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8/18/2019 Noticias Fi Sica

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Un agujero negro de cinco

dimensiones contra larelatividad de EinsteinInvestigadores de la Universidad de Cambridge y la de QueenMary de Londres han demostrado cómo un agujero negrocon una extraña forma de anillo puede desbaratar la teoríageneral de la relatividad de lbert !instein" el fundamento dela física moderna# !so sí" ese raro agu$ero negro solo podríaexistir en un Universo con cinco o m%s dimensiones" explicanen la revista &hysical 'evie( Letters#Lo )ue han hecho los cientí*cos es simular con +xito unagu$ero negro con la forma de un anillo muy delgado" lo )ueda lugar a una serie de ,protuberancias- o ,bultos-conectados por cuerdas )ue se vuelven cada ve. m%s

delgadas con el tiempo# !stas cuerdas llegan a hacerse tan*nas )ue se desgarran en una serie de agu$eros negros enminiatura" similares a un *no chorro de agua de un grifo )uese rompe en gotas#Los agu$eros negros en forma de anillo fueron ,descubiertos-por los físicos teóricos en /00/" pero esta es la primera ve.)ue su din%mica se ha simulado con +xito utili.andosuperordenadores# 1i se formase un agu$ero negro así" daríalugar a la aparición de una ,singularidad desnuda-" )ue

descompondría las ecuaciones de la relatividad general#

La relatividad general se basa en nuestra actual comprensiónde la gravedad2 todo" desde la estimación de la edad de lasestrellas en el universo" a las señales 3&1 de las )uedependemos para ayudarnos a despla.arnos" se basa en las

http://www.abc.es/ciencia/abci-einstein-extravagante-genio-predijo-ondas-gravitacionales-201602131733_noticia.htmlhttp://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.071102http://www.abc.es/ciencia/abci-caza-agujero-negro-50000-millones-soles-201512211105_noticia.htmlhttp://www.abc.es/ciencia/20150711/abci-espacio-agujero-negro-galaxia-201507102112.htmlhttp://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.071102http://www.abc.es/ciencia/abci-caza-agujero-negro-50000-millones-soles-201512211105_noticia.htmlhttp://www.abc.es/ciencia/20150711/abci-espacio-agujero-negro-galaxia-201507102112.htmlhttp://www.abc.es/ciencia/abci-einstein-extravagante-genio-predijo-ondas-gravitacionales-201602131733_noticia.html


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ecuaciones de !instein# !n parte" la teoría nos dice )ue lamateria deforma el espacio4tiempo de su entorno" y lo )uellamamos gravedad es el efecto de esa deformación# !n los500 años desde )ue se publicó" la relatividad general ha

pasado todas las pruebas" pero una de sus limitaciones es laexistencia de singularidades#Una singularidad es un punto donde la gravedad es tanintensa )ue el espacio" el tiempo y las leyes de la física" sedescomponen# La relatividad general predice )ue existensingularidades en el centro de los agu$eros negros" y )ueest%n rodeados de un hori.onte de sucesos 4el punto de noretorno4" donde la atracción gravitatoria se vuelve tan fuerte)ue es imposible escapar" lo )ue signi*ca )ue no pueden ser

observados desde fuera#,Mientras las singularidades permanecen ocultas detr%s deun hori.onte de sucesos" no causan problemas y larelatividad general se sostiene# La con$etura de la censuracósmica dice )ue este es siempre el caso-" dice el coautordel estudio" Mar6us 7unesch" estudiante de doctorado en el8epartamento de Matem%tica plicada y 9ísica teórica:8M;&< de la Universidad de Cambridge# ,Mientras lacon$etura de la censura cósmica sea v%lida" podemospredecir con seguridad el futuro fuera de los agu$eros negros#&or)ue" en de*nitiva" lo )ue estamos tratando de hacer en lafísica es predecir el futuro dado el conocimiento sobre elestado del universo ahora-"&ero" =y si existiera una singularidad fuera de un hori.onte desucesos> 1i así fuera" no sólo sería visible desde el exterior"sino )ue representaría un ob$eto )ue ha colapsado a unadensidad in*nita" un estado )ue hace )ue las leyes de la

física se descompongan# Los físicos teóricos han planteado lahipótesis de )ue tal cosa" llamada una singularidad desnuda"podría existir en dimensiones m%s altas#,1i existen singularidades desnudas" la relatividad general serompe-" apunta 1aran ;unyasuvuna6ool" tambi+n estudiantede doctorado de 8M; ,? si la relatividad general se rompe"sería poner todo al rev+s" por)ue ya no tendría ning@n poder


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predictivo" ya no podría ser considerada como una teoríaautónoma para explicar el universo-#

Teoría de cuerdas

&ensamos en el Universo tal como existe en tresdimensiones" adem%s de la cuarta dimensión del tiempo" )ueen con$unto se denomina el espacio4tiempo# 1in embargo" enlas ramas de la física teórica" como la teoría de cuerdas" eluniverso podría estar compuesto por un m%ximo de 55dimensiones# !sas dimensiones adicionales podrían sergrandes y expansivas" o pe)ueñas" enroscadas y difíciles dedetectar# 8ado )ue los seres humanos sólo pueden percibirdirectamente tres dimensiones" la existencia de dimensiones

extra sólo puede inferirse a trav+s de experimentos de muyalta energía" como los llevadas a cabo en el 3ranColisionador de Aadrones :LAC< ubicado en el subsuelo de lafrontera franco4sui.a#La propia teoría de !instein no indica cu%ntas dimensionesexisten en el Universo" por lo )ue los físicos teóricos hanestado estudiando la relatividad general en dimensiones m%saltas para ver si la censura cósmica a@n se mantiene# !ldescubrimiento de los agu$eros negros en forma de anillo en

cinco dimensiones llevó a los investigadores a plantear lahipótesis de )ue podrían dar lugar a una singularidaddesnuda#Lo )ue la nueva investigación ha encontrado es )ue si elanillo es lo su*cientemente delgado" puede conducir a laformación de singularidades desnudas#Utili.ando el superordenador CB1MB1" los investigadoresfueron capaces de reali.ar una simulación completa de lateoría de !instein en dimensiones m%s altas" lo )ue lespermitió no sólo con*rmar )ue estos anillos negros soninestables" sino tambi+n identi*car su destino *nal# La mayorparte del tiempo" un anillo negro se derrumba de nuevo enuna esfera" de modo )ue la singularidad se )uedaríacontenida dentro del hori.onte de sucesos# 1ólo un anillonegro muy *no llega a ser su*cientemente inestable como

http://www.abc.es/ciencia/20131214/abci-universo-gran-holograma-afirman-201312131243.htmlhttp://www.abc.es/ciencia/20150610/abci-caer-agujero-negro-201506101144.htmlhttp://www.abc.es/ciencia/20150205/abci-einstein-stephen-hawking-teoria-201502051041.htmlhttp://www.abc.es/ciencia/20131214/abci-universo-gran-holograma-afirman-201312131243.htmlhttp://www.abc.es/ciencia/20150610/abci-caer-agujero-negro-201506101144.htmlhttp://www.abc.es/ciencia/20150205/abci-einstein-stephen-hawking-teoria-201502051041.html


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para formar protuberancias conectadas por cuerdas m%s ym%s delgadas" y con el tiempo se desprenden y forma unasingularidad desnuda# 1e re)uieren t+cnicas de simulación yun código inform%tico nuevos para mane$ar estas formas

extremas#1e espera )ue la con$etura de la censura cósmica sea ciertaen nuestro universo de cuatro dimensiones" pero en caso de)ue sea refutada" sería necesario identi*car una formaalternativa de explicar el universo# Una posibilidad es lagravedad cu%ntica" )ue se aproxima a las ecuaciones de!instein le$os de una singularidad" pero tambi+n proporcionauna descripción de una nueva física cerca de la singularidad#

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¿Pueden llegarnos

mensajes del futuro?

Un grupo internacional de investigadores" liderados por laUniversidad de 1ingapur" acaba de demostrar )ue numerososproblemas de la 9ísica Cu%ntica" hoy por hoy irresolubles"podrían solucionarse f%cilmente con un ordenador cu%ntico )ue via$ara a trav+s de "curvas temporales abiertas"# !ltraba$o" )ue ha levantado gran expectación en la comunidadcientí*ca" se publica en la revista ature Quantum

Information#Aace ya una d+cada )ue el físico 8ave Dacon" )ue en laactualidad traba$a para 3oogle" demostró )ue la me$or formade resolver r%pidamente todo un grupo de problemas de la9ísica :llamados NP-completo< y )ue traían de cabe.a a losmatem%ticos" era utili.ando un ordenador cu%ntico )ue se

http://www.abc.es/http://www.abc.es/ciencia/20150125/abci-entrevista-fisico-cirac-201501241305.htmlhttp://www.abc.es/ciencia/20150125/abci-entrevista-fisico-cirac-201501241305.htmlhttp://www.abc.es/ciencia/abci-google-arranca-primer-ordenador-cuantico-comercial-201512101157_noticia.htmlhttp://www.abc.es/http://www.abc.es/ciencia/20150125/abci-entrevista-fisico-cirac-201501241305.htmlhttp://www.abc.es/ciencia/20150125/abci-entrevista-fisico-cirac-201501241305.htmlhttp://www.abc.es/ciencia/abci-google-arranca-primer-ordenador-cuantico-comercial-201512101157_noticia.html


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desplazara a través del tiempo. ¿La razón> !l hipot+ticoordenador de Dacon podría moverse con libertad a trav+s deuna serie de Ecurvas cerradas de tiempoE" ata$os en el te$idoespaciotemporal )ue se curvan sobre sí mismos# La

relatividad general en efecto" permite )ue dichos caminospuedan existir a trav+s de las contorsiones en el espacio4tiempo )ue conocemos como agu$eros de gusano#¿Pero para qué enviar un mensaje en el tiempo ybloquearlo después para que nadie pueda leer sucontenido 1encillamente por)ue el procedimiento podríaser la clave )ue se necesitaba para resolver problemas )ue"actualmente" no tienen solución alguna# ? es )ue incluso unmensa$e Esin abrirE puede resultar tremendamente @til"

especialmente si los cientí*cos Eentrela.anE el mensa$e conalg@n otro sistema antes de enviarlo#

Como se sabe" el entrela.amiento cu%ntico es un efectoextraño )ue es posible solo en el mundo de la 9ísicasubatómica" y consiste en una suerte de Ecomunicacióninstant%neaE entre partículas )ue" como si fueran hermanosgemelos diminutos" EsabenE al instante lo )ue le ha sucedidoa las dem%s partículas entrela.adas y reaccionan al instante"sin importar la distancia )ue las separe# ? lo )ue proponenlos investigadores es precisamente eso" crear unentrela.amiento entre el mensa$e enviado a trav+s deltiempo y el sistema del laboratorio# Una correlación )uepodría alimentar y potenciar la computación cu%ntica#1in embargo" las curvas temporales cerradas conllevan nopocos problemas# !n general" los físicos creen )ue" aun)ueson teóricamente posibles" algo debe de estar evitando )ue

ese tipo de despla.amientos temporales se produ.can en laaturale.a# 8e otra forma" argumentan" podrían darse todotipo de parado$as" entre ellas la cl%sica de )ue alguienpodr!a viajar al pasado y matar a su abueloimpidiendo as! su propia e#istencia# ? no solo es la familia la )ue estaría amena.ada por unosvia$es así# !n efecto" romper el Fu$o temporal" de$ando a un

http://www.abc.es/ciencia/20130527/abci-fisicos-logran-entrelazar-particulas-201305270941.htmlhttp://www.abc.es/20110726/ciencia/abci-fisicos-confirman-viajar-tiempo-201107261241.htmlhttp://www.abc.es/ciencia/20130527/abci-fisicos-logran-entrelazar-particulas-201305270941.htmlhttp://www.abc.es/20110726/ciencia/abci-fisicos-confirman-viajar-tiempo-201107261241.html


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lado el principio de causalidad :un acontecimiento causa otro")ue causa otro" y otro###< tambi+n puede tener consecuenciaspara la propia 9ísica cu%ntica# lo largo de las dos d+cadaspasadas los investigadores han mostrado hasta la saciedad

)ue los principios mismos sobre los )ue se basa la 9ísicaCu%ntica se )uiebran en peda.os ante la presencia de curvastemporales cerradas# &or e$emplo" se puede )uebrar elprincipio de incertidumbre" )ue establece la imposibilidad deconocer al mismo tiempo determinados pares de magnitudesfísicas de una partícula :como la velocidad y el momento


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precisamente lo )ue estamos aprovechandoE" asegura ;hompson#1in embargo" no todos los físicos piensan )ue estas líneas detiempo abiertas tengan m%s posibilidades de manifestarse en

el Universo físico )ue las líneas cerradas# ? pueden )uetengan ra.ón# Uno de los principales argumentos en contrade la existencia de curvas temporales cerradas es )ue nadie")ue sepamos" nos ha visitado nunca desde el futuro# Unargumento )ue" por lo menos" no es v%lido con las curvastemporales abiertas" ya )ue en ellas cualquier mensajeprocedente del &uturo resultar!a bloqueado.

A punto de probar lahipótesis «sacrílega» que

cambiará la FísicaUn e)uipo internacional de investigadores est% a punto deponer a prueba una hipótesis EsacrílegaE sobre la naturalezade los protones" uno de los EladrillosE fundamentales delUniverso# 1i tienen ra.ón" no habría m%s remedio )uereescribir" pr%cticamente desde cero" lo )ue sabemos" ocreíamos saber" sobre la estructura íntima de la materia#Los experimentos" )ue ya se est%n llevando a cabo en!stados Unidos" tratar%n de demostrar )ue los protones

pueden su&rir cambios en el interior del n'cleo de un(tomo en determinadas condiciones# lgo )ue se consideraimpensable" ya )ue estas partículas est%n entre las m%sestables de todo el Universo# ;anto" )ue se consideran"virtualmente" eternas#8irigido por nthony ;homas" de la universidad australiana


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de delaida" el e)uipo de cientí*cos acaba de publicar suspredicciones en &hysical 'evie( Letters y rHiv#org# 1i al *nalse demuestra )ue est%n en lo cierto" una enorme cantidad detraba$os y experimentos llevados a cabo durante las @ltimas

d+cadas deber%n ser revisados a fondo#

E&ara la mayoría de los cientí*cos 4explica ;homas4 la idea de)ue la estructura interna de los protones pueda variar endeterminadas ciscunstancias resulta absurda" inclusosacrílega# &ero para otros" igual )ue para mi" la evidencia deese cambio interno ayudaría a explicar algunas de lasinconsistencias de la 9ísica ;eórica#E=&ero )u+ signi*ca exactamente )ue los protones puedan

cambiar su estructura interna> &ara nuestra vida diara"pr%cticamente nada" pero en los campos de la 9ísica nucleary la 9ísica ;eórica sería una aut+ntica revolución )ue locambiaría todo# &ara entenderlo" veamos primero de )u+ est%hecho un protón# pesar de )ue son extraordinariamente pe)ueños yconstituyen una parte fundamental de los n@cleos atómicos"los protones est%n" a su ve." formados por otras partículas"los )uar6s" )ue permanecen estrechamente unidas entre sígracias a la acción de los gluones" partículas )ue" como unpegamento" son responsables de la cohesión interna de losn@cleos atómicos# ? por lo )ue sabemos hasta ahora" tantolos protones libres como los )ue est%n integrados en %tomostienen" exactamente" la misma estructura#&ero esa suposición no enca$a bien con la %romodin(mica%u(ntica la teoría )ue describe las interacciones entre)uar6s y gluones# !n base a esa teoría" los protones dentro

de los n@cleos de un %tomo deberían estar su$etos"teóricamente" a cambios ba$o ciertos niveles de energía#Aasta ahora" sin embargo" ha sido pr%cticamente imposibleprobar si esos cambios se producen realmente# &ero gracias alos nuevos e)uipos del acelerador ;homas Geerson" enJirgina" eso est% a punto de cambiar#E8isparando un ha. de electrones contra un n@cleo atómico

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.032701http://arxiv.org/pdf/1506.05875v1.pdfhttps://es.wikipedia.org/wiki/Gluonhttp://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.032701http://arxiv.org/pdf/1506.05875v1.pdfhttps://es.wikipedia.org/wiki/Gluon


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4a*rma ;homas4 es posible medir la diferencia de energía delos electrones salientes" lo )ue representa un estado decambio# ;enemos una predicciones bastante sólidas sobre lo)ue mostrar%n los resultados de estas pruebas" y tenemos la

esperan.a de lograr una medida de*nitivaE#1ean correctos o no" los resultados de ;homas y su e)uipoconstituir%n un enorme desafío para nuestra comprensión deuno de los EladrillosE m%s importantes del Universo# ?conducir%n" sin duda" hacia un me$or entendimiento de lafísica )ue se esconde detr%s de cada una de las interacciones)ue se producen a nuestro alrededor#ELas implicaciones para el mundo cientí*co 4concluye ;homas4 son enormes# !stamos ante una de las mayores

apuestas que se pueden )acer en %iencia# ? podríarepresentar todo un nuevo paradigma para la *!sicanuclearE#

El problema de la Física

que no se puede resolverUn e)uipo internacional de investigadores" entre los )ue seencuentran algunos de la Universidad Complutense deMadrid4ICM;" ha demostrado por primera ve. )ue unproblema de la *!sica es indecidible" es decir" no tienesolución# !l resultado" publicado en la revista ature" da lara.ón al genial lan ;uring" )ue ya lo había predicho en los

años K0#!l problema en cuestión hace referencia a una de laspreguntas fundamentales de la física cu%ntica y de partículas#&ero vayamos por partes# &ara entenderlo" es necesario saberprimero )u+ es un gap espectral" )ue representa la energíanecesaria para transferir un electrón de un estado de ba$a

http://www.nature.com/http://www.abc.es/20120220/ciencia/abci-teoria-rayas-tigre-turing-201202200910.htmlhttp://www.nature.com/http://www.abc.es/20120220/ciencia/abci-teoria-rayas-tigre-turing-201202200910.html


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energía a un estado excitado" lo )ue hace un semiconductor#dem%s" este valor $uega un papel importante en muchosmateriales# Cuando el gap espectral se hace pe)ueño" esdecir" se cierra" el material puede cambiar a otro estado

totalmente diferente y convertirse en un s@per conductor#Una de las cuestiones m%s importantes en la b@s)ueda demateriales superconductores a temperatura ambiente o conotras propiedades de inter+s" consiste en utili.ar ladescripción microscópica del material para predecir suspropiedades macroscópicas" seg@n explican los autores deltraba$o en un comunicado# &ero el nuevo estudio muestrauna limitación fundamental en este enfo)ue# Utili.andomatem%ticas so*sticadas" los autores han demostrado )ue"

aun disponiendo de una descripción microscópica completade un material cu%ntico" determinar si tiene o no gapespectral es un problema indecidible#

,lan ;uring es conocido por su papel en la descodi*caciónde la m%)uina !nigma 4explica ;oby Cubitt" investigador delUniversitiy College of London :UCL


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materia :el llamado modelo est%ndar de la física departículas< tiene un gap espectral# Los experimentos de físicade partículas" como los )ue se desarrollan en el C!'" y lassimulaciones en supercomputadores" indican )ue en este

caso sí existe un gap espectral# 1in embargo" todavía no hayuna demostración matem%tica de la cuestión" conocida comola conjetura del salto de masa de +ang-,ills. Quien laencuentre recibir% un millón de dólares de premio delnstituto %lay de ,atem(ticas" )ue seleccionó elproblema como uno de los siete problemas del ,ilenio#,Aay casos particulares del problema )ue sí tienen solución"aun)ue la formulación general sea indecidible" por lo )ue a@nes posible )ue alguien gane el millón de dólares# &ero nuestro

resultado abre la posibilidad de )ue algunos de los grandesproblemas de la física teórica no tengan solución-" añade elinvestigador ;oby Cubitt :UCL

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