TARDÍGRADOS

Ciencia en español -ʟᴀ ʀᴀᴢóɴ ᴇsᴛá ᴀʜí ғᴜᴇʀᴀ-

Archive for the ‘termodinámica’ Category

¿Pero, qué diablos es realmente la gravedad? : O ¿por qué la ciencia aceptó las ideas absurdas de Einstein, que desde hace ya más de un siglo nos han llevado a un callejón sin salida, del que sólo se podrá salir definitivamente dentro de mil años o más?

Posted by Albert Zotkin en noviembre 8, 2019

Cuando Albert Einstein se vió en la cima del éxito por su Relatividad General (todos sabemos que Einstein era un genio … un genio de marketing, de la auto promoción, por supuesto), con su vanagloria en alza, y su inmenso ego, más inflado que nunca, allá por los años treinta y pico, en una de las infinitas y cuidadas entrevistas que concedía a los medios, dijo algo asi como: “Newton, perdóname; tú encontraste el único camino que, en tus tiempos, era posible para un hombre de inteligencia y capacidad creadora supremas“. O sea, en su falsa modestia, Einstein nos estaba diciendo que su capacidad creadora e inteligencia eran superiores a las de Newton. La genialidad de Einsten fue que supo vendernos humo, y lo hizo en cantidades industriales.
En cuanto al tema de la gravedad (o gravitación), a estas alturas del siglo XXI, parece ser que Einstein sólo tuvo razón en una cosa al afirmar que la gravedad no era una verdadera fuerza. El problema es que la gravedad tampoco parecle fier ser ya ese efecto de la curvatura del espacio-tiempo, tal como tan bellamente nos lo cantaba el “poema épico” de la Relatividad General con sus matemáticas trileras, elaboradas por prestigiosos masterchefs del axioma, como Hilbert y otros, en más de un siglo de autocomplacencia. Einstein casi tuvo razón en otra cosa, pero al final se retractó, porque el precio mediático a pagar era superior al de la corrección política. Einstein, junto con Nathan Rosen, llegó a afirmar en 1936, sin tapujos, que las ondas gravitacionales no existían. Aunque ese concepto de las ondas gravitationales lo había deducido él mismo de su misma Relatividad general, unos cuanto años antes, al final dió su brazo a torcer, desistió de su “descabellada idea”, porque la presión mediática era inmensa, y su prestigio, su reputación social y académica estaban en juego.
En este pequeño artículo que hoy os presento, veremos qué es realmente la gravedad, y por quá las ondas gravitacinales no pueden existir si la gravedad es lo que aqui voy a afirmar que es.
La gravedad es una fuerza entrópica. Si, ya sé que desde la física oficial, tratan de barrer toda hipotesis que afirme que la gravedad es una fuerza entrópica. Sobre todo, existen infinitos artículos (mainstreamófilcos = muy del consenso oficial) que aparentemente demuestran que la Gravedad Entrópica de Verlinde es inconsistente. El dogma oficial, cuando quiere sofocar algo que incomoda a la doctrina reinante, siempre se basa en demostrar aparentemente que ese algo es inconsistente. El problema es que al final todo se reduce a creer o no que la demostración de la inconsistencia es consistente. La gravedad entrópica de Verlinde, no es toda la verdad sobre la afirmación de que la gravedad es una fuerza entrópica. Los que intentan desacreditar a Verlinde por su teoría entrópica de la gravedad, siempre basan su armas en que dicha teoría posee errores que la reducen a una mera expresión de la teoría clásica de Newton, no ya siquiera a una MOND, y por lo tanto, como la teoría clásica de Newton es incorrecta según el consenso de los mainstreamófilos, porque la correcta es la de Einstein, asi de incorrecta debe ser la de Verlinde . Pero, examinando a fondo esta teoría de la Gravedad Entrópica de Verlinde, se llega a la conclusión de que basicamente es correcta, y en lo único que falla es en la elección de los modelos matemáticos y termodinámicos para deducirla desde primeros principios. En esencia, de lo que carece la Gravedad Entrópica de Verlinde es de la componente gravitomagnética, la cual hay que deducir también desde principios termodinámicos. Eso fue lo que yo hice hace tiempo en mi artículo: Gravedad Cuántica: Análisis pormenorizado de la componente entrópica de la gravedad. Pero veamos sucintamente en que consiste la Gravedad Entrópica de Verlinde, y por qué la atacaban tan furibondamente desde el consenso de los mainstreamófilos.
A estas alturas del siglo XXI, aún se pueden leer blogs de ciencia, donde supuestos científicos (y científicas) hacen afirmaciones sobre agujeros negros (hipotéticos objetos, de cuya existencia no tendremos nunca una prueba definitiva) tales como: Dos agujeros negros uniéndose no emiten radiación electromagnética, porque los agujeros negros no están hechos de materia que pueda emitir esa clase de radiación. Pueden estar rodeados de materia que sí la emite, pero es demasiado pequeña para ser observada.” Es decir, siguen tratando el espacio-tiempo como si fuera una sustancia, una especie de éter flexible que pueda ser estirado, retorcido o curvado. Que yo sepa, el espacio-tiempo no existe fisicamente hasta que no se demuestre experimentalmente por separado que el espacio existe y que el tiempo existe. Pero mucho me temo que ambas entidades que tanto se emplean en física, son más axiomas o postulados que algo real existente en la naturaleza.

Hace ya algún tiempo un tal Erik Verlinde publicó un artículo en el que supuestamente deducía la ley de gravitación universal de Newton desde primeros principios, incluso dedujo las ecuaciones de campo de Einstein de la Relatividad General, concluyendo que la gravedad es una fuerza entrópica, es decir una fuerza que no es fundamental y que emerge naturalmente del aumento de entropía de los sistemas materiales. Verlinde usó el principio holográfico y las conocidas leyes de la termodinámica, junto con algunas cosillas más, para deducir dicha fuerza entrópica. Las fuerzas entrópicas emergen desde el microcosmos hacia el macrocosmos debido a que los sistemas materiales tienden a adoptar estados de máxima entropia. Cuando estiras una goma elástica debes de ejercer una fuerza para contrarrestar temporalmente su estado maximizado de entropía. Al estirar la goma estás rebajando su entropia, y por lo tanto la goma se opone a ese cambio ejerciendo una fuerza en sentido contrario que intenta restaurar su estado de máxima entropía.

Pero, como vamos a ver ahora, esa fuerza entrópica deducida por Verlinde desde primeros principios, y que emerge siendo la fuerza de gravitación de Newton, es sólo una componente de la gravedad total. En concreto vamos a ver cómo esa componente entrópica es engullida brutalmente por un tiburón cuántico que habita en las profundidades del microcosmos termodinámico.

Comencemos expresando la Primera Ley de la Termodinámica para sistemas homogeneos cerrados:

\displaystyle dU=TdS-PdV  (1)
donde dU es el cambio de energía interna, T es la temperatura, dV es el cambio de volumen, dS es el cambio de entropia, y P es la presión. Sabemos que PdV es el cambio de energía libre del sistema, por lo tanto puede ser expresada como suma de los cambios de energía de cada uno de los microestados

\displaystyle \langle PV\rangle=-\frac{\ln(\mathcal{Z})}{\beta} = -\frac{\epsilon_1\oplus\epsilon_2\oplus\epsilon_3\oplus\dots}{\beta}     2
Donde es representa la energía del microestado s, Z es la función de partición, y β es menos el inverso del producto de la temperatura por la constante de Boltzmann:

\displaystyle   \mathcal{Z} = \sum_{s} e^{\beta \epsilon_s}  \\ \\ \\  \beta = -\frac{1}{k_BT}
La ecuación (1) para un proceso con presión y temperatura constantes queda así:

\displaystyle U=TS-PV  (3)
por lo tanto sustituyendo (2) en (3) tenemos:

\displaystyle U=TS + \frac{\ln(\mathcal{Z})}{\beta} \\ \\  U=\frac{\beta}{\beta} \ln \exp(TS) + \frac{\ln(\mathcal{Z})}{\beta} \\ \\ \\  U=\frac{\ln \exp(\beta TS )}{\beta} + \frac{\ln(\mathcal{Z})}{\beta} \\ \\ \\  U=\frac{\ln \left (\mathcal{Z}\exp(\beta TS ) \right)}{\beta}  \\ \\ \\   (4)

Según el postulado fundamental de la mecánica estadística, la entropía S es directamente proporcional al logaritmo del número Ω de microestados:

\displaystyle S = k_B \ln \Omega

es decir

\displaystyle TS = Tk_B \ln \Omega= -\frac{\ln \Omega}{\beta}  (5)

por lo que (4) lo podemos calcular más fácilmente:

\displaystyle U=TS + \frac{\ln \mathcal{Z}}{\beta} \\ \\  U=-\frac{\ln \Omega}{\beta} + \frac{\ln \mathcal{Z}}{\beta} \\ \\ \\
\displaystyle \boxed{U=\cfrac{1}{\beta}\ln \left(\frac{\mathcal{Z}}{\Omega}\right)}  (6)
Esta energía interna U es lo que en gravedad debe identificarse como la energía potencial gravitatoria, la cual si es dividida por la masa m de una partícula de prueba tendremos el potencial gravitatorio (con todas sus componentes) en el punto espacial donde está localizada dicha partícula:

\displaystyle \boxed{V = \cfrac{U}{m}=\cfrac{1}{m \beta}\ln \left(\frac{\mathcal{Z}}{\Omega}\right)}  (7)
Recapitulemos. La componente entrópica debe ser identificada con la gravitación clásica de Newton, y la componente de energía libre (PV) debe ser identificada con lo que se llama gravitomagnetismo. O lo que es lo mismo, la función de partición Z mapea dicho gravitomagnetismo, mientras que el número Ω de microestados mapea la componente estática de gravitación Newtoniana.

Pongamos un pequeño ejemplo. Supongamos que queremos calcular el número Ω de microestados de un sistema gravitatorio binario, con masas M y m. Igualamos el potencial gravitatorio así:

\displaystyle   V =-\frac{\ln \Omega}{m\beta} = -\frac{GM}{r}  \\ \\  \Omega = \exp\left(\frac{GMm\beta}{r}\right)

pero en β está incluida la temperatura T, por lo tanto si igualamos esa temperatura con la temperatura de Unhru: ,

\displaystyle T = \frac{\hbar a}{2\pi c k_\text{B}} \\ \\ \\ \beta= -  \frac{2\pi c}{\hbar a} \\ \\ \\

y la aceleración a la igualamos a la aceleración del campo gravitatorio estático, a = g:

\displaystyle a = \frac{GM}{r^2}\\ \\ \\ \beta= -  \frac{2\pi c r^2}{\hbar GM} \\ \\ \\

Por lo que el número Ω de microestados para ese sistema gravitatorio será:

\displaystyle a = \frac{GM}{r^2}\\ \\ \\ \beta= -  \frac{2\pi c r^2}{\hbar GM} \\ \\ \\ \Omega = \exp \left(\frac{GMm\beta}{r}\right) = \exp\left(\frac{m c \ 2\pi r}{\hbar}\right)
Las fuerzas entrópicas están muy relacionadas con los paseos aleatorios

y por lo tanto, la gravedad es una interacción estrechamente relacionada con lo que se llama paseos aleatorios de máxima entropía.

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El misterioso rugido profundo del espacio exterior profundo

Posted by Albert Zotkin en octubre 20, 2019

Hola amigos de tardígrados. Hoy vamos a ver cómo un supuesto descubrimiento de la NASA, llamado “rugido espacial“, se convirtió en uno de los problemas sin resolver de la astrofísica. También veremos cómo la solución (propuesta por mi originalmente) es bastante prosaica, y me atrevería a decir que hasta divertida. Pero, ¿qué es ese “misterioso rugido espacial o siseo”, llamado space roar, hallado por la NASA?.

Desde 2001 hasta 2006, la NASA estuvo lanzando globos sonda con instrumentos, básicamente radiómetros, que llegaban hasta las capas más altas de la atmósfera, y allí median la radiación residual del espacio exterior.

Esos experimentos se llamaron ARCADE, rebuscadas siglas en inglés que significan Radiómetro Absoluto para la Cosmología, la Astrofísica y la Emisión Difusa. Se trataba de medir radiación electromagnética residual del espacio exterior en las longitudes de onda de unos pocos centímetros. Esas sondas llegaban hasta alturas de unos 37 km en la estratosfera. En 2011, la segunda generación de ARCADE, la ARCADE2, hizo las ultimas mediciones, y se descubrió algo misterioso, que ha quedado para los anales de la ciencia como un problema astrofísico sin resolver. El ruido electromagnético detectado proveniente del espacio exterior, era hasta seis veces mayor del que predecía la teoría. ¿Cuál era la causa de tan elevado nivel de ruido?. Nadie lo sabe.

Corregir los errores sistemáticos de medida en ARCADE2 es nuestra principal preocupación. Debemos destacar que hemos detectado emisión residual a 3 GHz en los datos de ARCADE2, pero ese mismo mismo resultado fue independientemente detectado por una combinación de datos de baja frecuencia y FIRAS

ARCADE vió hasta un 7% del cielo. La región observada aparece coloreada en este mapa esférico del cielo. El plano de nuestra galaxia, la Vía Láctea, cruza por centro

Intentemos averiguar cuál es la causa de que el ruido detectado sea hasta 6 veces más alto que el esperado teóricamente. Osea, vamos a resolver el misterioso problema número 13 listado en la sección de Problemas no resueltos de la Astrofísica y la Astronomía.

El revolucionario diseño de ARCADE lo hace super-sensible al ruido cósmico. Enfriados hasta los 2.7 grados por encima del cero absoluto, por inmersión en más de 500 galones (más de 1892 litros) de helio líquido, cada uno de los siete radiómetros de ARCADE exploró por su cuenta el cielo y objetivos de calibración.

Para resolver este misterioso problema astrofisico que nos planteó la NASA, degustemos primero este bonito video, donde podemos escuchar los extraños ruidos electromagnéticos que emiten algunos de los planetas del sistema solar, y los famosos anillos de Saturno, o los no tan famosos anillos de Urano. Evidentemente, el ruido electromagnético no se puede escuchar por un oído humano, por lo tanto lo que se hace es interpretar como sonido las ondas electromagnéticas, es decir, simular que esas longitudes de ondas electromagnéticas son de ondas sónicas:

Ahora centremos nuestra atención en los materiales y la forma de los globos sonda lanzados por la NASA para esas misiones de ARCADE.

Vemos que los globos sonda empleados en ARCADE son vulgares globos meteorológicos, hechos de latex o de cloropreno. Ahora ya empezamos a vislumbrar la causa de que los ruidos residuales detectados por las sondas ARCADE sea hasta 6 veces más altos que lo esperado. La razón es que el mismo globo sonda que campea a unos pocos metros por encima de los radiómetros, de alguna forma, actúa como antena amplificadora de esas señales electromagnéticas que se trata de detectar. Si, algo muy prosaico y ridículamente vulgar, que se les pasó desapercibido. Los globos sonda, ya completamente hinchados en la estratosfera, actúan como potentes antenas amplificadoras de señales electromagnéticas. De esta forma tan sencilla hemos resuelto el problema número 13 listado en la sección de Problemas no resueltos de la Astrofísica y la Astronomía.

Saludos estratosféricos a todos 😛

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Un demonio de Maxwell que sí funciona

Posted by Albert Zotkin en septiembre 13, 2019

Hoy he leído un artículo, publicado en El Confidencial, que me ha hecho mucha gracia. Se titula El ‘rey de las patentes’ español, ante su gran reto: crear una máquina de energía gratuita. Nuestro Rey de las Patentes es un crack, se llama Manuel Muñoz Saiz, y es jubilado de Iberia, y en su haber están las 460 patentes que lleva registradas hasta el momento, más patentes que el CSIC o Telefónica, y todas hechas por él solito. El problema con las patentes de Muñoz es que ninguna funciona 🙂 , y además la ultima presentada resulta que de funcionar violaría la Segunda Ley de la Termodinámica, es decir, que no funcionará.

El supuesto invento consiste en dos depósitos unidos por tuberías, a modo de circuito cerrado:

Un líquido se evapora y se eleva por la tubería desde el depósito inferior hasta el superior. “El agua se calentaría, en primer lugar, con el sol, y también con unos espejos parabólicos, con eso ya se calentaría hasta casi la ebullición, pero además añado una resistencia que ya la evaporaría”, nos explica Muñoz. Después, el vapor subiría por la tubería y, al llegar arriba, se condensaría para bajar por otro conducto en estado líquido, haciendo funcionar en su caída una turbina que generaría electricidad, parte de la cual sería empleada para evaporar de nuevo el líquido. “Una vez empieza el ciclo, ya no haría falta ni la batería externa ni nada”, nos alecciona Muñoz. El Sr. Muñoz acaba de inventar para nosotros el móvil perpetuo de primera especie.

Otro supuesto invento que violaría la segunda ley de la termodinámica, es el experimento mental llamado Demonio de Maxwell. Grosso modo, se trata de ir separando moléculas calientes de moléculas frías, abriendo o cerrando una trampilla en una pared de dos recipientes. Cuando a la trampilla se aproxima una molécula caliente, esta es abierta (por el Demonio de Maxwell) y la deja pasar hacia el recipiente B desde el A. Pero, cuando se aproxima una molécula fría, la trampilla no se abre. De este modo, al final, en el recipiente B estarán las moléculas calientes y en el A quedarán las frías, violando así la segunda ley de la termodinámica.
Pero, ¿es posible un invento, parecido al Demonio de Maxwell, que viole la segunda ley de la termodinámica?. La respuesta es sí, y ya estoy yendo a la Oficina Española de Patentes y Marcas para registrarlo 😛 Se trata del Demonio de Zotkin 🙂 Grosso modo, en lugar de una trampilla en la pared que separa los recipientes A y B, lo que ponemos es un pistón empotrado verticalmente en el interior de dicha pared, que posee un grosor bastante grande (pasillo). El pistón cierra y abre el pasillo con una frecuencia constante. De este modo las moléculas calientes, al poseer mayor velocidad que las frías, tendrían tiempo para atravesar el pasillo, mientras que las lentas (las más frías) no lo conseguirían. Con el tiempo, en el recipiente B iría habiendo más moléculas calientes que frías, y todo gracias al un pistón que oscila cíclica e inercialmente, sin aparente gasto energético durante el proceso. El pistón sólo requeriría de un impulso inicial, y a ciertos intervalos, para mantener constante su frecuencia. El gasto energético para mantener constante la frecuencia del pistón se podría obtener de la diferencia de calor que se generaría entre ambos recientes gracias al Demonio de Zotkin 😛 con lo que habríamos inventado un bonito móvil perpetuo de segunda especie que sí funciona.

¿Alguien sabe dónde está el fallo del Demonio de Zotkin?, es decir, ¿Por qué tampoco puede funcionar, como no funciona el de Maxwell o la máquina de la patente de Muñoz?.

Saludos demoníacos a todos 😛

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