sin embargo, no es tan sencillo para los físicos porque las leyes microscópicas de la física, como la ecuación de Schordinger, son simétricas en el tiempo o irreversibles. En teoría, los procesos microscópicos hacia adelante o hacia atrás son indistinguibles.

En realidad, sin embargo, solo observamos procesos hacia adelante, no reversibles, como cáscaras de huevo rotas que se vuelven a juntar. Está claro que, a nivel macroscópico, las leyes van en contra de lo que observamos. Ahora el nuevo estudio muestra que las leyes no coinciden con lo que sucede a nivel cuántico, tampoco.

Observar procesos termodinámicos en un sistema cuántico es muy difícil y no se había hecho hasta ahora. En el experimento, los científicos midieron el cambio de entropía que ocurre cuando se aplica un campo magnético oscilante a átomos de carbono 13 en cloroformo líquido. Primero aplicaron un pulso de campo magnético que causa que que los giros nucleares de los átomos se volteen y luego aplicaron el pulso en reversa para hacer que los giros experimentaran la dinámica invertida.

Si el procedimiento fuera reversible, los giros habrían regresado a su punto de partida, pero no lo hicieron. Básicamente, los pulsos magnéticos hacia adelante y hacia atrás se aplicaron tan rápidamente que el giro de los giros no siempre se mantuvo, por lo que los giros se salieron de equilibrio. Las mediciones de los giros indicaron que la entropía estaba aumentando en los sistemas aislados, lo que mostraba que el proceso termodinámica cuántico era irreversible.

Al demostrar que la irreversibilidad termodinámica se produce incluso a nivel cuántico, los resultados revelan que la irreversibilidad termodinámica emerge también a una escala microscópica. Este hallazgo hace que la pregunta de por qué las leyes microscópicas de la física no coincidan con nuestras observaciones sea aún más apremiante. Si las leyes son realmente reversibles entonces ¿cuáles son los orígenes físicos de la producción de entropía asimétrica en el tiempo que observamos?

Los físicos explican que la respuesta a esta pregunta radica en la elección de las condiciones iniciales. Las leyes microscópicas permiten procesos reversibles solo porque comienzan con un “proceso de equilibrio genuino para el cual la producción de entropía desaparece en todo momento”, escriben los científicos en el artículo. La preparación del estado inicial ideal en un sistema físico es extremadamente complejo y los estados iniciales de todos los procesos observados no están en equilibrio genuino, por lo que conducen a procesos irreversibles.

“Nuestro experimento muestra la naturaleza irreversible de la dinámica cuántica, pero no identifica, experimentalmente, que lo causa a nivel microscópico, lo que determina el inicio de la flecha del tiempo”, dijo el coautor del estudio, Mauro Pateronostro, de la Queen´s University en Belfast, Reino Unido, en una entrevista para phys.org. “Abordarlo aclararía la razón última de su aparición”.

Los investigadores tienen esperanzas de aplicar la nueva comprensión de la termodinámica a nivel cuántico a las tecnologías cuánticas de alto rendimiento.

Cualquier progreso hacia la gestión de procesos termodinámicos de tiempo finito a nivel cuántico es un paso adelante hacia la realización de una termo máquina completa que pueda explotar las leyes de la mecánica cuántica para superar las limitaciones de rendimiento de los dispositivos clásicos.

Este trabajo muestra las implicaciones para la reversibilidad (o la falta de ella) de la dinámica cuántica no equilibrada. Una vez que la caractericemos podemos aprovecharla a nivel tecnológico.

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Traducido y editado por Julio García

Referencia: https://phys.org/news/2015-12-physicists-thermodynamic-irreversibility-quantum.html

Físicos exploran la posibilidad de vestigios de un universo previo al Big Bang

La Teoría del Big Bang es la más conocida y la más aceptada explicación para el principio y evolución del universo, pero los científicos todavía no están completamente seguros de ello.

El físico brasileño Juliano Cesar Neves es parte de un grupo de investigadores que se atreven a imaginar un origen diferente. En un estudio recientemente publicado en la revista Teoría General y Gravitación, Neves sugiere la eliminación de un elemento fundamental del modelo standard cosmológico: la necesidad de una singularidad del espacio-tiempo conocido como el Big Bang.

Al plantear esta posibilidad, Neves desafía la idea de que el tiempo tuvo un comienzo y reintroduce la posibilidad de que la actual expansión estuviera precedida por una contracción, “Yo creo que el Big Bang nunca sucedió”, afirma el físico, quien trabaja como investigador en el Instituto de Matemáticas, Estadística y Computación Científica de la Universidad de Campinas, en el estado de Sao Paulo, Brasil.

Para Neves, la etapa de expansión rápida espacio-temporal no excluye la posibilidad de una primera fase de contracción. Además, el cambio de contracción a expansión puede no haber destruido todos los vestigios de la fase anterior.

El artículo, que refleja el trabajo desarrollado bajo el Proyecto Temático “Física y geometría del espacio-tiempo”, considera las soluciones a las ecuaciones de la relatividad general que describen la geometría del cosmos y luego propone la introducción de un “factor de escala” que hace que la tasa en la cual el universo se expande no solo dependa del tiempo sino también de la “escala cosmológica”.

“Para medir la velocidad a la que el universo se está expandiendo con la cosmología estándar en la que hay un Big Bang, se usa una función matemática que depende solo del tiempo cosmológico”, dijo Neves, quién elaboró la idea con el profesor Alberto Vázquez.

Con el “factor de escala”, el Big Bang mismo, una singularidad cosmológica, deja de ser una condición necesaria para que el cosmos comience la expansión universal. Un concepto de las matemáticas que expresa indefinición, el término “singularidad”, fue utilizado por los cosmólogos para caracterizar el estado cosmológico primordial que existía hace 13,800 millones de años, cuando toda la materia y la energía estaba comprimida en un estado de densidad y temperatura infinitas, donde las leyes tradicionales de la física ya no se aplican.

La teoría del Big Bang tiene sus orígenes a finales de la década de 1920 cuando el astrónomo estadounidense Edwin Hubble descubrió que casi todas las galaxias se alejan unas de otras a velocidades cada vez más rápidas.

Desde la década de 1940 en adelante, los científicos guiados por la teoría general de la Relatividad de Einstein construyeron un modelo detallado de la evolución del universo desde el Big Bang. El modelo podría conducir a tres resultados posibles: la expansion infinita del universo a velocidades cada vez más altas; el estancamiento de la expansión de forma permanente; o un proceso invertido de retracción causado por la atracción gravitatoria ejercida por la masa del universo, conocida como Big Crunch.

“Eliminar la singularidad o el Big Bang trae de vuelta el universo que rebota en la etapa teórica de la cosmología. La ausencia de una singularidad al comienzo del espacio-tiempo abre la posibilidad de que los vestigios de una fase de contracción anterior puedan haber resistido el cambio de fase y aún así estar con nosotros en la expansión en curso del universo”, afirma Neves.

Neves conceptualiza que la “cosmología del rebote” tiene su origen en la hipótesis de que el Big Crunch cedería el paso de una sucesión eterna de universos, creando condiciones extremas de densidad y temperatura para instigar una nueva inversión en el proceso, dando paso a la expansión en otro rebote.

 

Vestigios de contracción.

Los agujero negros son el punto de partida de las investigaciones de Neves sobre un hipotético “universo de rebote”.

“¿Quién realmente sabe? puede haber restos de agujeros negros en la expansión en curso que datan de la fase de contracción anterior y pasaron intactos a través del cuello de botella producido por el rebote”, dice.

Consistente en el núcleo implosionado que queda después de la explosión de una estrella gigante, los agujeros negros son una especie de objeto cósmico cuyo núcleo se contrajo para formar una singularidad en el espacio-tiempo, un punto con densidad infinita y la fuente de atracción gravitatoria más fuerte jamás vista. Nada se puede escapar de esta atracción, ni siquiera la luz.

De acuerdo con Neves, un agujero negro no es definido por una singularidad, sino más bien por un horizonte de sucesos: una membrana que indica el punto de no retorno del que nada escapa al inexorable destino de ser devorado y destruido por la singularidad,
“Fuera del horizonte de sucesos de un agujero negro regular, no hay cambios importantes, pero dentro de él, los cambios son profundos. Hay un espacio-tiempo diferente que evita la formación de una singularidad”, afirma el investigador.

El factor de escala formulado por Neves y Saa estuvo inspirado por el físico de los Estados Unidos James Bardeen. En 1968, Bardeen utilizó un truco matemático para modificar la solución a las ecuaciones de la Teoría General de la Relatividad, la cual describe los agujeros negros.

El truco consistía en pensar en la masa del agujero negro no como una constante, como había sido el caso anterior, sino como una función que depende de la distancia al centro del agujero negro. Con este cambio, un agujero negro diferente, denominado agujero negro regular, emergió a la solución de las ecuaciones. “Se permiten los agujeros negros regulares, ya que no violan la Relatividad General. El concepto no es nuevo y ha sido revisado con frecuencia en las últimas décadas”, dice Neves.

Dado que la inserción de un truco matemático en las ecuaciones de la Relatividad General podría evitar la formación de singularidades en los agujeros negros regulares, Neves consideró crear un artificio similar para eliminar la singularidad en un rebote regular.

En la ciencia moderna, una teoría no tiene valor si no se puede verificar, por bella e inspiradora que sea. ¿Cómo se prueba la hipótesis de un Big Bang que no comenzó con una singularidad? Buscando rastros de los eventos en una fase de contracción que pueden haber permanecido un la fase de expansión en curso. Los candidatos incluyen remanentes de agujeros negros de una fase previa de contracción universal que puede haber sobrevivido al rebote.

 

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Traducido y editado por Julio García

Referencia: https://phys.org/news/2017-11-physicist-explores-possibility-vestiges-universe.html

 

 

 

 

La Tierra es bombardeada por mucha antimateria y nadie sabe por qué

Pulsar en la Nebulosa del Cangrejo (NASA)

Los rayos cósmicos que provienen del espacio profundo y que llegan a la Tierra son un puñado de partículas llamadas positrones.

Los astrónomos piensan que la Tierra es bañada por estos antielectrones (positrones) debido a la presencia de los llamados pulsares, pero no están tan seguros de que ésta sea la única fuente del origen de estas elusivas partículas. Un nuevo estudio publicado recientemente podría dar más luz al respecto.

Resulta que los rayos cósmicos son partículas increíblemente rápidas que se propagan por el espacio a muy altas energías. Los positrones forman tan solo una pequeña parte de estas super rápidas partículas, pero nadie sabe hasta ahora con certeza de qué están hechas ni cómo llegan a crearse.

Recientemente un equipo internacional de investigadores de varios países han logrado hacer mediciones de las partículas nombradas anteriormente gracias al Observatorio Cherenkov de Gran Altitud (HAWC, por sus siglas en inglés) que se encuentra en el Cerro La Negra en México, a tan solo unos cuantos kilómetros de la ciudad de Puebla. Los científicos tienen la hipótesis de que estas partículas son producidas por objetos muy poderosos llamados pulsares.

Los pulsares son estrellas de neutrones que emiten pulsos de luz y partículas cargadas eléctricamente que luego son expelidas al espacio a la velocidad de la luz y que generan campos magnéticos muy poderosos. Obtienen el nombre de pulsares por el haz de partículas que generan en forma de círculo y que, conforme la estrella rota, es visto desde la Tierra como pulsos de luz que se emiten de forma muy rápida.

A medida que el haz de luz de un pulsar choca con el polvo y los gases circundantes, estos gases y polvo actúan como un gran acelerador de partículas, haciendo chocar partículas y produciendo nueva materia a partir de la energía generada.

En medio de esta carnicería, pueden surgir partículas como electrones y, por supuesto, también antielectrones, que son partículas como los electrones pero con diferente carga eléctrica a los que también se les llama positrones. Estos choques generan antimateria que rápidamente es eliminada por las ondas de choque producidas por las colisiones.

Al menos esta es la teoría que se tiene respecto a todo esto.

Por otro lado, cuando recientemente el observatorio HAWC detectó un par de candidatos perfectos de pulsares a algunos años cientos de años luz de distancia, con la finalidad de detectar sus energéticos positrones, pareció una excelente oportunidad para poner a prueba la hipótesis a la que nos hemos referido anteriormente.

“Los detectores del observatorio HAWC grabaron radiación de rayos gamma producida por una gran población de electrones que a su vez fueron producidos por pulsares que aceleraron estas partículas a muy alta energías”, comentó Francisco Salesa Greus de la Academia de Ciencias de Polonia.

“La pregunta fundamental es: ¿hay suficiente de estos electrones que sean capaces de interactuar para producir el número correcto de positrones?

La respuesta es no.

Después de 17 meses recabando información y posteriormente analizándola profundamente, los investigadores encontraron que los pulsares fueron responsables de algo de la energía extra de los positrones, pero la cantidad de datos no explica en su totalidad a todos ellos.

“Dado que las altas energías que generan los pulsares sigue siendo baja y modesta, otras explicaciones se vuelven más probables”, afirma Sabrina Casanova, del Instituto de Física Nuclear de la Academia polaca de Ciencias.

Una de estas explicaciones que se tienen es el decaimiento de partículas masivas de materia oscura.

La materia oscura produce un cuarto de toda la materia que hay en el universo, junto con la energía oscura y la materia visible. Comprenderla es uno de los grandes retos de la física contemporánea.

El misterio tanto de la materia oscura como de los rápidos positrones a los que nos hemos referido ya en este artículo, son tan solo una parte del rompecabezas que se tiene que armar para adquirir una comprensión más profunda del universo y ahora solamente queda esperar y seguir observando.

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Traducido y editado por Julio García

Referencia: http://www.sciencealert.com/pulsars-fail-to-explain-extra-cosmic-ray-positrons

Descubren planeta como la Tierra pero 17 veces más grande

Un grupo de científicos han descubierto el “Godzilla de la Tierra”: un nuevo tipo de inmenso y rocoso mundo alienígena que se encuentra a 560 años luz de nuestro planeta.

Kepler-10c, como ha sido bautizado, pesa 17 veces más que la Tierra y gira entorno a una estrella como el Sol en la constelación de Draco.

Pese al descubrimiento, los científicos todavía no están seguros de que el planeta encontrado pueda realmente existir. Esto se debe a que a que planetas del tamaño de Kepler-10c deberían ser gaseosos y tener la “habilidad” de ir recolectando hidrógeno para convertirse en planetas como Júpiter que están formados mayoritariamente por gas. Lo curioso de todo esto es que los científicos sí han comprobado que este planeta es rocoso pese a ser tan grande.

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Hay que decir también que el super-planeta orbita su estrella cada 45 días y probablemente esté tan cerca del astro que lo hospeda que esto hace imposible que exista vida tal y como la conocemos. Otro dato interesante es que no se encuentra solo: junto a él órbita otro planeta, Kepler-10, que tiene 3 veces el tamaño de la Tierra.

Para confirmar que el planeta realmente es rocoso y no gaseoso, el astrónomo Xavier Dumusque y su equipo utilizaron el Telescopio Nacional Galileo que se encuentra en las islas Canarias, todo esto con la finalidad de medir con mucha precisión la masa del planeta.

Los científicos también creen que el sistema Kepler-10c es bastante viejo y probablemente se formó tan solo 3,000 millones de años después del Big Bang, lo que indicaría que los planetas rocosos se formaron mucho antes de lo esperado y abre la posibilidad de que también pueda existir vida en ellos.

También es posible que los cazadores de exoplanetas encuentren más planetas parecidos a la Tierra en la medida en que observan y estudian el universo a través de instrumentos ópticos y no ópticos cada vez más potentes.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Space.com