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Concepto de masa modificada

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Concepto de masa modificada

Área: Física — Jueves, 13 de Enero de 2011
Proponen una modificación sobre la masa inercial de tal modo que se puede explicar la inflación y la materia y energía oscuras.
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A todo científico le gusta lo que no se sabe, porque ello implica un misterio, algo susceptible de ser investigado y estudiado. Si hay algo en la Naturaleza que no se sabe explicar, entonces rápidamente van a sus laboratorios o despachos a intentar explicarlo. Es ahí donde está el componente de aventura de la ciencia, que incluye más decepciones que fortuna. 
Desde hace un tiempo no se sabe explicar por qué el Universo es tan plano, homogéneo e isótropo si asumimos que procede de un Big Bang. También parece haber más masa en él de la que podemos ver y tampoco sabemos explicar muy bien por que parece que la expansión del mismo está acelerándose.
Para el primer problema se propuso la inflación cósmica, un periodo muy corto al poco de suceder el Big Bang en el que se dio una expansión acelerada que luego cesó. El coste fue introducir un extraño campo escalar (no vectorial) que no sabemos muy bien de dónde viene.
Para el segundo problema hemos asumido que debe de haber materia no ordinaria (no bariónica) compuesta por partículas exóticas que dé cuenta de la masa que falta. Y para el tercer caso se ha propuesto una energía oscura similar en comportamiento a la constante cosmológica de Einstein.
Claro que éstas no son las únicas explicaciones. Así por ejemplo, se propuso en su día modificaciones de las leyes de gravedad que diera cuenta de estas “oscuridades”. Son las famosas MOND.
Ahora Willi R. Böhm, del Fachhochschule Würzburg–Schweinfurt, propone un nuevo concepto. Según él estos problemas se podrían explicar si asumimos que la masa no es como creemos y que hay que modificar el concepto que tenemos de ella.
Sabemos que conceptualmente no es lo mismo la masa pesante (la que nos pega al suelo o su contenido en energía) que la inercial (la que nos hace ir hacia adelante en un frenazo dentro de nuestro auto). Normalmente a ambas las llamamos m y asumimos que es la misma, entre otras cosas porque en las pruebas de laboratorio se ha demostrado, hasta un determinado nivel de precisión, que tienen el mismo valor.
Böhm introduce el concepto de Modified Mass Concept (MMC) en el que la masa inercial no está determinada solamente por su contenido de energía, sino que depende de un campo escalar f producido por otras masas presentes. Sería algo así como min=f(r)mg.
Lo bueno de este concepto es que puede ser incorporado a las teorías físicas establecidas de una manera sencilla.
El concepto describe consistentemente las curvas de rotación de las galaxias (las que hicieron pensar sobre la presencia de la materia oscura por primera vez), la inflación del universo y su expansión acelerada en la actualidad. Todo ello sin echar mano de materia y energía oscuras.
El efecto atribuido a la materia oscura estaría causado por una reducción de su inercia que reforzaría el efecto de la gravedad. Este resultado es similar al alcanzado por las MOND.
De este modo, y según el concepto de masa modificada, la masa inercial no sólo dependería de su energía en reposo sino además de la influencia de un campo escalar generado por otras masas, surgiendo así nuevas fuerzas inerciales.
Estas fuerzas son siempre repulsivas y favorecen una disminución de la masa inercial. La aceleración provocada por estas fuerzas termina además siendo independiente de la masa a grandes distancias.
Por otro lado, una reducción de la inercia tiene como efecto un reforzamiento de la fuerza de gravedad. Este efecto explicaría las curvas de rotación de galaxias y no haría falta recurrir a la materia oscura. No hay más gravedad, sino menos inercia. El mismo efecto explicaría la formación de estructuras a gran escala del Universo sin necesidad de recurrir a la materia oscura.
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Curvas de rotación (velocidad en m/s frente a distancia a su centro) de una galaxia predichas por MOND (línea discontinua) y por MMC (línea continua). Los datos reales son representados por puntos con sus correspondientes barras de error. Fuente: Willi R. Böhm.
La introducción de una nueva ecuación de estado para la materia bariónica tiene propiedades muy interesantes durante el Big Bang, justo después del tiempo plankiano. En ese momento se daría la inflación y el campo escalar tendría un valor nulo para pasar, acto seguido, a tener un valor igual a 1 por ruptura de la simetría, deteniéndose así la inflación. Sería por tanto, una transición de fase con su propio parámetro orden. Aunque parezca un poco raro el concepto de transición de fase está bien descrito en Física de la Materia Condensada y permite explicar la conversión de hielo en agua, la existencia de helio superfluido o la aparición de la superconducción.
Bajo esta perspectiva de MMC, tanto el estado inicial como final del Universo se pueden explicar como un estado sin inercia.
Este concepto también explicaría las inusualmente altas velocidades de galaxias lejanas medidas gracias a las supernovas de tipo Ia. La expansión del universo se acelera, pero no debido a una energía oscura o a una constante cosmológica, sino a la inercia. De este modo, al universo le cuesta cada vez menos expandirse porque la materia que contiene ofrece menos resistencia al movimiento (menos inercia).
El autor advierte que aunque su modelo no necesita ni materia ni energía oscuras, no niega su existencia. Éstas pueden existir, pero que su abundancia y valor pueden ser mucho menores que lo asumido hasta ahora.
Obviamente este concepto es sólo una idea que hay que desarrollar. El trabajo de este investigador se encamina a demostrar el potencial de esta idea, que al final este concepto se transforme en un buen modelo o en una nueva teoría física dependerá de más trabajo por hacer y de más observaciones por realizar.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3361
Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv.

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Thalia