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La variación de la constante velocidad de la luz explica dos fenómenos físicos 'imposibles'

Una nueva teoría parece explicar tanto las enigmáticas anomalías del sobrevuelo como el impulso generado por un EmDrive, aunque para ello depende de dos suposiciones físicas muy arriesgadas

Hace unos diez años, un ingeniero aeroespacial poco conocido llamado Roger Shawyer hizo una extraordinaria afirmación. Al hacer rebotar microondas dentro de un cono truncado, el resultado será un impulso hacia el lado estrecho del cono. Y, ¡voilá! Un propulsor revolucionario capaz de enviar naves espaciales a otros planetas y más allá. Shawyer lo denominó EmDrive (o propulsor de cavidad resonante RF).

El anuncio de Shawyer resultó altamente polémico. El sistema convierte un tipo de energía en energía cinética, y existen bastantes sistemas más que hacen algo parecido. En ese sentido, es bastante poco sorprendente.

Los problemas conceptuales surgen con el impulso. El impulso total del sistema aumenta a medida que empieza a desplazarse. Pero, ¿de dónde surge este impulso? Shawyer no ofrecía ningúna explicación convincente, y los críticos aseguraban que su idea violaba la ley de conservación del movimiento lineal.

Shawyer contestó con unos resultados experimentales que demostraban que el dispositivo funcionaba tal y como afirmaba. Pero sus críticos no se dejaron impresionar. El EmDrive, dijeron, era el equivalente a generar un impulso al quedarse de pie dentro de una caja y empujar contra los laterales. En otras palabras, era el equivalente físico del timo del aceite de serpiente que lo curaba todo.

Desde entonces, ha sucedido algo interesante. Varios equipos de todo el mundo han empezado a desarrollar y probar sus propias versiones del EmDrive. Y para sorpresa de todos, han empezado a replicar los resultados de Shawyer. El EmDrive, según parece, efectivamente genera un impulso.

En 2012, un equipo chino afirmó haber medido el impulso generado por su propia versión del EmDrive. En 2014, un científico estadounidense desarrolló un EmDrive y convenció a la NASA para que lo probara, con resultados positivos.

Y el año pasado, la NASA realizó sus propias pruebas en vacío para descartar el movimiento del aire como el origen de la fuerza. La NASA también confirmó que el EmDrive genera un impulso. En total, seis experimentos independientes han apoyado la afirmación inicial de Shawyer.

Esto nos deja una importante duda: ¿Cómo se explica entonces la aparente violación de la ley de conservación del movimiento lineal?

Hoy recibimos una especie de respuesta gracias al trabajo de Mike McCulloch de la Universidad de Plymouth (Reino Unido). La explicación de McCulloch se basa en una nueva teoría de inercia que hace unas soprendentes predicciones acerca de la manera en la que los objetos se desplazarán bajo unas aceleraciones muy pequeñas.

Primero, unos antecedentes. La inercia es la resistencia de todos los objetos masivos a los cambios de movimiento y a las aceleraciones. En la física moderna, la inercia es tratada como una propiedad fundamental de los objetos masivos sujetos a una aceleración. De hecho, la masa puede considerarse como una medida de la inercia. Pero por qué existe la inercia ha intrigado a los científicos durante siglos.

La idea de McCulloch es que la inercia surge de un efecto predicho por la relatividad general llamado efecto o radiación Unruh. Es la noción de que un objeto en aceleración carece de radiación de cuerpo negro. En otras palabras, el universo se calienta al acelerarse.

Según McCulloch, la inercia es simplemente la presión que ejerce la radiación Unruh sobre un cuerpo acelerado.

Dadas las aceleraciones que observamos normalmente en la Tierra, su afirmación resulta difícil de probar. Pero la cosa se vuelve más interesante cuando las aceleraciones son más pequeñas y la longitud de onda de la radiación Unruh se agranda.

Bajo aceleraciones diminutas, las longitudes de onda crecen tanto que ya no caben dentro del universo observable. Cuando sucede esto, la inercia sólo puede soportar determinados valores enteros de longitud de onda por lo que va saltando entre un valor y el siguiente. En otras palabras, la inercia ha de ser cuantificada para las aceleraciones pequeñas.

McCulloch afirma que existen pruebas observacionales de esto en forma de la famosa anomalía de sobrevuelo. Se trata de unos extraños saltos de movimiento observados en algunas naves espaciales a su paso por la Tierra de camino a otros planetas. Eso es exactamente lo que predice su teoría.

Probar este efecto en la Tierra de forma más cuidadosa resulta complicado debido al tamaño tan pequeño de las aceleraciones. Pero una manera de facilitarlo sería reducir el tamaño de las longitudes de onda permitidas de la radiación Unruh. "Puede que esto sea lo que hace el EmDrive", según McCulloch.

La idea consiste en que si los fotones disponen de una masa inercial, deben experimentar la inercia al reflejarse. Pero la radiación Unruh en este caso es diminuta. De hecho es tan diminuta que puede interactuar con su entorno inmediato. En el caso del EmDrive, esto es el cono truncado.

El cono permite una radiación Unruh de determinado tamaño en el lado más grande pero sólo una longitud de onda más pequeña en el otro lado. Así que la inercia de los fotones dentro de la cavidad debe cambiar al rebotar contra el cono. Y para conservar el movimiento, esto ha de generar un impulso.

McCulloch pone esta teoría a prueba al utilizarla para predecir las fuerzas que debe generar. Los cálulos precisos son muy complejos por la naturaleza tridimensional del problema, pero sus resultados aproximados concuerdan con la orden de magnitud del impulso en todos los experimentos realizados hasta la fecha.

De forma crucial, la teoría de McCulloch realiza dos predicciones comprobables. La primera es que colocar un dieléctrico dentro de la cavidad debería aumentar la eficacia del propulsor.

El segundo es que cambiar las dimensiones de la cavidad puede revertir la dirección del impulso. Eso sucedería cuando la radiación Unruh concuerde mejor con el lado estrecho que con el lado grande. Cambiar la frecuencia de los fotones dentro de la cavidad podría lograr un efecto similar.

McCulloch asegura que existen pruebas de que esto es precisamente lo que sucede. "Este empuje inverso puede haberse observado en los recientes experimentos de la NASA", afirma.

Es una idea interesante. El EmDrive de Shawyer tiene el potencial de revolucionar los vuelos espaciales porque no requiere carburante, el mayor factor limitante de los sistemas actuales de propulsión. Pero en ausencia de cualquier explicación convincente de cómo funciona, los científicos e ingenieros se sienten comprensiblemente recelosos.

La teoría de McCulloch podría ayudar a cambiar eso, aunque dista mucho de representar una idea establecida. Realiza dos suposiciones difíciles. La primera es que los fotones disponen de masa inercial. La segunda es que la velocidad de la luz ha de cambiar dentro de la cavidad. Eso no resultará fácil de digerir para muchos teóricos.

Pero, según van surgiendo más confirmaciones experimentales del EmDrive de Shawyer, los teóricos se están viendo en una posición cada vez más complicada. Si las explicaciones de McCulloch no sirven, ¿entonces qué? 

Ref: arxiv.org/abs/1604.03449 : Testing Quantized Inertia on the EmDrive

Proponen la existencia e interacción de universos paralelos

Académicos de la Universidad Griffith desafían los fundamentos de la ciencia cuántica con una nueva teoría radical basada en la existencia e interacción de universos paralelos. 

universos paralelosEn un artículo publicado en la revista Physical Review X, el profesor Howard Wiseman (en la imagen) y el doctor Michael Hall del Centro Griffith de Dinámica Cuántica, y el doctor Dirk-Andre Deckert de la Universidad de California, sacan la interacción de mundos paralelos del reino de la ciencia ficción y la incluyen en el del rigor científico.

El equipo propone que realmente existen universos paralelos, y que interactúan. Es decir, en lugar de la evolución de forma independiente, mundos cercanos se influyen entre sí por una fuerza sutil de repulsión. Ellos muestran que tal interacción podría explicar todo lo que es extraño acerca de la mecánica cuántica.

Se necesita la teoría cuántica para explicar cómo funciona el universo en la escala microscópica, y se cree que se aplica a toda la materia. Pero es muy difícil de comprender, exhibiendo fenómenos extraños que parecen violar las leyes de causa y efecto.

Como el físico teórico americano eminente Richard Feynman observó una vez: "Creo que puedo decir con seguridad que nadie entiende la mecánica cuántica".

UN ENFOQUE DIFERENTE

Sin embargo, el enfoque de "Muchos Mundos Interactuando", desarrollado en la Universidad de Griffith ofrece una perspectiva nueva y atrevida en este campo desconcertante.

"La idea de universos paralelos en la mecánica cuántica surgió alrededor desde 1957," dice el profesor Wiseman. "En la conocida interpretación de los Universos paralelos, cada uns de las ramas universo se traduce en un montón de nuevos universos cada vez que se hace una medición cuántica. Todas las posibilidades llegan a realizarse, en algunos universos un asteroide mató a los dinosaurios de la Tierra, y en otros Australia fue colonizada por los portugueses.

"Pero los críticos cuestionan la realidad de estos otros universos, ya que no influyen en nuestro universo en absoluto. En nuestra partitura 'Muchos mundos interactuando', el enfoque es completamente diferente, como su nombre lo indica"

El profesor Wiseman y sus colegas proponen que el universo que experimentamos es sólo uno de un número gigantesco de mundos. Algunos son casi idénticos al nuestro mientras que la mayoría son muy diferentes. Todos estos mundos son igualmente reales, existiendo continuamente a través del tiempo, y poseen propiedades que se definen con precisión.

Asimismo, todos los fenómenos cuánticos surgen de una fuerza universal de repulsión entre los mundos 'cercanos' (es decir, similares) que tiende a hacerlos más distintos.

PRUEBAS DE LA EXISTENCIA DE OTROS UNIVERSOS

Hall dice que esta teoría puede incluso crear la extraordinaria posibilidad de hallar pruebas de la existencia de otros mundos. "La belleza de nuestro enfoque es que, si hay un solo mundo, nuestra teoría se reduce a la mecánica newtoniana, mientras que si hay un número gigantesco de mundos reproduce la mecánica cuántica", dice.

"Se predice algo nuevo que no es la teoría de Newton, ni tampoco la teoría cuántica. También creemos que, en el suministro de una nueva imagen mental de los efectos cuánticos, será útil en los experimentos de planificación para probar y explotar los fenómenos cuánticos."

La capacidad a la aproximación de la evolución cuántica utilizando un número finito de mundos podría tener ramificaciones significativas en la dinámica molecular, lo cual es importante para la comprensión de las reacciones químicas y la acción de los fármacos.

Fuente: Europapress

La teoría de cuerdas o teoría M

La Teoría M es una teoría física, propuesta como una "teoría del todo" que unifique las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. La teoría M fue esboza inicialmente por Edward Witten, su propuesta combinaba las cinco teorías de supercuerdas y supergravedad en once dimensiones. Tiene su origen en la teoría de las cuerdas, según la cual todas las partículas son, en realidad, diminutas cuerdas que vibran a cierta frecuencia. Según esta propuesta, las partículas son cuerdas vibrando a cierta frecuencia en un espacio-tiempo que requiere al menos diez dimensiones.

Esta teoría sigue siendo una propuesta de trabajo y si bien tiene amplio apoyo, no es una teoría con aceptación universal, ya que no existen pruebas empíricas en su favor, siendo difícil de verificar dadas las energías requeridas para verificar los detalles. Además la teoría contiene algunos problemas matemáticos no resueltos, y sólo conjeturados de manera aproximada.

Parte 1: 

 Parte 2:

Las partículas cuánticas están vinculadas más allá del espacio-tiempo

En el universo todo podría estar influenciado por todo, señalan nuevos resultados teóricos

Partículas espacio-ttiempoUno de los fenómenos más sorprendentes de las partículas subatómicas es que, según las leyes de la física cuántica, se pueden relacionar entre ellas a distancia de manera instantánea o a velocidades superiores a la de la luz. De hecho, existen modelos que explican esta relación a partir de señales que se propagan a velocidades supralumínicas. Un nuevo estudio realizado por un equipo internacional de investigadores ha demostrado que estos modelos son posibles sólo si la velocidad de estas señales es infinita, lo que supone que, en el universo, todo estaría influenciado por todo de manera instantánea, y se perdería la noción de espacio-tiempo. Esta fascinante sugerencia, sin embargo, podría ser desbancada por otros modelos teóricos y debe ser testeada por futuros experimentos, para los que la tecnología aún no está preparada, afirman los científicos.

Bibliografía:

J-D. Bancal, S. Pironio, A. Acín, Y-C. Liang, V. Scarani y N. Gisin, Quantum non-locality based on finite-speed causal influences leads to superluminal signalling. Nature Physics, DOI: 10.1038/NPHYS2460 (2012).

Artículo original: http://www.tendencias21.net/Demuestran-que-las-particulas-cuanticas-estan-vinculadas-mas-alla-del-espacio-tiempo_a14031.html

Fuente: Tendencias21 por Yaiza Martínez.

 

Las leyes de la física cambian según el lugar del universo

Científicos descubren que las “constantes” de la naturaleza no son tan constantes; las leyes naturales podrían estar evolucionando a través de una interacción de sistemas: el universo podría hacerse a la medida.

universe

Nuestro universo parece estar ajustado de manera precisa para propiciar nuesta existencia. Nueva evidencia muestra que las leyes de la física varían según el lugar del cosmos y lo hacen de forma tal que parece beneficiar a la evolución. Cuando las mismas ‘constantes’ de la naturaleza exhiben cambios, es hora de recordar la sabiduría milenaria del I-Ching o Libro de las Mutaciones: “Lo único que no cambia es el cambio”.

En un artículo presentado en la revista Physical Review Letters, un equipo de astrofísicos de la Universidad de Cambridge y de las Universidades de Nueva Gales del Sur (UNSW) y de Swinburne, en Australia, afirma que ha descubierto que una de las supuestas constantes fundamentales de la naturaleza parece no ser realmente constante. Se trataría de la llamada “constante de estructura fina”, que caracteriza la fuerza de la interacción electromagnética o interacción entre partículas con carga eléctrica (básicamente la fuerza de interacción entre la luz y la materia). Esta constante suele ser representada por la letra griega “a” (alfa)

Los datos obtenidos analizando luz procedente de cuasares, galaxias distantes de núcleos extremadamente energéticos, sugiere que el valor de la constate alfa había sido ligeramente menor cuando la luz de los cuásares fue emitida, hace 12 mil millones de años, que cuando fue registrada en los laboratorios terrestres.

Aún más sorprendente es que la constante parece tener una orientación, creando una “dirección preferida”, o un eje a través del cosmos

Analizando más de 300 mediciones de luz alpha de diferentes puntos en el cielo se infiere que la variación no es azarosa sino estructurada. El universo parece tener un alpha grande de un lado y uno chico en otro.

La Tierra se encuntra más o menos en el medio de los extremos de alpha. Si crecieras la cantidad de Alpha en un 4%, por ejemplo, las estrellas no podrían prouducir carbón lo que haría nuestra bioquímica imposible.

“Si nuestros resultados son correctos, claramente necesitaríamos nuevas teorías físicas para describirlos de manera satisfactoria”, dice el físco John Webb de la Universidad de Swinburne.

Desde más de una década el biólogo inglés Rupert Sheldrake, uno de los científicos más brillantes de nuestra época, venía diciendo que es posible que las leyes del universo también evolucionen y no sean constantes:

“Desde el punto de vista de la resonancia mórfica, no hay necesiada de suponer que las leyes de la naturaleza hayan surgido en su forma actual desde el momento del Big Bang, como una especie de código napoleónico cósmico, o que existan en una dimensión metafísica más allá del tiempo y el espacio.

Antes de la aceptación general de la teoría del Big Bang, en los sesenta, las leyes eternas tenían cierto centido. Se pensaba que el universo era eterno y la evolución estaba restringida al reino de la biología.

Pero ahora vivimos en un universo radicalmente evolutivo. Si queremos mantener la idea de leyes naturales, podemos decir que mientras la naturaleza evoluciona, las leyes de la naturaleza evolucionan, al igual que las leyes humanas evolucionan con el tiempo.

"¿Pero entonces como serían recordadas y aplicadas las leyes naturales? La metáfora de las leyes es embarazosamente antropomórfica. Los hábitos son menos antropomórficos. Muchos organismos tienen hábitos, pero solo los humanos tienen leyes. Los hábitos de la naturaleza dependen de ser reforzados a través de una similitude no-local.

A través de la resonancia mórfica, los patrones de actividad de sistemas autoorganizados son influenciados por patrones similares en el pasado, dando a cada especie y a cada sistema autoorganizado una memoria colectiva".

Sheldrake nos introduce a la extraordinaria posibilidad de que la memoria del universo y los sistemas que lo forman sea la que vaya autorregulando las leyes por las que se rige el cosmos. Es posible que sea la información a la que acceden las estrellas y las galaxias la que determina su comportamiento.

De alguna forma cada parte del universo y cada especie del universo tiene sus propias leyes y su propia realidad, ya que estas son el resultado de su interacción: un espejo participante. La forma en la que nos habituamos al universo modifica el universo.

Fuente: NewScientist