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ConceptosUn boleto para viajar en el tiempo.La energía negativa proviene del llamadoPrincipio de Incertidumbre de Heisenberg,que demanda que la densidad de energíade cualquier campo, como el eléctrico yel magnético, fluctúe aleatoriamente auncuando, en promedio, esa magnitud seanula como en el caso del vacío. El vacíocuántico nunca se acaba, al menos en elsentido clásico del término.El mecanismo de la llamada evaporaciónde los agujeros negros ⎯predicha por StephenHawking en 1974⎯ que, en sí misma,parece una contradicción ⎯ya quenada podría escapar de ellos⎯ involucraenergía negativa. Pero no hay contradicción:la energía positiva saliente, que seobserva como radiación emitida, está balanceadapor un flujo de energía negativaentrante a causa de la tremenda distorsióngravitatoria que produce el agujero negroen el espacio-tiempo circundante y, así,el valor disponible de la energía total semantiene a salvo.Otro escenario en el que la energía negativaes protagonista es el de los agujerosde gusano (Ver EXACTAmente No. 30,pag. 34) o atajos del espacio-tiempo quepermiten conectar dos sitios y dos momentosmuy alejados entre sí. A fines delos ‘80 el físico Kip Thorne (MIT, EstadosUnidos) y varios colegas concluyeronque estos túneles podrían fabricarsetan grandes como para permitir el paso deun hombre o una nave espacial. El hechoes que, para evitar el colapso del túnel ymantenerlo abierto se necesita una energíagravitacionalmente repulsiva en suinterior, lo cual se lograría con la llamadamateria exótica de energía tan negativacomo la que hay entre las placas del efectoCasimir.función de la distancia entre ellas.”, explicaMazzitelli. En ese punto, la mecánicacuántica mete su cola probando tenerla habilidad de confundir la intuición delos hombres y, así, es posible disponer deenergía por unidad de volumen menorque la nada, o sea negativa. (Ver Recuadro“Menos que...”). “La energía, que esnegativa, se hace más negativa cuantomás cerca estén las placas y, como la Naturalezaprefiere ir al estado de mínimaenergía, la fuerza se hace más atractivaminimizando la distancia”, explica Mazzitelliy agrega: “esta fuerza, de origencuántico que domina en cortos alcances,incluso por sobre la fuerza electrostáticao coulombiana, sigue siendo de naturalezaelectromagnética pero aparece entreobjetos descargados o neutros”.“Si las placas metálicas no están a distan-cia fija, sino que se aceleran relativamente,la teoría predice la emisión de radiaciónelectromagnética o fotones, lo cuales toda una rama de estudio de la energíade Casimir”, amplía Mazzitelli. Lo impactantede este fenómeno terrenal esque está en un total y llamativo acuerdocon la formulación de la llamada evaporaciónde los agujeros negros postuladapor Stephen Hawking en los 70.No solo de teoría vive el físicoA los pocos años de la predicción de Casimirpara las placas conductoras, comenzarona montarse los primeros experimentospara comprobar la esperada atracción.Marcus Spaarnay, de la Philips, logró demostrarlaen 1958 aunque con grandeserrores experimentales. Recién en 1973 seregistró el primer experimento que ajustócon considerable precisión, pero fue SteveLamoreaux (Laboratorio Nacional de losÁlamos, Estados Unidos) quien, en 1997,se llevó los lauros por alcanzar el primeracuerdo satisfactorio entre la teoría y elexperimento. “La medición de la fuerza,con péndulos de torsión, microscopios defuerza atómica y dispositivos microelectrónicos,actualmente alcanza una precisión,en algunos experimentos y según lo quereportan sus autores en la literatura científica,menor al 1%”, enfatiza Mazzitelli.En lo que a las aplicaciones se refiere, Mazzitellianticipa: “Hay evidencia de queesta fuerza va a ser relevante en el mediano20
La enigmática constanteNinguna observación cosmológica resultó sertan perturbadora como el descubrimiento dela llamada energía oscura, en 1998. Cuandolos físicos dicen que la energía es oscura,se refieren a aquella que parece diferir de laasociada a cualquier onda o partícula conocida.Si bien no se sabe demasiado qué es laenergía oscura, sus manifestaciones sobre laexpansión del universo son bien conocidas.El estudio de las explosiones de estrellas supernovasa fines de los ’90 indicaron que eluniverso se expande aceleradamente como siuna fuente esparcida por todos los rinconesdel espacio la motorizara.Técnicamente, los físicos dicen que la energíaoscura podría ser algo llamado la constantecosmológica. Constante, porque mantiene suvalor sin importar dónde y cuándo se la midao en qué estado de movimiento se encuentreel observador y, cosmológica, porque no tieneuna explicación u origen en términos de ondao partícula viajando por el espacio.Mucho antes de 1998, Einstein ya se habíatopado con razonamientos de este tipo ensus famosas ecuaciones, cuando intentabaque describieran un universo estático yeterno. Por su parte, la mecánica cuánticatambién tuvo algo que decir al respecto, quela energía del vacío estaría ligada a la constantecosmológica. Sin embargo, había uninconveniente: los cálculos que aportaba lamecánica cuántica llevaban a un valor de laconstante cosmológica compatible con unritmo de expansión tan frenético que ningunaestructura podría haberse formado en eluniverso. Y ahí quedó planteado el dilema: laconstante cosmológica actual mide un valorpositivo levemente superior a cero, el formalismocon el cual cuentan los físicos hoy endía no logra explicarlo, pero alrededor de laenergía del vacío podría estar la respuesta.Lo inimaginablemente pequeño y lo inimaginablementegrande tienen algo que los liga,ni más ni menos.plazo en dispositivos nanotecnológicos”.Se predicen tanto novedosas cintas adhesivasque emularán el uso que de la fuerzade Van der Waals hacen ciertas lagartijastropicales que no caen al caminar por loscielorrasos, como también micromáquinassin fricción con partes móviles quelevitarán, empleando los llamados metamaterialescon los cuales se puede lograrque la fuerza sea repulsiva.Acerca de las configuraciones geométricasque demandan los experimentos,Fernando Lombardo, profesor delDepartamento de Física de la FCEyNasociado con Mazzitelli en esta líneade investigación, ilustra: “Actualmente,nuestro grupo hizo nuevas propuestasteóricas que se realimentan con los resultadosexperimentales de un colegaitaliano con el que hay una colaboraciónmutua”. Si bien los experimentosprecisos del efecto Casimir involucranuna esfera y un plano ⎯ya que posicionardos placas perfectamente paralelases muy difícil⎯ Lombardo aclara queel hecho de que haya poca superficie enfrentadahace que las fuerzas sean muydébiles y esquivas de medir. “Desdevarios puntos de vista, parece entoncesmuy conveniente usar una combinacióngeométrica intermedia como la de uncilindro y un plano. Nosotros pensamosque con esta configuración se podríamedir la fuerza a distancias más grandesy también abordar algunos problemasabiertos tales como la dependencia dela fuerza de Casimir con la conductividadeléctrica o con la temperatura delos materiales”, concluye Lombardo.Hace unos cien años, los profesoresde las academias de Física sentenciaban,inapelables, que los átomos erandemasiado pequeños para ser observados,¿algún profesor se atreveríahoy a postular que nunca habrá unaIniciativa DHARMA que pueda manipularlas insignificantes fluctuacionesde la nada?Exactas va a la escuela:charlas gratuitas dedivulgación científica ypaneles de investigadoresde la Facultad de Exactasen los colegios.Programa de ExperienciasDidácticas: prácticasen los laboratorios paraalumnos secundarios.Visitas y recorridas porlos laboratorios de laFacultad.Charlas sobre cada unade nuestras carreras.La Dirección de OrientaciónVocacional de la Facultad deCiencias Exactas y Naturalesde la UBA organiza todas estasactividades pensadas paraalumnos de los últimosaños de los colegiossecundarios.Con distintas prácticas, todasellas apuntan a difundir lascarreras de ciencias entrequienes estén próximosa realizar su elecciónvocacional.Para más información, los directivos deescuelas, los docentes o los alumnospueden comunicarse con nosotros al4576-3337 o por correo electrónico adov@de.fcen.uba.ar21
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