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Consultorio de Física


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211 respuestas en este tema

#31

Escrito 19 mayo 2014 - 17:08

Con algo parecido me pasa lo mismo (y no, no son los estudios X-D), pero vamos, que por mi no hay prisa xD
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#32

Escrito 20 mayo 2014 - 00:00

Ya, lo malo de llevar un consultorio tu sólo es la cantidad de preguntas que se te acumulan. Yo había pensado intentar llevar el de Química, pero sin la ayuda de anubis (guiño, guiño) creo que me resultaria imposible.
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#33

Escrito 20 mayo 2014 - 00:25

Ya me lo habia planteado, pero no se si me veo capaz xD
Hay mucho, muchisimo temario que se me sale de las manos.

Si te parece bien podriamos intentarlo, si vemos que la cosa es un FAIL pues nada, la intención estaba xD
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#34

Escrito 20 mayo 2014 - 00:37

A mi me parece bien, lógicamente me falta experiencia en muchos campos pero al ser dos igual hay suerte y cubrimos uno los defectos del otro. Y las preguntas de nivel general que pueda tener alguien con curiosidad por la química las respondemos sin problema.

Ahora mismo estoy con todos los examenes, pero la semana que viene ya los termino y ya tendría más tiempo. Ahí podríamos empezarlo, siempre que te venga bien claro.

Por probar no perdemos nada xD
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#35

Escrito 20 mayo 2014 - 00:43

Por mi lo abrimos ya, viendo la actividad del ultimo consultorio no creo que tengamos mucho estrés xD
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#36

Escrito 20 mayo 2014 - 09:26

Pues vale, pero no spameemos más en el consultorio de JAVOX xD Tienes un mp.
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#37

Escrito 21 mayo 2014 - 15:52

Me pasaré por ahí si lo tiráis adelante. Que siempre hay alguna cosa que hace tiempo que uno se pregunta y mira, se aprovecha y se le da vidilla al consultorio.
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#38

Escrito 30 mayo 2014 - 10:45

Si, vengo a poner otra X-D

Me ha parecido muy interesante eso que has comentando en el trivial, el problema de la constante cosmologica. Podrias informarnos más y mejor?
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#39

Escrito 30 mayo 2014 - 14:25

Cuestión 5: El problema de la constante cosmológica

 

Si, vengo a poner otra X-D

Me ha parecido muy interesante eso que has comentando en el trivial, el problema de la constante cosmologica. Podrias informarnos más y mejor?



En este caso si que te puedo responder ahora mismo porque el tema lo conozco y no necesito estudiarmelo antes. Veamos:

Como dije en el trivial VIP, existe un problema enorme abierto en la Física con la constante cosmológica. Empecemos por el principio. Una cosa interesante que se puede hacer es escribir antes de nada la ecuación newtoniana de la gravedad, que es una ecuación de Poisson
 

[tex]\nabla ^2 \varphi = 4 \pi G \rho[/tex]


Donde phi es el campo gravitatiorio y rho la densidad de masa. Lo que podemos ver en esta ecuación es que de algún modo relaciona derivadas segundas de "algo" (curvatura) en el miembro de la izquierda con la presencia de materia en el miembro de la derecha. Sin meternos en detalles, las ecuaciones de la relatividad general tienen de hecho una pinta muy parecida
 

3f50fd206f2fe543a6a8a3e687cf74c3.png

ya que el miembro de la izquierda contiene términos de curvatura (en esencia contracciones del tensor de Riemann) y el de la derecha tiene el tensor de energía-momento, que nuevamente es una medida de la materia del universo (aunque en este caso se extiende a radiación y energía). De forma esquemática podríamos escribir las ecuaciones de Einstein así:
 

CURVATURA=ENERGÍA Y MATERIA


Es decir, la energía y la materia del universo causan curvatura en el espacio. Sin embargo, en el miembro de la izquierda de las ecuaciones de Einstein hay un miembro un tanto raro que no depende del valor de la métrica del espacio sino que es una mera constante (de integración, si queréis) : la constante cosmológica lambda. Esta constante, tal y como se ha intoducido ahí es como he dicho una constante de integración cuyo valor no puede ser conocido más que de forma experimental. Si queréis una intuición física, el término de la constante cosmológica daría cuenta del coste en energía que causa la "producción de espacio". Este término es de hecho el responsable de la expansión acelerada del universo y es en la actualidad el dominante en las ecuaciones de la evolución cosmológica. Medir su valor es tan sencillo como hacer observaciones de redshift y comparar los resultados con las ecuaciones. Existen datos experimentales (que no recuerdo de memoria) que dan el valor de la constante cosmológica que explica la expansión actual del universo.

Ahora bien, la cosa se complica. Hemos hablado del miembro de la izquierda en las ecuaciones de Einstein pero ¿qué hay del de la derecha?. En general, el tensor de energía momento será el correspondiente a un fluido homogéneo e isótropo que modela la presencia de materia y radiación en el universo con una determinada densidad. Pero ¿qué ocurre si hay más contribuciones?. En particular, uno podría pensar en algún tipo de materia o energía extraña que pudiese dar una contribución de la misma forma que la de la constante cosmológica, de forma que se sumase a la contribución de la constante cosmológica de la izquierda y el efecto observado fuese tan sólo el de la suma de ambas, pero sin que estas se puedan diferenciar. Si lo queréis ver en las ecuaciones sería algo como esto

[tex]R_{\mu \nu} - \frac{1}{2} R g_{\mu \nu}+ \Lambda g_{\mu \nu} = \frac{8 \pi G}{c^4} T^{Materia}_{\mu \nu} + \Lambda' g_{\mu \nu}[/tex]

De donde el único efecto observable experimentalmente sería la diferencia

[tex]\Lambda_{observada} = \Lambda - \Lambda'[/tex]

de forma que ahora se presentan varias posibilidades:

- Que la lambda de la izquierda sea nula y exista algún tipo de materia o energía que cree la constante cosmológica que hemos medido en cosmología, de modo que

[tex]\Lambda_{obs} =\Lambda'[/tex]

- Que la lambda de la derecha sea nula, no haya ningún tipo de contribución rara al tensor energía-momento y la única constante cosmológica sea la "intrínseca" de las ecuaciones de Einstein.

[tex]\Lambda_{obs} =\Lambda[/tex]

- Que ambas contribuciones existan y las dos sumen la constante que observamos experimentalmente.


Después de todo esto, la cuestión que cabe preguntarse ahora es ¿existe algún tipo de mecanismo para que la materia o energía creen un tensor de energía-momento con forma de constante cosmológica?. La respuesta es que si, pero aquí sea acaba (de momento) el turno de la Relatividad General y dejamos paso a la Física de Partículas, o más bien a las Teorías Cuánticas de Campos (QFT). Para conseguir una contribución del tipo que buscamos, sería necesario algún tipo de energía que ocupase todo el espacio. Pero ¿qué demonios va a haber en todo el espacio si sólo hay el vacío? Pues...el propio vacío. En QFT, el vacío que nosotros siempre hemos entendido como la "nada" no es tal, sino que tiene una cierta estructura. En particular, cada punto del vacío sufre procesos de creación y aniquilación de partículas de forma constante, de modo que tienen una energía almacenada no nula. El que sepa algo de cuántica puede pensar en que QFT trata cada punto del espacio como un oscilador armónico en miniatura, pero dado que el oscilador armónico cuántico tiene energía de punto cero, esto produce una acumulación de energía en cada punto del espacio. Esto, que puede sonar a cuento chino, ha sido de hecho medido gracias a un efecto llamado Cassimir, por lo que la estructura cuántica del vacío no parece discutible.

Bien, ya tenemos lo que queríamos: resulta que gracias a QFT sabemos que el vacío tiene una contribución energética que puede afectar a la constante cosmológica por lo que la segunda de las opciones que mencioné queda descartada: la lambda primada no es nula. Pues veamos si podemos descartar la segunda. Si hacemos el cálculo de nuestra contribución del vacío de QFT y obtenemos el valor experimental habremos acabado, podremos descartar la constante cosmológica "primigenea" del lado izquierdo de la ecuación y habremos encontrado una explicación de la expansión acelerada del Universo, conectando además de una forma fantástica la Física de Partículas y la Relatividad General.

Desgraciadamente los números no salen bien. Cuando calculamos la contribución del vacío a la constante cosmológica obtenemos que ésta es 120 órdenes de magnitud superior al valor observado. Problemón. El lector espabilado podrá pensar "¿y por qué eso es un problema?¿no basta con que la otra lambda sea tal que su diferencia sea el valor observado?". Pues no. Aunque matemáticamente legítimo, esto es lo que en Física llamamos un "fine tunning" o "ajuste fino" y se dice que este fenómeno es algo "antinatural". Pensemos por qué:

Para que la diferencia entre las dos constantes cosmológicas sea igual al valor observado necesitamos que la correspondie al miembro de la izquierda sea tan gigantesca como la de la derecha, pero que ambas sólo difieran en la cifra significativa número 120. Hay motivos más sólidos para argumentar que esto es absurdo que la intuición, pero creo que ninguno me negaréis que a simple vista parece algo poco razonable.

Este es por tanto el problema que tenemos: está claro que la constante cosmológica que medimos no es la de QFT y que el fine tuning de las dos contribuciones no está justificado, por lo que debe ocurrir uno de los siguientes escenarios:

- La Relatividad General está bien, pero la QFT falla
- La QFT está bien, pero la Relatividad General falla


Se han propuesto soluciones por ambas ramas y la cosa es muy muy complicada, aunque las ideas correspondientes a cada una de ellas son también esencialmente dos:

- Nos hemos olvidado de alguna contribución a la energía del vacío que pueda cancelar a la que hemos calculado y que ésto no suponga un fine tunning (un ejemplo de teoría que propone cosas de este estilo es la supersimetría)

- Por algún motivo, la energía de vacío no sufre la interacción gravitatoria, por lo que no es legítimo incluirla en las ecuaciones de Einstein, o bien debemos modificar la Relatividad General a grandes distancias para evitar que la energía del vacío tenga efectos significativos en la expansión del universo (a esto último se le llama degravitation y hay, al igual que en el otro caso, diversas teorías propuestas. Dicho sea de paso es a lo que yo me he dedicado este último año).

Espero que os sirva. Si queréis que os aclare alguna cosa no dudéis en preguntar, aunque no os extrañe que esto suene difícil; estamos hablando de un problema sin resolver.


Editado por JAVOX, 12 julio 2016 - 19:07 .

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#40

Escrito 30 mayo 2014 - 15:42

[tex]\nabla ^2 \varphi = 4 \pi G \rho[/tex]


Imagen Enviada

Muy interesante, buena pregunta Anubis.

Ahora vendrá algo de energía/materia oscura? :D
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#41

Escrito 30 mayo 2014 - 16:41

Editado lo de arriba. Y aclaro una cosa: lo de la "energía oscura" tiene que ver con todo esto pero no es realmente una solución sino más bien una forma de modelar la constante cosmológica que se observa sin preocuparnos mucho del problema que he explicado arriba. Sería el equivalente a decir: "me da igual lo que diga la QFT y todas las teorías del mundo, para mi la única constante cosmológica que existe es la que mido, y como no sé qué demonios es, voy a suponer que viene de una cosa que se llama energía oscura cuyas propiedades desconozco. A mi en realidad todo eso me la suda porque soy experimental y lo que quiero es un modelo efectivo que me permita calcular cosas"

Lo complicado de la energía oscura es buscar candidatos para ella. Y con la materia oscura igual.
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#42

Escrito 30 mayo 2014 - 22:14

Y aclaro una cosa: lo de la "energía oscura" [...] Sería el equivalente a decir: "me da igual lo que diga la QFT y todas las teorías del mundo, para mi la única constante cosmológica que existe es la que mido, y como no sé qué demonios es, voy a suponer que viene de una cosa que se llama energía oscura cuyas propiedades desconozco. A mi en realidad todo eso me la suda porque soy experimental y lo que quiero es un modelo efectivo que me permita calcular cosas"

Lo complicado de la energía oscura es buscar candidatos para ella. Y con la materia oscura igual.


Genial, muy aclaratoria esta explicación X-D aunque tampoco me parece del todo mal, lo encuentro bastante pragmatico xD

Me parece muy interesante, que rabia que no esté resuelto aún. Claro que, si a mi me da rabia que no entiendo ni papa, no me puedo llegar a imaginar lo que deberia de ser en su momento cuando se vio tamaña discrepancia tan inceiblemente exagerada.

Se que es un poco dificil que me lo puedas resolver, pero hay alguna teoria que tu creas o que parece que por las evidencias o lo que sea, tenga más numeros de salir victoriosa?
Yo es que me pierdo de tantas que hay.
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#43

Escrito 31 mayo 2014 - 18:52

Lo de la energía oscura recuerda bastante al éter no, Javox? :mrgreen:
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#44

Escrito 01 junio 2014 - 12:35

Se que es un poco dificil que me lo puedas resolver, pero hay alguna teoria que tu creas o que parece que por las evidencias o lo que sea, tenga más numeros de salir victoriosa?
Yo es que me pierdo de tantas que hay.


La verdad es que no. Como digo es un problema abierto y si las eminencias de la física no saben por dónde tirar yo mucho menos. En cuanto a elegancia y por lo poco que se de ella la supersimetría me parece una idea muy interesante. Desgraciadamente el LHC no ha dado resultados compatibles con supersimetría y ha sido un poco chasco para sus defensores, pero aún así depende de ciertos parámetros por lo que aún no está del todo descartada. Además, de ser verificada, supersimetría sería la única predicción útil que se habría extraído de teoría de cuerdas, lo que daría un impulso a todo ese campo que sería interesante.

Y de las otras tampoco te puedo hablar mucho. Ten en cuenta que estamos hablando de cosas muy avanzadas que en la carrera casi ni se mencionan. La única de estas teorías que conozco a fondo es una llamada Gravedad Masiva que es a lo que me he dedicado este último año y que va por la otra rama: modificar la Relatividad General suponiendo un gravitón con masa. Tiene algunos resultados muy interesantes y en los últimos años se ha puesto algo de moda, pero aún hay cosas que no cuadran bien, sobre todo a la hora de encontrar soluciones cosmológicas y de agujeros negros que sean estables. Aún queda mucho trabajo por delante, eso si, así que ya veremos qué tal de futuro tiene.

Y si, Singularity, el mismo concepto de constante cosmológica recuerda un poco al éter, no te lo niego.
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#45

Escrito 03 junio 2014 - 23:50

Uy, me lo habia lido pero me habia olvidado de decir que lo he hecho xD

Bueno, ya me imaginaba que eran cosas tremendamente avanzadas, si a eso le sumas que ni se ven en la carrera aún mejor X-D

Pues nada, gracias de nuevo.
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