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Jou
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Mensajepor Jou » 27 Jun 2008, 18:32

Perdón por seguir abundando en este tema.

¿Qué tamaño tiene la singularidad central de un agujero negro? Responder esa pregunta supone dar respuesta a otras cuestiones fundamentales: ¿Hasta cuanto es posible comprimir la materia? ¿Existe un límite que no pueda ser sobrepasado? ¿Puede un objeto tener densidad infinita?

No es fácil dar respuesta a esas cuestiones. Lo primero que debemos saber es que la materia se compone esencialmente de... VACÍO!!!

Tomemos como ejemplo un pedazo de hierro. A simple vista parece algo muy sólido. Intentar comprimirlo con las manos es por supuesto imposible, pero incluso si lo someto al esfuerzo de una prensa, parece que tampoco se va a dejar comprimir fácilmente... parece más dispuesto a quebrarse y romperse en pedazos, antes que a dejarse comprimir.

Si pudiera mirar con un “super-microscopio” la composición de ese pedazo de hierro vería que está hecho de átomos. Pero ahora voy a ponerle más aumentos a mi “super-microscopio” y a mirar como están formados esos átomos; y es entonces cuando descubro el gran vacío.

Todos los átomos están compuestos por un diminuto núcleo central, formado por protones y neutrones, y una nube de diminutísimos electrones a su alrededor. Los protones tienen carga positiva, y los electrones la tienen negativa.
Casi la totalidad de la masa de un átomo se concentra en el núcleo (aprox. el 99,97%), pues los protones y neutrones son mucho más grandes y pesados que los electrones (1836 y 1838 veces más pesados, respectivamente).

El tamaño o volumen exacto de un átomo es difícil de calcular, ya que las nubes de electrones no cuentan con bordes definidos, pero puede estimarse razonablemente en 1,0586 × 10–10 m para el átomo de hidrógeno. Si esto se compara con el tamaño del núcleo del átomo de hidrógeno (compuesto únicamente por un protón), que es aproximadamente 1 × 10–15, se ve que el núcleo de un átomo tiene un diámetro 100.000 veces menor que el átomo mismo, y sin embargo concentra prácticamente el 100% de su masa.

Para efectos de comparación, si un átomo tuviese el tamaño de un estadio, el núcleo sería del tamaño de una canica colocada en el centro, y los electrones, como partículas de polvo agitadas por el viento alrededor de los asientos.

Vemos pues que los átomos se componen esencialmente de vacío: toda la materia se concentra en un diminuto punto central.

Entonces, ¿porqué mi pedazo de hierro no se deja comprimir? La respuesta está en la carga positiva que los protones le confieren al núcleo. Al igual que ocurre en un imán, los polos iguales se repelen, y los núcleos atómicos rechazan acercarse unos a otros.

El tamaño de cualquier astro es un punto de equilibrio entre la fuerza de la gravedad, que tiende a comprimir la materia, y la acción de otras fuerzas que empujan en sentido contrario.

Tomemos por ejemplo la Luna. La acción de la gravedad debería comprimir la materia. Sin embargo, la fuerza que en sentido opuesto ofrecen los protones de los núcleos atómicos es suficiente para detener a la gravedad.

Vamos ahora a aumentar la fuerza de esa gravedad. ¿Cómo? Añadiendo más masa. En una estrella como el Sol, la fuerza de la gravedad es suficiente para provocar que, en su centro, los núcleos de los átomos de hidrogeno se acerquen entre sí hasta fusionarse. Sin embargo, esa fusión nuclear produce energía. En nuestra estrella, son las reacciones nucleares que se producen en su centro las que proporcionan la energía que empuja en sentido contrario para contrarrestar a la gravedad.

Una vez agotado todo el combustible, ya no hay ninguna fuerza que empuje en sentido contrario, y el núcleo de la estrella se contrae hasta alcanzar un volumen similar al de la Tierra, pero con una masa 300 veces superior: es una enana blanca. Pero, ¿porqué no se contrae más? Pues porqué a los electrones, que tienen carga negativa, tampoco les gusta que les compriman acercándolos demasiado entre sí; estos se rechazan los unos a los otros, y esa presión es suficiente para contrarrestar la fuerza de la gravedad.

Sin embargo, en algunas estrellas muy masivas, después de explotar en forma de supernova, el núcleo se comprime mucho más; reúne en un diámetro de 15 Km. la masa de 1,4 soles: es una estrella de neutrones. La gravedad consigue superar la fuerza de repulsión de los electrones, combinando estos con los protones para formar neutrones. Aun así, la contracción también se detiene, pues a los neutrones tampoco no les gusta que les compriman demasiado, también se rechazan entre sí.

Sin embargo, ¿que ocurre cuando la masa es tan grande que la gravedad también es capaz de vencer la repulsión de los neutrones? La estrella se seguirá comprimiendo, transformándose en un agujero negro. Aún tiene mucho espacio vacío para comprimir, pues en realidad el neutrón tampoco es un cuerpo sólido, sino que está compuesto por la unión de tres partículas llamadas quarks. El diámetro de un quark es una centésima parte del tamaño total del neutrón.

Así pues, en un agujero negro la gravedad va a seguir comprimiendo la materia. ¿Dónde está el límite a esa compresión? ¿Hay alguna fuerza que la detenga? ¿Cómo se comportan los quarks cuando intentan comprimirlos entre sí? Mis conocimientos sobre el modelo estándar de física de partículas son muy rudimentarios, así que yo no tengo la respuesta a esa pregunta. Si no existe ninguna otra fuerza que ponga freno a la gravedad, la singularidad tendrá tamaño 0. Pero si existe, entonces tendrá un tamaño positivo (pequeño, pero positivo).

De todos modos puede que la respuesta no debamos buscarla en la materia, sino en el tiempo. No soy un entendido en Relatividad General, pero teóricamente, cerca de un cuerpo masivo el tiempo se ralentiza, y en una singularidad espacio-temporal (como las que existen en el interior de los agujeros negros) la densidad de masa-materia y el campo gravitatorio tienden al infinito, lo que provoca la congelación del tiempo. Así pues una partícula que se acercara a la singularidad central de un agujero negro nunca conseguiría llegar hasta allí, pues cuanto más se acercara, más lento transcurriría el tiempo.

Xoelopez
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Mensajepor Xoelopez » 28 Jun 2008, 00:36

Jou, espléndida explicación :shock: :shock: He visto la luz. Gracias :D

Qué es la singularidad del AN? El núcleo? El lugar donde está concentrada toda la materia? Me parece que es esto último.

Pero, a ver, cómo puede tener tamaño 0 la concentración de todos los átomo de una estrella enorme??? Tendrá un tamaño muy, muy pequeño, pero lo tendrá. Si tiene tamaño 0 es que no existe :? Es difícil de imaginar, sí :oops: Si tiene tamaño 0 :? , la densidad será infinita, claro, pero eso también es difícil de imaginar.
Es que sólo hay dos cosas infinitas: el universo y la estupidez humana, y de lo primero Einstein no estaba muy seguro :D :lol: De la densidad de la singularidad de un agujero negro no hablaba :lol:

Saludos :)
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alshain
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Mensajepor alshain » 28 Jun 2008, 06:35

Lo que sabemos es que en el marco de nuestra teoría clásica (y no cuántica) de la gravitación la singularidad tiene tamaño nulo. Si tuvieramos una teoría cuántica de la gravitación podría resultar en efecto que la singularidad tuviese un tamaño no nulo, pero también es imaginable que la noción de espacio y con ello la de tamaño, que tenemos de la teoría clásica, deje de ser válida y consiguientemente decir que el tamaño es nulo no sea quizás tan incorrecto. Esto respecto del tamaño de la singularidad si existe como tal. Luego, lo que también ocurre en algunas situaciones es que la singularidad no se forma porque existe alguna fuerza que lo impide, como explico aquí en mi blog. Creo que esa entrada biene muy bien al tema, así que recomiendo su lectura. Lo usual con materia bariónica va a ser no obstante la formación de una singularidad si nos atenemos a las interacciones que conocemos.

Por ejemplo, en el caso de quarks, como el último estado material antes de la formación de un agujero negro, la única fuerza que razonablemente se va a oponer a la formación de la singularidad es la presión de degeneración (véase entrada de mi blog), ya que la fuerza de Coulomb entre ellos no es necesariamente repulsiva al tener ellos cargas positivas y negativas. Por contra, consideremos por ejemplo un gas de electrones únicamente: ellos sólo se repelen electroestáticamente. La gravitación, si la masa es muy grande, tenderá a comprimirlos, pero en principio se puede argumentar que a cortas distancias la fuerza electroestática es muchos órdenes de magnitud mayor que la gravitatoria. Sólo si los electrones se ven forzados a cambiar su identidad debido al peligro de violación del principio de exclusión, la singularidad se formará al ser los electrones partículas elementales que no se pueden descomponer en otras. Desconozco estudios sobre gases de electrones únicamente, pero sería interesante ver qué fenómeno actúa en qué punto del colapso gravitacional.

Un saludo.

Guest

Mensajepor Guest » 28 Jun 2008, 10:59

Alshain: tu fidelidad para con los conocimientos científicos de mayor aceptación, es admirable. No te apartas en tus postulados ni un milímetro de lo que pueda suponerse conocido. Jamás extrapolas, al menos en tus escritos públicos. Un aplauso, por ello.

Si embargo, los foreros con gran deficiencia de estos conocimientos, ávidos de ir más allá, recibimos el castigo de tu silencio.

¡ Cómo nos gustaría leer en tus artículos, conceptos que idearas, como conclusiones provisionales de lo por ti asumido como más cercano a la realidad.!

Aunque los expusieras, como suposición sin valor, serían siempre mejores que los imaginados por nosotros. Al fin y al cabo, la base que usamos para extrapolar, es ridícula comparativamente con la que posees.
Y entiendo por ello, tu falta de correcciones a lo que expongo, cuando al menos no patentizan contravenciones.

En el artículo de tu blog, das razón de las posibilidades contempladas para los bosones sin mencionar las cuerdas.

Las últimas, supongo deben formar parte de tu estudio, no decidiéndote aún por conclusiones.

Saludos del Abuelo. :D

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