CAPÍTULO 0- INTRODUCCIÓN : LA ESENCIA FÍSICA DEL UNIVERSO.
1.El Universo :La Esencia física, la Realidad física y las Ciencias físicas.
La Esencia Física es el conjunto de todo cuanto sostiene al Universo y constituye la propia naturaleza del mismo (lo que es) de manera que al llegar hasta nuestros sentidos o a nuestros aparatos receptores se convierta ya en Universo observable o Realidad Física. La Esencia Física o Universo tal como es, se sostiene de tres entes fundamentales legislados por el cuarto ente de las Leyes físicas . Los entes físicos de la Esencia Física son : Los actores del Universo que lo estructuran y adquieren protagonismo en sus evoluciones, es decir, los “entes tangibles” (como veremos, son la materia y la radiación) ; el escenario (elementos de ubicación) donde se extienden o evolucionan tales actores que son el espacio y el tiempo ; las relaciones de influencia mutua entre tales entes tangibles que son las“ interacciones”. Por encima y entre tales elementos, se encuentra el cuarto ente físico que son las Leyes Físicas que regulan las relaciones entre todos y que delimitan , de entre todas las posibilidades que la imaginación libre pueda idear, el comportamiento de los mismos frente a ellos mismos que nos muestra la experiencia observada o realidad física inmediata. Los “entes tangibles” son pues los elementos de la Esencia Física que poseen carácter de existencia , capacidad de presencia mutua y están ubicados en el espacio y en el tiempo , adquiriendo dos formas complementarias e interconvertibles que son la materia y la radiación. Los “entes ubicantes” son los elementos de la Esencia Física que permiten a la materia y la radiación, existir extendiéndose, cambiando y estableciendo influencias mutuas , dentro de un escenario espacial y a lo largo de una línea evolutiva temporal : El espacio y el tiempo. Los “entes interactivos” son los elementos de la Esencia Física que permiten a los entes tangibles establecer relaciones de influencia para manifestar su presencia mutua, dentro del escenario espacio-temporal: Son las fuerzas físicas y las energías físicas, en base a las propiedades físicas de la materia y la radiación. Las Leyes Físicas regulan a los elementos o entes anteriores de tal manera que los relacionan a todos para construir un Universo Cósmico, contrario al Caos. Así pues, la naturaleza (lo que es) del Universo o Esencia Física da carácter Cósmico al Universo (cosmicidad del Universo, ¿cómo se extiende y evoluciona?) , dispone de actores o elementos tangibles (tangibilidad del Universo, ¿qué se extiende o cambia?) , posee un escenario de actuación (ubicuidad del Universo ¿dónde y cuándo está o cambia? ) y concede un poder de influencia mutua (interaccionabilidad del Universo, ¿qué potencial tienen los elementos tangibles frente a ellos mismos para interinfluirse?) . Los tres elementos fundamentales de la Esencia física aportan “identidad” , “ubicación” y “manifestación” al Universo en su conjunto y a cada parte del mismo , siendo legislados coherentemente por las leyes físicas (orden o carácter cósmico).
En el conjunto del Universo formado por materia y radiación que se extiende por el espacio y evoluciona en el tiempo a la par que interaccionan mutuamente originando las estructuras y los fenómenos físicos , aparecen al final de la historia natural unos seres dotados de un organismo biológico que alberga una mente desarrollada que tiene la capacidad de captar información de su entorno (experimenta) y organizar dicha información (reflexiona), para encontrar regularidades en el funcionamiento de tal Universo inmediato o total : Lo experimentado con los sentidos adquiere un contenido mental : Nace la ciencia. Las leyes naturales, y en particular las leyes físicas, ocultas en la complejidad del Cosmos y que sostienen el funcionamiento del Universo , son objeto de investigación por parte de la inquieta mente humana. El ser humano experimenta , a grosso modo, parte de la dinámica universal. De la totalidad de lo que potencialmente puede experimentar, la parte que sí experimenta (dadas las limitaciones físicas de sus sentidos y de sus aparatos) se denomina “realidad observable” o “realidad física”. Dentro de este sector de dicha dinámica universal, la parte que puede comprender la expresa en un contenido denominado “teoría física”. La Ciencia (ciencias físicas) es una tentativa del ser humano para comprender y expresar lo comprendido sobre la realidad observable que está dentro de la totalidad o Esencia física. Como ejemplo, la historia del descubrimiento de las ondas electromagnéticas nos muestra la distinción entre esencia física, realidad física y teoría física .En la época de Newton, la realidad observable sobre la luz se limitaba al conocimiento del espectro visible y la teoría de su naturaleza corpuscular. A medida que la realidad física fue ampliándose ( carácter ondulatorio, carácter electromagnético, espectro de luces mucho más amplio), las teorías físicas sobre la luz fueron modificándose y reunificándose con otras partes de la física (con la mecánica, en la teoría de la relatividad , reunificación óptica ,electricidad y magnetismo, aspectos cuánticos y ondulatorios). El ser humano va acercando lo que sabe (ciencias físicas) a lo que es (esencia física) , ya que su realidad física se amplía (cada vez es más consciente y percibe más todo cuanto le rodea, gracias a la avanzada tecnología de sus instrumentos de observación y a su mente con esquemas teóricos más evolucionados ).Todo aquello que registramos “realmente” con nuestros sentidos, es decir, la percepción directa de luces, sonidos, tactos, sabores y olores ,e incluso, auxiliado con aparatos técnicos (microscopios, telescopios, termómetros, dinamómetros, etc, etc ) de detección o de medida, nos crea una imagen directa de la Realidad física que más bien es inmediata y cercana. La Realidad física es la orilla del Todo físico pues trata de una información muy limitada de todo cuanto es o todo cuanto ocurre a nuestro alrededor e inmediatamente . A diferencia de la Realidad física, la Esencia física es Todo cuanto sostiene a la limitada Realidad física. En este momento, hace unos segundos se tuvo consciencia de la Realidad global circundante que nos rodeaba pero no nos percatamos de la estructura microscópica de las cosas, ni de la composición vectorial de fuerzas, ni de las leyes de conservación, ni de una de las moléculas de dióxido de carbono que expiramos ,etc, etc : Esos aspectos que complementan y sostienen a lo “realmente” observado lo analizamos mentalmente más tarde cuando estudiamos la Física del Universo para construir los contenidos mentales (de la esencia mental) de las Ciencias Físicas gracias a algunas mentes inquietas que no se conforman con esa percepción superficial del mundo sino que quieren contemplar con los ojos de la mente y la sensibilidad del corazón, lo que sostiene al Universo, la Esencia Física .La investigación científica no es más que un viaje donde, en el mejor de los casos, nuestro conocimiento del Universo (teorías científicas) se va acercando asintóticamente a cómo es dicho Universo (esencia física) en un prolongado tanteo donde se perfeccionan tales conocimiento aunque siempre hay aspectos nuevos susceptibles de mejorar. Así pues, se vive de la superficie del Universo que es la Realidad física y la mente busca (y el espíritu anhela el encuentro) algo más allá, que es la Esencia física del Universo.
2.Los entes fundamentales de la Esencia física (naturaleza): Sus relaciones (Metafísica).
La Esencia física del Universo es la naturaleza o lo que es y lo que deriva de lo que, es el Universo. Es un concepto axiomático y globalizador del Universo : Axiomático porque es el primer concepto en el desarrollo de la comprensión de Todo cuanto físicamente experimentamos o sostiene nuestras experiencias ; es globalizador porque se refiere a todo el Universo en su conjunto y a cada una de sus partes observables o no. Su concepto en sí queda bastante vacío de significado (como el propio término “Todo”) y solamente lo adquiere con el desarrollo de lo que “es” a través de lo que deriva de él como son sus 4 elementos o entes físicos fundamentales que responden a las inquietudes básicas de la mente respecto a algo que puede existir (condición mínima para ser objeto de estudio): Ubicuidad, tangibilidad , interaccionabilidad y cosmicidad.
a)La Ubicuidad del Universo : El Espacio y el Tiempo.
La realidad física que nos rodea no nos muestra un Universo concentrado en un punto ni distribuido hacia el infinito como tampoco un Universo instantáneo que desaparece ni , probablemente, un Universo que siempre existió en el infinito del pasado. Contrariamente, el Universo se despliega en el espacio más allá de un punto aunque con fronteras finitas (como ya veremos en un futuro apartado), respecto al espacio. Respecto al tiempo, se presume que tuvo un inicio en un estado inicial en un cambio de estado inicial y ,actualmente, nuestro Universo ha adquirido una estructura global como suma de muchas estructuras locales. En definitiva, cada parte del Universo se encuentra en un lugar en el espacio que ocupa dicho Universo y en un momento, dentro de la sucesión de cambios que experimenta en la línea del tiempo. Este aspecto de la naturaleza o esencia física del Universo se denomina “ubicuidad” que asigna un escenario a la materia y la radiación para que se desarrollen los cambios y se construyan las estructuras físicas. Respecto a la mente, la ubicuidad responde a las preguntas de ¿dónde y cuándo están los actores físicos? O también, ¿cómo se extienden en el espacio o cómo son las estructuras espaciales que forman? ¿Cómo evolucionan o cambian tales actores físicos en el tiempo?. Por otra parte, el espacio permite que los actores físicos (materia y radiación) dotados de propiedades internas (masa y carga) extiendan su influencia por el infinito mediante las energías potenciales interactivas y, así , afectar al resto del Universo y ser afectado por este a través de las interacciones físicas y visualizarse a través del fenómeno del movimiento. El tiempo permite que la materia y la radiación se extiendan por el Universo en una gran diversidad de ritmos (velocidades, aceleraciones) que conllevan diversidad de energías de tipo cinéticas. El espacio permite la ubicación en puntos espaciales tanto de las partículas materiales como de las partículas energéticas que son concretados numéricamente por unas coordenadas tridimensionales medidas respecto a otro punto denominado “referencia o sistema de referencia”. El tiempo asigna un orden a la evolución de los cambios de posición de tales puntos. La asignación de tres coordenadas espaciales más una coordenada temporal a un punto físico se le denomina “suceso físico.” Suceso físico = Punto físico (3 coord.espaciales) + 1 coord. Temporal. Tanto el tiempo como el espacio son entes ubicantes interdependientes y forman parte de una tetradimensionalidad donde uno depende del otro y viceversa, como desarrolla la Teoría de la Relatividad Especial de Albert Einstein.
Otro aspecto de la Esencia física es la tangibilidad que responde a la pregunta ¿qué es lo que se encuentra en cierta posición y en tal momento, que está influyendo a todo el resto del Universo y se deja influir por este? : Son los actores físicos que pueblan el espacio y cambian en el tiempo, que poseen detalles o propiedades internas o externas gracias a las cuales ,por influencia o interaccionabilidad, mantienen unidos a todos en un Universo único en el escenario del espacio y el tiempo , con el poder físico de las energías y las fuerzas, desplegando dichas influencias a través de los campos interactivos de diversa naturaleza y desde cada partícula física hacia el resto del Universo. La tangibilidad del Universo queda físicamente representada en la Esencia física ,por una parte, a través de la materia y ,por otra complementaria, por la radiación. Estas dos caras de la tangibilidad no solamente son complementarias en sus propiedades fundamentales sino , a la vez, son interconvertibles .Tanto la materia como la radiación poseen masa y energía , están cuantizadas en partículas físicas independientes y las partículas materiales pueden transformarse en partículas de radiación y viceversa como ya se verá. Además, mientras las partículas materiales existen en reposo formando estructuras materiales, las partículas radiativas o de radiación no existen en reposo sino en movimiento a la velocidad máxima natural “C” única y límite ; contrariamente, las partículas materiales solamente pueden moverse desde la velocidad cero, en reposo, hasta dicha velocidad límite sin alcanzarla. La tangibilidad está íntimamente relacionada con el concepto de “existencia física” de manera que la existencia física es sinónimo de estar dotado de masa/energía (que son dos aspectos complementarios) independientemente de si tal ente tangible interaccione o no con el resto del Universo.
El tercer aspecto o elemento de la Esencia física es la capacidad que poseen los entes tangibles de influirse recíprocamente o interaccionar entre pares de partículas físicas ya sean materiales o de radiación. Cada partícula, por el hecho de existir (poseer energía , poseer propiedades másicas o de carga fundamentales internas) ya generan en todo el espacio infinito circundante un campo de interacción potencial (tanto de fuerzas o campo vectorial como de energías o campo escalar) con capacidad de influir sobre cualquier otra partícula que se halle en él. Las propiedades internas de las partículas físicas como la masa o la carga eléctrica, dan como consecuencia su influencia sobre todas las demás del Universo e, inversamente, todas las demás influirán sobre ellas (simetría de la acción y reacción, o “interacción física”). La interaccionabilidad se manifiesta desde un punto de vista mecánico dinámico a través de los campos interactivos vectoriales (inercial-gravitatorio y electromagnético),de modo potencial haciéndose ya real a través de una acción denominada “fuerza física total” la cual induce a la partícula afectada a comportarse cinemáticamente en el escenario espacio-temporal, por medio de la aceleración. Por otra parte, complementariamente, tal interaccionabilidad se manifiesta desde un punto de vista mecánico energético a través de las energías asociadas a las propiedades internas de las partículas(energía inercial de reposo interna) , a la energía asociada al espacio-tiempo (energías cinéticas o inerciales de movimiento) y energías asociadas a los campos interactivos escalares ( gravitatorias y electromagnéticas , amén de energías nucleares) cuyos efectos se hacen reales con la energía total de la partícula física en el espacio-tiempo , por medio de los valores de sus posiciones y sus velocidades. Los campos escalares y vectoriales interactivos, son regiones alrededor de cada partícula física que “potencialmente” pueden afectar a quienes pasen por las mismas y , al pasar realmente otra partícula, se garantiza la interacción entre ambas, actuando las fuerzas físicas y las energías físicas, ambos aspectos de la interacción complementarias y codependientes físicamente. El concepto de “presencia física” está íntimamente relacionada con el de interacción : Un ente tangible debe existir (poseer en sí mismo masa/energía) para tener presencia física frente al resto del Universo con el cual debe interaccionar (gravitatoria, electromagnética o nuclearmente). Si dos Universos existen por tener masa/energía pero no interaccionan ni gravitatoria ni electromagnéticamente, se dice que son dos universos “paralelos” (absolutamente independientes, sin presencia mutua) ; si solamente tienen contacto gravitatorio, son “universos tangentes” (una sola presencia gravitatoria) y si , además, uno tiene contacto con el otro por ondas electromagnéticas, se dice que son universos secantes o , simplemente, son dos universos de un mismo Hiperuniverso o, ambos no son más que dos partes de un mismo Universo (presencia gravitatoria y electromagnética , presencia a lo lejos pero presencia mutua).La presencia de un ente tangible frente a otro es sinónimo de interacción mutua y esta interaccionabilidad de la esencia física del Universa es fundamental para que este sea tal como es, un conjunto conexo formando una entidad totalitaria donde todo se relaciona con todo.
Se denomina Universo al Todo formado de partes que están interrelacionadas o interafectadas que evolucionan determinando diversas configuraciones o estados (estructuras espaciales) y la sucesión de tales estados en la línea del tiempo forman la evolución o historia del Universo pero siempre formando una única entidad donde, como sabemos, al menos es la gravedad o es la iluminación con ondas electromagnéticas las que mantienen todo bajo un mismo puño, todo bajo una única Unidad física , es decir, el Universo. Los elementos o aspectos fundamentales del mismo no se distribuyen ni cambian ni se afectan mutuamente de forma arbitraria sino que sigue una normativa natural denominada “las leyes físicas” que son independientes del espacio (son universales) y del tiempo (son eternas) . Esta propiedad del Universo se denomina “Cosmicidad “ del mismo. La Cosmicidad del Universo es la cuarta columna que sostiene la Esencia física siendo aún mejor, la columna de las columnas ya que es el aspecto que legisla las relaciones entre el Espacio, el Tiempo, la Materia , la Radiación , las Fuerzas y las Energías , dotándoles de estructura interna (cuantificación, física cuántica ; partícula y campos interactivos, física de campos ,Mecánica) , de límites físicos (la velocidad de la luz, Relatividad; límites cuánticos, Física cuántica) , de propiedades (másicas, eléctricas, corpusculares, ondulatorias), leyes de estructura y de evolución (principios de conservación, principios de distribución ), constantes físicas ( interactivas, cuantos de masa , carga y acción , las constantes de inicio cósmicas como el radio original, carga eléctrica parcial o la energía puntual de las partículas originales) ,etc. En el Universo existe un orden inherente por lo que el Universo no es un Caos sino es un Cosmos aunque este aspecto de su esencia física no se refleja en la percepción real en nuestras vidas porque, dada la enorme complejidad de la fenomenología de la Naturaleza, a veces aparenta cierto caos ante nuestros sentidos y ante nuestras mentes. Es nuestra labor separar unos elementos de otros para ver la relación pura o directa entre dos de ellos (objetivo de los experimentos físicos) y luego componer todas esas relaciones en nuestra mente para crear un contenido mental o Teoría física (que intente, al menos, acercarse a las ocultas leyes de la naturaleza que forman parte de esa Esencia física del Universo).Desde el desconocimiento absoluto de los elementos y las leyes del Universo hasta su conocimiento más pleno existe todo un largo camino de investigación que siempre parte de esquemas erróneos ,infantiles, mitos, supersticiones, pseudociencias, etc, hasta colocar al mundo natural como objeto de estudio por la mente humana en base a la reflexión y a la experimentación (nacimiento de la ciencia) y acercar asintóticamente lo que se conoce o se cree (teoría) a lo que es (esencia física). Se puede decir que las leyes de la naturaleza son las reglas por las cuales se rigen la materia ,la radiación ,el espacio, el tiempo, las fuerzas y la energía, en interrelaciones mutuas y tales leyes son el objeto de comprensión por parte del científico que partiendo de su experiencia física va “montando un esquema de ideas “(experiencia mental) , que es la teoría física, que siempre es provisional pero que se acerca cada vez más a una completa y fiel descripción de la naturaleza (en esta constante aproximación entre nuestro interior y el mundo exterior ,encontremos un auténtico nexo entre el ser humano que busca y su Universo conquistado).
Los entes físicos como el espacio, el tiempo y los puntos físicos (dotados de masa y carga eléctrica) se evalúan cuantitativamente en ciertos valores independientes: Son las dimensiones físicas. Para el estado de inexistencia como el punto de vacío o el estado de Nada ,antes del origen del Universo, se le asigna la “dimensión 0”. En este estado no hay entes tangibles (no hay materia ni radiación), no hay espacio distinguible (no hay nada que distinguir) y no hay tiempo (no hay cambio que distinguir). El Universo, al pasar del estado de Nada a su primer estado de Todo, esa primera estructura o protouniverso con ese primer cambio radical hacen nacer al propio tiempo ( sinónimo de cambio, el Tiempo es la 1ª dimensión física) y al propio espacio (se distinguen puntos físicos distribuidos con tres dimensiones más) que aparece poblado de partículas físicas ,amén de que empieza a interaccionar todo con todo. Esa estructura original está constituida por entes tangibles (materia y/o radiación) dando lugar a las dos dimensiones que derivan de estos entes protagonistas de la Historia del Universo , en sus dos valores fundamentales : La 2ª dimensión que es la masa de la materia y la radiación (medida del grado de existencia y de presencia de los mismos) y la 3ª dimensión de la carga eléctrica (signatura de la materia y la radiación). Estos entes se extienden en el escenario espacial en tres dimensiones independientes : Son las dimensiones 4ª,5ª y 6ª que completan las dimensiones físicas de nuestro Universo físico Único y Cósmico. Si hubieran otros Universos de existencia intrínseca propia pero sin presencia respecto al nuestro, tendríamos Universos paralelos de tal manera que un conjunto de Universos paralelos, sin presencia mutua, pueden desarrollarse en una 7ª dimensión , especulación que no pertenece a los Fundamentos Físicos del Universo nuestro, porque tales supuestos Universos paralelos no tienen contacto físico con el nuestro y están fuera de toda la cosmicidad del nuestro. La mínima condición para que algún ente físico pertenezca a nuestro Universo es que exista (que posea masa/energía en sí mismo) y que se vea afectado por el mismo e inversamente, afecte al resto de nuestro Universo, misión que tienen las interacciones gravitatoria y electromagnética (y confinadamente, las nucleares). Si ni siquiera ese ente (llamémosle Universo paralelo) tiene interacción óptica ni gravitatoria con nuestro Universo, entonces, aunque tenga existencia en sí mismo, no tiene presencia respecto a nuestro Universo y , por ello, no es nuestro Universo. A efectos físicos, no existe respecto a nosotros al no tener presencia (no interacciona) frente a nosotros (análogamente a como una recta paralela a otra no tiene contacto o presencia mutua, de ahí el término de universos paralelos).
Un Universo (y todas y cada una de sus partes integradas) está inmerso en un mismo escenario espacial o espacio tridimensional ; a medida que evoluciona, ordenadamente en el tiempo unidimensional, adquiere distintos “estados o configuraciones” ; está configurado por partículas cuánticas con dos valores independientes : Valor cuantitativo que determina el grado de existencia o presencia que es la masa y valor cualitativo-cuantitativo que determina la signatura que es la carga eléctrica. El conjunto de estos seis valores constituyen las seis dimensiones básicas de todo ente físico en un Universo ( 1 coordenada temporal , 2 valores intrínsecos de las partículas como son la masa y la carga, y 3 coordenadas espaciales). Cuando el ser humano investigador quiere evaluar cuantitativamente el mundo natural trata de parametrizar la realidad mediante magnitudes físicas diversas para descubrir relaciones físico-matemáticas básicas para la comprensión de las leyes naturales. Pues bien, toda clase de magnitudes físicas no son más que combinaciones (lógicas, algebraicas, integro-diferenciales o geométricas, etc) de los valores de las 6 dimensiones físicas anteriores. A las magnitudes que miden las 6 dimensiones se las suele denominar en Metrología , las magnitudes fundamentales y a todas las demás , las magnitudes derivadas. Además, como el espacio es un ente dotado de una triple dimensionalidad cada uno de sus puntos o de sus direcciones deben ser determinadas por tres números aritméticos , o bien, por un número o módulo “orientado” con ángulos y por esta necesidad de ser orientados muchas magnitudes vinculadas al espacio reciben el nombre de “magnitudes vectoriales” (posición, velocidad, aceleración, fuerza, campos vectoriales ,etc ). Las otras tres dimensiones están definidas solamente por un único número cuyas magnitudes dentro del espacio son de carácter “isótropo” (mismo valor hacia todas las direcciones), recibiendo el calificativo de magnitudes “escalares”. En el caso del tiempo , este es unidimensional , positivo y uniformemente creciente ; en el caso de las propiedades fundamentales tangibles, la masa es unidimensional positiva(aunque también puede ser negativa y nula) y la carga eléctrica es unidimensional positiva, negativa o nula. Tenemos con lo anterior, el carácter de “isotropía” relacionado con el tiempo, la masa y la carga, pues estas propiedades fundamentales físicas tienen el mismo valor en todas las direcciones que se tomen del espacio (de ahí que se caractericen por un único número, es escalar); sin embargo, el carácter “no isótropo” de la posición y todas las propiedades espaciales derivadas (como desplazamientos, velocidades, fuerzas, campos interactivos, etc ) hace que estas se definan por tres números, son vectoriales).
Como se verá más adelante, los valores de cada dimensión física están cuantificados de tal manera que poseen cantidades mínimas no nulas : Para el espacio, tenemos la distancia cuántica de Planck; para el tiempo, el tiempo de Planck ; para la masa, tenemos el espectro de masas estables mínimas de las partículas estables ; para la carga, tenemos la carga cuántica de tales partículas, como la del electrón. Esta estructura granular básica es clave para explicar la fenomenología del Universo tal y como la realidad física nos la presenta.
*Figura nº 2 .
4.La experiencia física: La potencialidad, la realidad y la observabilidad física.
La Esencia física es la naturaleza física del Universo que está sustentada por el lado ubicuo del espacio y el tiempo, el lado tangible de la materia y la radiación y el lado interactivo de las fuerzas y la energía y, envolviendo a todo, la legislación cósmica , de manera que el conjunto constituye el Universo en todos sus rincones, leyes y características. Estos son los Fundamentos Físicos que sostienen al Universo. En ellos hay valores potenciales y valores reales. Los valores potenciales físicos son los que existen en el escenario espacio-temporal poblado de partículas físicas que aún no se manifiestan hasta que efectivamente pase otra partícula que visualice un efecto registrable. El ejemplo más sencillo es el siguiente: A tu alrededor existe un campo de aceleraciones gravitatorias pues, en este escenario espacio-temporal, existe una partícula compuesta como el planeta Tierra que crea a su alrededor un campo gravitatorio de carácter potencial, que se hará real cuando dejes caer un objeto y veas que cae a esa aceleración de 9,8 m/s2 :Lo potencial se ha hecho real. Todos los campos interactivos vectoriales son potenciales así como los potenciales interactivos escalare de sus energías. Basta con colocar una partícula para averiguar la realidad de la potencialidad. Lo oculto se hace visible u observable. Esta propiedad de la Esencia física se denomina “potencialidad” y está absolutamente generalizada en todos los aspectos físicos del Universo. Aquí vamos a distinguir entre Esencia física potencial o Potencialidad y Esencia física real o Realidad: La Esencia es la descripción de la naturaleza (qué es o cómo es) del Universo , esté oculta a nuestros sentidos o a nuestra comprensión o no ,la Potencialidad es un estado de las cosas que inducirá a un hecho real mientras que la Realidad física es la parte de la Esencia que llega hasta nuestros sentidos y podemos captarla directamente o bien llega a nuestra comprensión en nuestras mentes. En este caso sería Realidad observable y comprensible , y será objeto de estudio obteniendo un contenido mental de la misma que llamamos Teoría física. De toda la Esencia física, parte la podemos observar y de toda esta Realidad observable, parte la podemos comprender y a esta Realidad comprensible, la intentamos organizar en contenidos denominados “Ciencias naturales”.
Todos los aspectos físicos del Universo no pueden ser registrados por nuestros sentidos o nuestros aparatos de cierto nivel tecnológico. A nuestro alrededor ocurren innumerables fenómenos que no podemos percibir bien por limitaciones sensoriales o tecnológicas o por principios fundamentales de la física. Aquí se distingue el Universo esencial ( todos los aspectos registrables o no del Universo) y el Universo observable que podemos medir o captar bajo los límites de la naturaleza o bajo los límites tecnológicos actuales. La Historia de la Ciencia está llena de casos donde nos muestra la anterior distinción, unas veces resuelta por el avance de la tecnología y otras no resuelta por imposibilidad natural. El ejemplo más atractivo es la imposibilidad de superar la velocidad de la luz o la de medir la velocidad de la Tierra desde ella (experimento de Michelson-Morley), o bien, un ejemplo sencillo y casero: Con un partido de billar, dentro de la mesa de juego, demostrar la enorme energía potencial que tienen las bolas si se realiza en el ático del Empire Square de Nueva York .No se puede detectar aun teniendo todos los cuerpos una enorme energía potencial gravitatoria. No podemos detectar las galaxias al otro extremo del Universo porque la luz aún no ha llegado ( la parte del Universo cuya luz sí ha llegado a nosotros se denomina Universo observable y la otra parte, no observable). No se puede registrar el peso de un neutrino , quizás no puedan registrarse los gravitones u ondas gravitatorias, no se pueden detectar los quarks dentro del protón , etc,etc. Pero ¿por qué admitimos la existencia de supuestos entes físicos que no podemos observar directamente o, al menos, con los mejores aparatos de que disponemos? .Porque la mente, en base a los esquemas teóricos que disponemos así nos lo sugiere: Si la realidad física nos lo niega , la esencia física nos lo concede en base a la “coherencia de las observaciones experimentales y las reflexiones teóricas” , aun teniendo ciertos riesgos. Es parecido al siguiente ejemplo sencillo : Observamos un hecho curioso que consiste en que cada 10 minutos exactos se enciende una luz en el horizonte y llevamos experimentándolo un par de meses. Acaba de encenderse el último, yo afirmo que dentro de 10 minutos se encenderá de nuevo sin experimentarlo aún (se trata de una “predicción” fundamentada en la experiencia). Expongamos mejor dos ejemplos de la historia de la ciencia: Halley averiguó en los archivos de la Astronomía que cada 76 años llegaba un cometa y admitió que se trataba del mismo y predijo las futuras fecha de su llegaba acertando todas. Otro ejemplo : Mendeleiev ordenó los elementos químicos en una tabla regular ordenados por su masa atómica pero había unos huecos que no pertenecían a ningún elemento encontrado. Predijo que se trataban de dos elementos no encontrados y aportó su masa. Al poco tiempo se descubrieron tales elementos con las masas predichas por él. En resumen, tenemos que ,en primer lugar, se tiene un escenario espacio-temporal poblado de entes tangibles de partículas físicas con posibilidad de afectarse mutuamente a través de los campos interactivos (potencialidad), que luego se afectan de manera real a través de las fuerzas y las energías, que esto se traduce en la consecuencia de los movimientos en el espacio y el tiempo (realidad) para, finalmente, tal hecho sea percibido por medio de señales ópticas y constituya la experiencia física (observabilidad). En un lugar-momento en el escenario espacio-tiempo y en base a las leyes físicas con que funciona el Universo, cabe la posibilidad de ocurrir algo (posibilidad, con cierta probabilidad de que ocurra un fenómeno) : Potencialidad. Si por ese lugar pasa una partícula física (material o radiativa) se cumplirá lo que las leyes estipulen(fenómeno real ejecutado) : Realidad. Ese acto natural confirmado enviará señales , luminosas, para que un observador con sensores reciba información de tal fenómeno : Observabilidad. Tal información, captada por lo sentidos, será procesada (comprendida) por un observador que tiene , además, un cerebro desarrollado suficientemente: Inteligibilidad. “La Ciencia es una actividad intelectual donde trabajan en perfecta armonía la experimentación (empirismo) y la reflexión (racionalismo) , con gran dosis de humildad dada la complejidad del mundo natural y la posibilidad de perfeccionar y corregir los logros alcanzados hasta el momento”.
Los elementos tangibles establecen relaciones de influencia en el marco del espacio y el tiempo, estando todos estos aspectos de la Esencia física regulados por las leyes físicas dando carácter cósmico al Universo. Las leyes físicas son unas normas naturales que relacionan todos los rincones del Universo en todos sus aspectos. ”Las leyes físicas se cumplen en todos los puntos del espacio ,en todos los momentos del tiempo y entre todos los entes tangaibles, dentro de los límites que ellas impongan”. El esquema conceptual de una ley física del tipo causa-consecuencia consiste en una “implicación lógica”, es decir, “si P entonces Q”. Significa que si en el Universo en su conjunto o en alguna parte ya sea microscópica o macroscópica, se cumplen las condiciones dadas en la sentencia P , automáticamente se va a verificar la sentencia expresada en Q. Vemos algunos ejemplos: “Si la resultante de las fuerzas sobre un cuerpo es cero, entonces, dicho cuerpo permanecerá en reposo o en movimiento uniforme y rectilíneo”. Si comprobamos que sobre este cuerpo se cumple la primera parte, la consecuencia será que se cumpla la segunda parte.
Ejem: Si entre dos cuerpos en contacto térmico existe una diferencia de temperaturas, pasará energía térmica o calor desde el más caliente al más frío.
Ejem. Si entre los extremos de un hilo conductor existe una diferencia de potencial , pasará una corriente eléctrica.
A estos enunciados cualitativos se le puede añadir una información cuantitativa como que el calor de paso es proporcional a dicha diferencia de temperaturas o que la intensidad de corriente es proporcional a la diferencia de potencial eléctrico.
Estas leyes son leyes de causa-efecto o leyes de evolución enunciadas cualitativamente (lenguaje verbal) o cuantitativamente (lenguaje matemático) expresando las ecuaciones físicas correspondientes o “fórmulas físicas”.
Las leyes físicas no son enunciados aislados sino que están totalmente integradas en un esquema general, dentro de una Teoría o en el esquema de las Ciencias Físicas. Una ley física que constituya la base de una teoría o de la mismísima Física general y que sirve como inicio o principio en la explicación de todo el esquema teórico se denomina ”principio físico”. La Teoría especial de la Relatividad descansa sobre los dos principios de la relatividad especial o la Teoría dinámica de Newton descansa sobre sus tres principios dinámicos o la Termología descansa sobre sus 4 principios termodinámicos o la Física Cuántica descansa sobre los principios cuánticos de Planck. A partir de los principios se construye toda la teoría con leyes derivadas, aplicaciones a todos los rincones de la Física o de otras ciencias y aplicaciones prácticas a la Tecnología.
Otros tipos de leyes determinan cuantitativamente algunas magnitudes importantes de la Física como por ejemplo la Ley de la gravitación universal de Newton , la ley de la fuerza elástica de Hooke, la ley eléctrica de Coulomb o magnética de Biot-Savart ,son leyes de campos interactivos o de estructura del espacio bajo un tipo de interacción. En estas leyes aparecen constantes físicas. Como ya se verá más adelante, el edificio de la esencia física del Universo tiene ciertas “piedras angulares” o leyes de constancia espacial o estructural que se apoyan en unos valores universales o específicos denominados “constantes físicas”. Se denomina constante física a una relación entre magnitudes físicas (relaciones de productos y cocientes) que se mantiene fija para cualquiera de los valores de tales magnitudes en cualquiera de las circunstancias en las que se nos aparezcan en el Universo . Si tal constante no depende de ninguna circunstancia (salvo de las unidades elegidas para medirla) tendríamos una “constante universal”. Tal es el caso de la constante de gravitación que verifica que entre cualquier par de masas distanciadas atrayéndose con una fuerza gravitatoria
G=F d2/mm´ (sean dos átomos o dos agujeros negros,o lo que sea, si operamos tales magnitudes, siempre da G, en todos los rincones del Universo). Como ejemplo de constante no universal sino “específica”, tenemos la densidad que siempre cumple d=M/V , cuyo valor depende de la sustancia en cuestión , pero , fijada la sustancia, ese cociente siempre es universalmente el mismo, ya sea esa sustancia procedente de Marte o de Siberia.
Los procesos del Universo en su conjunto o de alguna parte de él, se rigen por unas leyes que les da carácter de simetría temporal, es decir, hay valores que se mantienen constantes en el tiempo , denominándose a tales leyes “principios de conservación”. Aunque las magnitudes que definen a la parte del Universo en estudio adquieran valores muy diferentes ,bajo ciertas circunstancias (condiciones de conservación), ciertos valores o combinaciones de cantidades permanecen iguales antes y después del fenómeno o cambio. Los cinco principios de conservación más importantes de la Física del Universo son : El principio de conservación de la masa , pr. de conservación de la energía (o conjuntamente masa-energía) , pr. de conservación de la carga eléctrica ,pr. de conservación de la cantidad de movimiento y pr. de conservación del momento cinético . Estas leyes de simetría temporal se enuncian de la siguiente forma conjunta: “Si se cumplen ciertas condiciones………… entonces, el valor cuantitativo de esta magnitud inicial es igual al valor cuantitativo de esta magnitud final”. Para la masa, energía y carga, no hay condiciones, son principios universales de conservación pero para la cantidad de movimiento y momento cinético, la fuerza y el momento de fuerza deben ser nulos. Mientras que los parámetros del sistema físico pueden adquirir muchos valores arbitrarios, las magnitudes anteriores (invariantes físicas, combinaciones de tales valores) se mantienen constantes antes y después .Aquí podemos ver la misión de las leyes de la física : Mientras la imaginación puede hacernos exponer que un sistema físico podría adquirir innumerables posibilidades finales arbitrarias , las leyes físicas nos delimitan los valores que se hacen reales y no son leyes puntuales ,provisionales o arbitrarias (que se cumplan solo aquí o allá o ahora o después ¡ no!), sino son leyes que mantienen una simetría “especular” entre una situación anterior y otra posterior a un cambio o fenómeno físico siendo a la vez eternas y universales. Ejemplo, choque de dos bolas, antes y después del choque: M1 V1 + M2 V2 = M1 V1´ + M2 V2´
En los gases ideales : P V/nT = P´V´/n´T´
En la conducción de líquido ideal: ( 1/2)p V2 + p g H + P = (1/2) p V´2 + p g H´ + P´ ,etc.
Análogamente, existen las leyes de simetría espacial donde la regularidad ahora es a lo largo de la extensión del espacio como puede ser la composición química regular de una sustancia pura e incluso en mezclas homogéneas , o bien, la estructura fractal de componentes girando alrededor de un centro atractor ( electrón dentro del neutrón, electrones alrededor del núcleo atómico o en moléculas, planetas alrededor de la estrella o estas alrededor del centro de la galaxia o cúmulos galácticos alrededor del centro de masas). Una ley importantísima de simetría espacio-interactiva la describe el tercer principio de la dinámica: F12 =- F21 Espacialmente e interactivamente simétricas y, además, universal sin condiciones.
Por último, la evaluación cuantitativa de una dimensión o de una magnitud derivada solamente puede adquirir valores finitos pero nunca puede adquirir valores infinitos: Este valor es físicamente irreal .Cualquier valor infinito en la naturaleza supondría contradecir la Realidad física que observamos. Simplemente, como ya veremos más adelante, el Universo es finito y la Realidad observable nos muestra que todo transcurre y se sustenta en valores finitos. Si en cualquier manifestación física una parte del Universo tuviera valores infinitos, el edificio de la Física desde el punto de vista conceptual se derrumbaría y desde el punto de vista experimental, la realidad sería inconmensurable, no sería tal y sería irracional para la mente e irreal para los sentidos. Por ello, las leyes físicas deben ser tales que limiten tales extremos. El ejemplo más conocido es que el campo eléctrico de una carga E=KQ/R2 , sería infinito si otra carga se acercara hasta situarse ocupando el lugar de la carga que crea tal campo. Por ello, las cargas no pueden ocupar el lugar de otra (Principio exclusión severo de Pauli) y además, existe una distancia mínima de acercamiento o distancia de Planck , suponiendo la cuantización del espacio. Otro ejemplo: Una partícula material jamás podrá alcanzar la velocidad de la luz porque supondría absorber una energía infinita , que técnicamente sería imposible aunque también esencialmente (Universo finito). Las teorías de la física son contenidos mentales sobre la descripción del Universo físico ( y sus leyes físicas) que nos rodea cuya estructura lógica es una implicación “si se cumple P entonces se cumple Q”, de manera que el cumplimiento de P es independiente del punto del espacio o del momento del tiempo (la evolución de una reacción química, la desintegración de un átomo o el desarrollo de estructuras complejas o vivas) otorgando a dichas leyes (o a sus descripciones, las teorías) el carácter de universales y eternas. Las leyes físicas son las reglas de juego, la materia y la radiación son los jugadores relacionados a través de las interacciones, en el escenario del espacio y el tiempo. Antes del nacimiento del Universo, no habían actores y las reglas del juego eran potenciales, hasta que el nacimiento del mismo hizo posible la existencia de dichos actores con su juego, relaciones y escenario, haciendo posible la realidad de la legislación física. Las leyes físicas no cambian ni en el espacio ni en el tiempo. Si los hechos nos obligan a admitir tal posibilidad, es que las teorías nuestras son las que habrá que cambiar para alcanzar unas teorías reformadas que se acerquen a las ocultas leyes naturales que siempre esperan en el horizonte para ser definitivamente alcanzadas.
La tangibilidad del Universo queda representada por las partículas de materia y de radiación mientras que la ubicación de la misma queda distribuida por el espacio constituyendo la “estructura espacial del Universo” a la vez que los cambios de tales estructuras espaciales en el avance del tiempo forman la “evolución o fenomenología temporal del Universo”. Dichas estructuras pueden mantenerse más o menos constantes en el tiempo (equilibrio o fenomenología inexistente) según su grado de estabilidad y siempre, el conjunto de partículas que se extienden por el espacio deben estar interactuando en forma efectivamente atractiva (interaccionabilidad) para formar tales estructuras (núcleos, átomos, moléculas, cristales, cuerpos, planetas, estrellas, galaxias, cúmulos galácticos y el Universo en su conjunto).Toda porción de Universo se extiende por el espacio y evoluciona en el tiempo (en el marco espacio-temporal, tenemos estructuras y procesos físicos). Respecto a las estructuras en el espacio, todas sus partículas están enlazadas formando un conjunto y todas estos conjuntos están interaccionando entre sí formando macroestructuras, y así sucesivamente hasta formar la estructura total del Universo, todo conectado gravitatoria y/o electromagnéticamente , formando una unidad totalitaria interrelacionada y aislada del resto del infinito espacio vacío donde no hay nada más distinto del propio Universo. Si hubiera algo más allá, entonces, pertenecería a nuestro Universo, como una parte más (esta “ampliación de fronteras” ha pasado muchas veces en el camino por el conocimiento del Universo, creyendo que este tenía ciertos límites pero al final los límites eran más amplio, pero perteneciente a nuestro desconocido Universo). Si existiese algo más allá que no interacciona con nuestro Universo, por dicho concepto, no pertenecería a nuestro Universo (seria un universo paralelo, sin experiencia común) y , al no pertenecer a nuestra experiencia física común , no sería objeto de estudio, como sino existiese.
Por otra parte, respecto al cambio en el Universo, es decir, el fenómeno natural, consiste en pasar de un estado de nuestro Universo (descrito por las posiciones y propiedades de todas sus partículas en un primer instante) a otro estado, ambos estados deben tener en común los valores universales de la masa-energía y la carga eléctrica junto a la cantidad de movimiento y momento cinético, dentro de las condiciones de su cumplimiento (son los principios de conservación de los valores físicos fundamentales) . También deben conservarse sus partículas fundamentales (salvo las aniquilaciones/materializaciones). La continuidad de estos valores en los cambios garantiza que los dos estados universales no sean dos estados tan distintos y tan independientes el uno del otro, que realmente sean como dos universos paralelos ,sino que uno sea la continuación temporal del otro dentro del mismo Universo. Los cambios que hacen que un estado sea distinto al otro son de naturaleza cualitativa como es la distinta distribución de las partículas en el espacio : Movimientos, reacciones nucleares, reacciones químicas, etc. Todos los estados físicos de las partes del Universo y del Universo en su conjunto tienen en común la conservación de sus entidades tangibles ( y en su energía-masa-carga) y se diferencian en la nueva distribución de dichas entidades. El ejemplo más importante de estos principios de estructura y fenomenología lo tenemos , precisamente, en el fenómeno original y más importante del Universo :Su nacimiento.
Cualitativamente, el nacimiento del Universo partió de un estado de Nada intangible (vacío) a un Universo de Todo tangible (materia y radiación) , de tal manera que , cuantitativamente, la masa-energía, la carga , la cantidad de movimiento y el momento cinético, antes era cero y ,después, sigue siendo cero globalmente. Respecto a la estructura el Universo ,desde que nació en la esfera original (según la teoría de su origen esférico)está todo conectado gravitatoriamente, luego electromagnéticamente y más tarde, electronuclearmente núcleo a núcleo , formando un todo conjunto : Estructura y fenomenología de la materia y la radiación , en el marco o escenario del espacio-tiempo, bajo la interacción integral de todo el Universo.
Figura nº 3.
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