UNA NUEVA TEORÍA DE LA GRAVEDAD PODRÍA EXPLICAR LOS EFECTOS ATRIBUIDOS A LA MATERIA OSCURA

Erik Verlinde. (Foto: NWO / Arie Wapenaar)

 

La gravedad emergente (o gravedad inducida), como se conoce a la nueva teoría, predice la misma desviación exacta de los movimientos cósmicos que normalmente se explica insertando a la materia oscura en el cálculo. El profesor Erik Verlinde, un experto reconocido en la teoría de cuerdas de la Universidad de Ámsterdam en los Países Bajos, ha ampliado sus conclusiones previas al respecto, en un nuevo estudio hecho público recientemente.

En 2010, Erik Verlinde sorprendió al mundo con una teoría de la gravedad completamente nueva. Según él, la gravedad no es una fuerza fundamental de la naturaleza, sino un fenómeno emergente. De la misma manera que la temperatura surge del movimiento de partículas microscópicas, la gravedad emergería de los cambios en elementos de información fundamentales, almacenados en la propia estructura del espacio-tiempo.

En su estudio inicial de 2010, Verlinde mostró cómo la famosa segunda ley de Newton, que describe cómo las manzanas caen de los árboles y los satélites se mantienen en órbita, puede ser derivada de estos bloques de construcción microscópicos subyacentes. Ampliando su trabajo anterior y otro hecho por otras personas, Verlinde muestra ahora cómo entender el curioso comportamiento de las estrellas en galaxias sin tener que añadir la extraña materia oscura.

Las regiones exteriores de las galaxias, como la de nuestra propia Vía Láctea, giran mucho más rápido alrededor de su centro de lo que deberían, teniendo en cuenta solo la cantidad de materia ordinaria presente, como estrellas, planetas y gases interestelares. Algo más tiene que producir la cantidad necesaria de fuerza gravitatoria, y así fue como entró en escena la materia oscura. Esta parece dominar nuestro universo: más del 80 por ciento de toda la materia debe tener esa naturaleza oscura. Hasta la fecha, jamás se han observado las supuestas partículas de materia oscura, a pesar de los múltiples esfuerzos por detectarlas.

Según Verlinde, no existe ninguna necesidad de añadir una misteriosa partícula de materia oscura a la teoría. En su nuevo estudio, explica cómo su teoría de la gravedad predice de forma precisa las velocidades bajo las cuales las estrellas giran alrededor del centro de la Vía Láctea, así como el movimiento de las estrellas dentro de otras galaxias.

El tiempo dirá si la teoría de Verlinde es solo una ingeniosa explicación alternativa a la realidad de la materia oscura, o si, sorprendentemente, esta no existe y lo que propone el científico representa una revolución de la física tan radical como lo fueron en su día la entrada en escena de la relatividad de Einstein o la mecánica cuántica de Max Planck.

Fuente: http://noticiasdelaciencia.com/not/22058/una-nueva-teoria-de-la-gravedad-podria-explicar-los-efectos-atribuidos-a-la-materia-oscura/

¿LA MATERIA OSCURA ES LA CULPABLE INDIRECTA DE LAS EXTINCIONES MASIVAS EN LA TIERRA?

Uno de los mayores enigmas de la física actual es el de la materia oscura. Esta constituye una clase desconocida de materia, que nadie ha podido detectar directamente todavía, y que pasa del todo desapercibida excepto por su influencia gravitacional. Los científicos llegaron a la conclusión años atrás de que por todo el universo hay materia extra y oculta, distribuida de un modo que tampoco se corresponde con la simple presencia de agujeros negros convencionales. Esa materia extra, a la que se denominó “oscura”, sería la responsable de algunas cosas buenas, como por ejemplo que las galaxias no se fragmenten en tiras cuando giran sobre sí mismas. Pero también podría tener efectos catastróficos en otras situaciones, como ahora plantea una nueva hipótesis.

Un estudio conducido por Michael Rampino, profesor en la Universidad de Nueva York en Estados Unidos, ha llevado a la conclusión de que la ruta larguísima pero predecible de nuestro sistema solar alrededor y a través del disco de la galaxia podría tener un efecto directo y notable sobre fenómenos geológicos y biológicos que suceden en la Tierra.

Específicamente, esa ruta cósmica podría pasar por zonas con una mayor presencia de materia oscura, de tal modo que esta podría perturbar las órbitas de bastantes cometas y otros astros de nuestro sistema solar con órbitas fácilmente influenciables, llevando a alguno a colisionar contra la Tierra. E incluso esa materia oscura extra podría actuar directamente en el núcleo de nuestro planeta, calentándolo más de lo normal. Ambas situaciones tendrían consecuencias violentas y podrían estar conectadas con extinciones masivas.

El disco galáctico es la región de nuestra galaxia la Vía Láctea donde reside nuestro sistema solar. El disco está lleno de estrellas y nubes de gas y polvo, y contiene también concentraciones de la esquiva materia oscura.

Estudios anteriores muestran que el Sol, la Tierra y los demás astros de nuestro sistema solar giran alrededor del centro de la galaxia dando una vuelta entera una vez cada 250 millones de años. Esa ruta de nuestro sistema solar alrededor de la región central de la Vía Láctea lo lleva a cruzar por regiones más densas del disco una vez cada 30 millones de años aproximadamente. Analizando el patrón de las zambullidas de nuestro sistema solar en dichas regiones, Rampino ha visto lo que considera claros indicios de que esas inmersiones están correlacionadas con épocas de impactos de cometas contra nuestro mundo y extinciones masivas de vida en él. La famosa colisión cometaria de hace 66 millones de años que provocó la extinción de los dinosaurios es solo un ejemplo.

Sector de la Vía Láctea visto desde una órbita baja alrededor de la Tierra a bordo de la lanzadera espacial Discovery el 18 de abril de 2010. (Foto: NASA)

¿Qué ocasiona esta correlación de las zambullidas de la Tierra en esas regiones galácticas con los impactos y extinciones que parecen seguirlas?

Según Rampino, al viajar a través de esas regiones más densas, la materia oscura concentrada ahí perturba las rutas de los cometas que normalmente orbitan lejos de la Tierra, en los confines del sistema solar. Esto significa que los cometas que normalmente se mantendrían a gran distancia de la Tierra adoptan en cambio trayectorias inusuales, haciendo que algunos de ellos acaben colisionando con nuestro planeta.

Pero en la hipótesis defendida por Rampino, aún es más destacable la intrigante posibilidad de que, con cada zambullida en las regiones galácticas densas, una cantidad importante de materia oscura pueda aparentemente acumularse dentro del núcleo de la Tierra. Según esta hipótesis, las partículas de materia oscura se acaban aniquilando entre sí, produciendo con ello un considerable calor. Este calor extra podría desencadenar sucesos como un aumento de las erupciones volcánicas, la formación de montañas, inversiones del campo magnético del planeta, y cambios considerables en el nivel del mar, eventos que también parecen mostrar picos cada 30 millones de años aproximadamente. Rampino sugiere por tanto que los fenómenos astrofísicos derivados del tortuoso camino de la Tierra alrededor del centro de la galaxia, y la consecuente acumulación de materia oscura en el interior del planeta, pueden resultar en cambios dramáticos en la actividad geológica y biológica de la Tierra.

Fuente: http://noticiasdelaciencia.com/not/12928/-la-materia-oscura-es-la-culpable-indirecta-de-las-extinciones-masivas-en-la-tierra-/

LA CIENCIA DE LA COMPLEJIDAD

Ilya Prigogine 

http://www.geocities.com/ResearchTriangle/Forum/7053/capitulos/capitulo28.html

El premio Nobel belga Ilya Prigogine nos ofrece una sorprendente síntesis de las ideas de orden y caos, azar y necesidad, y de cómo se relacionan con la causación. 

El doctor Ilya Prigogine y sus colaboradores de la Universidad Libre de Bruselas y de la Universidad de Texas, en Austin, han asestado un duro golpe a las presunciones de la Segunda Ola al mostrar cómo estructuras químicas y de otro tipo pasan a estadios más elevados de diferenciación y complejidad mediante una combinación de azar y necesidad. Fue por esto por lo que se le concedió a Prigogine el Premio Nobel 

Nacido en Moscú, llevado de niño a Bélgica y fascinado desde su juventud por los problemas del tiempo, Prigogine se sintió desconcertado por una aparente contradicción. Estaba, por una parte, la creencia del físico en la entropía, según la cual el Universo camina a la destrucción y que todas las pautas organizadas deben acabar desapareciendo. Por otra, estaba el reconocimiento del biólogo de que la vida misma es organización y de que continuamente estamos creando organizaciones cada vez más elevadas y complejas. La entropía apuntaba en una dirección; la evolución en otra. 

Esto llevó a Prigogine a preguntar cómo surgen formas superiores de organización, y a largos años de búsqueda en el campo de la química y en el de la física para encontrar la respuesta. 

Hoy, Prigogine señala que en cualquier sistema complejo, desde las moléculas de un líquido hasta las neuronas de un cerebro o el tráfico de una ciudad, las partes del sistema están siempre experimentando cambios en pequeña escala, están en constante flujo. El interior de cualquier sistema se halla estremecido de fluctuaciones. 

A veces, cuando entra en juego la realimentación negativa, estas fluctuaciones quedan amortiguadas o suprimidas, y mantenido el equilibrio del sistema. Pero cuando funciona la realimentación amplificadora o positiva, algunas de estas fluctuaciones pueden resultar tremendamente magnificadas..., hasta el punto de verse amenazado el equilibrio de todo el sistema. Las fluctuaciones que surgen en el entorno exterior pueden actuar en este momento y ampliar más la creciente vibración..., hasta que el equilibrio de todo queda destruido y resulta destrozada la estructura existente. 

Ya sea a consecuencia de desbocadas fluctuaciones internas o de fuerzas externas, o de ambas, esta quiebra del viejo equilibrio no termina muchas veces en caos o destrucción, sino en la creación de una estructura totalmente nueva en un nivel superior. Esta nueva estructura puede ser más diferenciada, internamente interactiva y compleja que la antigua, y necesita más energía y materia (y, quizás, información y otros recursos) para sostenerse. Refiriéndose principalmente a reacciones físicas y químicas, pero llamando ocasionalmente la atención sobre fenómenos sociales análogos, Prigogine denomina a estos sistemas nuevos y más complejos, ¿estructuras disipadoras?

Sugiere que se puede considerar la evolución misma como un proceso que conduce hacia organismos biológicos y sociales crecientemente complejos y diversificados a través del nacimiento de nuevas estructuras disipadoras de orden superior. Así, Prigogine, cuyas ideas tienen resonancias políticas y filosóficas, además de un significado puramente científico, desarrollamos ¿orden a partir de la fluctuación? o, como expresa el título de una de sus conferencias, ¿orden a partir del caos?

Pero esta evolución no puede planearse o predeterminarse de un modo mecanicista. Hasta la formulación de la teoría de los cuantos, muchos destacados pensadores de la Segunda Ola creían que el azar desempeñaba un escaso o nulo papel en el cambio. Las condiciones iniciales de un proceso predeterminaban su resultado. Hoy, en la física subatómica, por ejemplo, está generalizada la opinión de que el azar es lo que domina en el cambio. En los últimos años, muchos científicos, como Jacques Monod en Biología, Walter Buckley en Sociología, o Maruyama en Epistemología y Cibernética, han empezado a fusionar estos opuestos. 

La obra de Prigogine no sólo combina el azar y la necesidad, sino que especifica realmente sus mutuas relaciones. En resumen, sugiere que en el preciso momento en que una estructura ¿salta? a un nuevo estado de complejidad, es imposible, en la práctica e incluso en el terreno de los principios, predecir cuál de muchas formas va a adoptar (1). Pero, una vez elegido un camino, una vez que ha nacido la nueva estructura, vuelve a dominar el determinismo.

En un sugestivo ejemplo, Prigogine describe cómo crean las termitas sus altamente estructuradas madrigueras a partir de una actividad aparentemente desprovista de toda estructuración. Empiezan moviéndose en una superficie de forma casual, desorganizada, deteniéndose acá y allá para depositar sus secreciones. Estos depósitos quedan distribuidos al azar, pero la sustancia contiene un atrayente químico que impele a otras termitas a acudir. 

De esta manera, las secreciones comienzan a acumularse en unos cuantos lugares y van formando gradualmente una columna o una pared, Si estas construcciones están aisladas, el trabajo se detiene. Pero si están próximas una de otra, resulta un arco, que se convierte luego en la base de una compleja arquitectura de la madriguera. Lo que empieza con una actividad casual acaba por convertirse en estructuras sumamente refinadas y organizadas. Vemos ¿como dice Prigogine? ¿la espontanea formación de estructuras coherentes?. El orden surgido del caos. 

Todo esto ataca a la vieja causalidad. Prigogine lo resume del modo siguiente: ¿Las leyes de la estricta causalidad se nos aparecen hoy como situaciones limitativas, aplicables a cosas altamente idealizados, casi como caricaturas de la descripción del cambio... La ciencia de la complejidad... conduce a una concepción completamente diferente? 

En lugar de permanecer apresados en un universo cerrado que funciona como un reloj mecánico, nos encontramos en un sistema mucho más flexible en el que ¿como dice Prigogine? ?siempre existe la posibilidad de que alguna inestabilidad conduzca a algún nuevo mecanismo. Tenemos realmente un ¿universo abierto? 

(1) Presumiblemente, esto es válido para el paso de la civilización de la Segunda Ola a la de la Tercera Ola, así como para las reaccionen químicas. 

La superideología de la civilización de la Segunda Ola que ahora se está desmoronando quedó reflejada en la forma en que el industrialismo organizó al mundo. La imagen de una Naturaleza basada en partículas discontinuas plasmó en la idea de naciones-Estado soberanas y discontinuas. Hoy, al compás que cambia nuestra imagen de la Naturaleza y la materia se está transformando también la nación-Estado, lo cual constituye un nuevo paso en el camino hacia una civilización de la Tercera Ola. 

(Editado del libro de Alvin y Heidi Toffler, La Tercera Ola)

Fuente: http://www.antroposmoderno.com/antro-version-imprimir.php?id_articulo=486

ILYA PRIGOGINE - EL DESORDEN CREADOR

Publicado, 31 de octubre de 2007 por Isaías Garde ·

Archivado en Ciencia y tecnología, Prigogine Ilya

Las opiniones sobre la noción de tiempo son, frecuentemente, variadas y contradictorias. Un físico dirá que ha sido introducida por Newton y que el problema que esa noción plantea ha sido globalmente resuelto. Los filósofos piensan de manera muy diferente: relacionan el tiempo con otras nociones, como el devenir y la irreversibilidad. Para ellos, el tiempo sigue siendo una interrogación fundamental. Me parece que esta divergencia de puntos de vista es la cesura más neta dentro de la tradición intelectual occidental. Por un lado, el pensamiento occidental ha dado nacimiento a la ciencia y, por consiguiente, al determinismo; por otro lado, este mismo pensamiento ha aportado el humanismo, que nos remite, más bien, hacia las ideas de responsabilidad y creatividad.

Filósofos como Bergson o Heidegger han planteado que el tiempo no incumbe a la física, sino a la metafísica. Para ellos, el tiempo pertenece claramente a un registro diferente, sobre el que la ciencia no tiene nada que decir. Pero estos pensadores disponían de menos herramientas teóricas de las que tenemos hoy.

Personalmente, considero que el tiempo brota de lo complejo. Un ladrillo del paleolítico y un ladrillo del siglo XIX son idénticos, pero las edificaciones de las que formaban parte no tienen nada en común: para ver aparecer el tiempo hay que tomar en consideración el todo.

El no-equilibrio, fuente de estructura

Los trabajos que he realizado hace una treintena de años han demostrado que el no-equilibrio es generador de tiempo, de irreversibilidad y construcción. Hasta entonces, durante el siglo XIX y gran parte del XX, los científicos se habían interesado, sobre todo, en los estados de equilibrio. Después han comenzado ha estudiar los estados cercanos al equilibrio. Así, han evidenciado el hecho de que, desde el momento en que se produce un pequeño alejamiento del equilibrio termodinámico, se observa la coexistencia de fenómenos de orden y fenómenos de desorden. No se puede, por tanto, identificar irreversibilidad y desorden.

El alejamiento del equilibrio nos reserva sorpresas. Nos damos cuenta de que no se puede prolongar lo que hemos aprendido en estado de equilibrio. Descubrimos nuevas situaciones, a veces más organizadas que cuando hay equilibrio: se trata de lo que yo llamo puntos de bifurcación (1), soluciones a ecuaciones no lineales. Una ecuación no lineal admite frecuentemente varias soluciones: el equilibrio o la proximidad al equilibrio constituye una solución de esa ecuación, pero no es la única solución.

Así, el no-equilibrio es creador de estructuras, llamadas dísipativas porque sólo existen lejos del equilibrio y reclaman para sobrevivir una cierta disipación de energía y, por tanto, el mantenimiento de una interacción con el mundo exterior. Al igual que una ciudad que solamente existe en cuanto que funciona y mantiene intercambios con el exterior, la estructura disipativa desaparece cuando deja de ser "alimentada".

Ha sido muy sorprendente descubrir que, lejos del equilibrio, la materia tiene propiedades nuevas. También asombra la variedad de los comportamientos posibles. Las reacciones químicas oscilantes son una buena muestra de ello. Por ejemplo, el no-equilibrio conduce, entre otras cosas, a fenómenos ondulatorios, en los que lo maravilloso es que están gobernados por leyes extremadamente coherentes. Estas reacciones no son patrimonio exclusivo de la Química: la hidrodinámica o la óptica tienen sus propias particularidades.

En el equilibrio, la materia es ciega; lejos del equilibrio la materia ve

Finalmente, las situaciones cercanas al equilibrio están caracterizadas por un mínimo de alguna cosa (energía, entropía, etc.), al que una reacción de pequeña amplitud las hace retornar si se alejan un poco de él. Lejos del equilibrio, no hay valores extremos. Las fluctuaciones ya no son amortiguadas. En consecuencia, las reacciones observadas lejos del equilibrio se distinguen con más nitidez, y por tanto, son mucho más interesantes. En el equilibrio, la materia es ciega, mientras que lejos del equilibrio la materia capta correlaciones: la materia ve. Todo esto conduce a la paradójica conclusión de que el no-equilibrio es fuente de estructura.

El no-equilibrio es un interface entre ciencia pura y ciencia aplicada, aunque las aplicaciones de estas observaciones a la tecnología estén solamente en sus inicios. Actualmente, empieza a comprenderse que la vida es, probablemente, el resultado de una evolución que se dirige hacia sistemas cada vez más complejos. Es cierto que no se conoce exactamente el mecanismo que ha producido la primeras moléculas capaces de reproducirse. La naturaleza utiliza el no-equilibrio para sus estructuras más complejas. La vida tiene una tecnología admirable, que muy frecuentemente no llegamos a comprender.

Pensar en términos de probabilidades, no de trayectorias

El no-equilibrio no puede ser formalizado a través de ecuaciones deterministas. En efecto, las bifurcaciones son numerosas y, cuando se repiten las experiencias, el camino seguido no es siempre el mismo. Por tanto, el fenómeno es determinista entre las bifurcaciones, pero es totalmente aleatorio en las bifurcaciones. Entra en directa contradicción con las leyes de Newton o de Einstein, que niegan el indeterminismo. Evidentemente, esta contradicción me ha preocupado mucho. ¿Cómo superarla? La actual teoría dinámica nos ofrece herramientas particularmente interesantes al respecto. Contrariamente a lo que pensaba Newton, ahora se sabe que los sistemas dinámicos no son todos idénticos. Se distinguen dos tipos de sistemas, los sistemas estables y los sistemas inestables. Entre los sistemas inestables, hay un tipo particularmente interesante, asociado con el caos determinista. En el caos determinista, las leyes microscópicas son deterministas pero las trayectorias toman un aspecto aleatorio, que procede de la "sensibilidad a las condiciones iniciales": la más pequeña variación de las condiciones iniciales implica divergencias exponenciales. En un segundo tipo de sistemas, la inestabilidad llega a destruir las trayectorias (sistemas no integrables de Poincaré). Una partícula ya no tiene una trayectoria única, sino que son posibles diferentes trayectorias, cada una de ellas sujeta a una probabilidad.

Agruparemos estos sistemas bajo el nombre de caos. ¿Cómo tratar este mundo inestable? En vez de pensar en términos de trayectorias, conviene pensar en términos de probabilidades. Entonces, se hace posible realizar predicciones para grupos de sistemas. La teoría de caos es algo semejante a la mecánica cuántica. Es necesario estudiar en el ámbito estadístico las funciones propias del operador de evolución (hacer su análisis espectral correspondiente). En otros términos, la teoría del caos debe formularse a nivel estadístico, pero esto significa que la ley de la naturaleza toma un nuevo significado. En lugar de hablar de certidumbre, nos habla de posibilidad, de probabilidad.

La flecha del tiempo es, simultáneamente, el elemento común del universo y el factor de distinción entre lo estable y lo inestable, entre lo organizado y el caos. Para ir más lejos en esta reflexión, es necesario extender los métodos de análisis de la física cuántica, especialmente saliendo del espacio euclidiano (el espacio de Hilbert, en sentido funcional) en cuyo seno está definida. Afortunadamente, matemáticos franceses, ante todo Laurent Schwartz, han descrito una nueva matemática, que permite aprehender los fenómenos de caos y describirles en el ámbito estadístico.

Pero el caos no explica todo. La historia y la economía son inestables: presentan la apariencia del caos, pero no obedecen a leyes deterministas subyacentes. El simple proceso de la toma de decisión, esencial en la vida de una empresa, recurre a tantos factores desconocidos que sería ilusorio pensar que el curso de la historia puede modelizarse por medio de una teoría determinista.

El segundo tipo de sistemas inestables evocados más arriba es conocido bajo la denominación de sistemas de Poincaré. Los fenómenos de resonancia juegan en ellos un papel fundamental, pues el acoplamiento de dos fenómenos dinámicos da lugar a nuevos fenómenos dinámicos. Estos fenómenos pueden ser incorporados en la descripción estadística y pueden conducir a diferencias con las leyes de la mecánica clásica newtoniana o la mecánica cuántica. Estas diferencias se ponen de manifiesto en los sistemas en los que se producen colisiones persistentes, como los sistemas termodinámicos. La nueva teoría demuestra que se puede tender un puente entre dinámica y termodinámica, entre lo reversible y lo irreversible.

La inestabilidad no debe conducirnos al inmovilismo

Nos encontramos en un período "bisagra" de la ciencia. Hasta el presente, el pensamiento ponía el acento sobre la estabilidad y el equilibrio. Ya no es así. El propio Newton sospechó la inestabilidad del mundo, pero descartó la idea porque la encontró insoportable. Hoy, somos capaces de apartarnos de los prejuicios del pasado. Debemos integrar la idea de inestabilidad en nuestra representación del universo. La inestabilidad no debe conducir al inmovilismo. Al contrario, debemos estudiar las razones de esta inestabilidad, con el propósito de describir el mundo en su complejidad y comenzar a reflexionar sobre la manera de actuar en este mundo. Karl Popper decía que existe la física de los relojes y la física de las nubes. Después de haber estudiado la física de los relojes, ahora debemos estudiar la física de las nubes.

La física clásica estaba fundada sobre un dualismo: por un lado, el universo tratado como un autómata; por otro lado, el ser humano. Podemos reconciliar la descripción del universo con la creatividad humana. El tiempo ya no separa al ser humano del universo.

Ilya Prigogine

(1) Los puntos de bifurcación son puntos singulares que corresponden a cambios de fase en el no-equilibrio.

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