Comenzó con una explosión
El universo está ahí fuera, esperando que lo descubras
Si un ser humano descubriera que las partículas que las formaron se convirtieron inmediatamente en partículas de materia oscura, ¿cómo serían las cosas diferentes? Crédito de la imagen: Max Pixel / dominio público
Por Ethan Siegel, para Forbes Noviembre 2 de 2017
Las opiniones expresadas por Ethan Siegel, colaborador de Forbes son exclusivamente suyas.
El cuerpo humano consiste en alrededor de 10^28 partículas, todas unidas. El humano típico tiene una masa de entre 50 y 100 kilogramos, y se limita en gran parte a la superficie de la Tierra. Sin embargo, la materia oscura se comporta de manera muy diferente. No interactúa con las fuerzas nucleares o electromagnéticas. No colisiona con otras partículas o consigo mismo. Solo experimenta una fuerza gravitatoria, y hasta donde podemos ver, esa es la única fuerza que ejerce.
Entonces, ¿qué pasaría con usted, un ser humano, si instantáneamente, todas las partículas en su cuerpo se convirtieran en partículas de materia oscura?
Aquí en la Tierra, estamos hechos de materia normal: principalmente en forma de átomos. En un nivel subatómico, nuestros núcleos atómicos están unidos por la fuerza nuclear fuerte, permitiendo que una gran variedad de elementos de la tabla periódica coexistan de manera estable en el mismo cuerpo. Es la fuerza electromagnética que mantiene unidos nuestros cuerpos, uniendo estos átomos en moléculas, células, órganos y todo el cuerpo humano. La atracción gravitatoria de la Tierra nos mantiene bajos en la superficie, mientras que las fuerzas electromagnéticas entre los átomos de la Tierra misma nos impiden caer por el suelo. Mientras tanto, la Tierra gira mientras orbita el Sol, que gira alrededor de la galaxia, que se precipita a través del espacio.
El ISS en órbita alrededor de la Tierra, que gira, gira alrededor del Sol y se mueve a través de la galaxia, todo al mismo tiempo. Crédito de la imagen: NASA
Pero, ¿y si, en lugar de la materia normal, hiciéramos una conversión instantánea de nosotros mismos a la materia oscura?
¿Qué pasaría si, en lugar de estar hechas de partículas del Modelo Estándar, que experimentan el conjunto completo de todas las fuerzas fundamentales, hiciéramos la transición a estar hechas de partículas que, según nuestro leal saber y entender, solo interactúan gravitacionalmente? Lo primero que te pasará es que ya no estarás atada de ninguna manera, y que cualquier persona que te observe te verá desaparecer de inmediato. Las fuerzas nucleares que mantienen sus núcleos y protones juntos se desvanecerían; las fuerzas electromagnéticas que causaron que los átomos y las moléculas permanezcan juntas (y la luz para interactuar con usted) desaparecerían; sus células y órganos y todo el cuerpo dejarían de mantenerse unidos.
No habría efectos visuales sofisticados como el humo que detallaran su transformación. Simplemente dejarías de ser visto, con las partículas que te hacen fluir en todas direcciones, al azar. Crédito de la imagen: intographics / Pixabay
En cambio, con una velocidad media debida a los movimientos térmicos de estas partículas de alrededor de 3.000 m / s (para cada protón y neutrón), la materia oscura que una vez formó su cuerpo se desintegraría, moviéndose aleatoriamente en todas las direcciones. Pero incluso a esas velocidades, esas partículas de materia oscura permanecerían unidas a la Tierra, ya que aún está muy por debajo de la velocidad necesaria para escapar de la atracción gravitacional de la Tierra. En cambio, cada partícula individual, a pesar de moverse en un montón de direcciones aleatorias, de repente entraría en una órbita elíptica con el centro de la Tierra como un foco. Sin la fuerza electromagnética necesaria para evitar que la materia oscura pase a través de la Tierra, simplemente lo hace, hasta que regresa a su posición inicial: un viaje que dura aproximadamente 88 minutos.
Si una partícula de materia oscura saliera volando con una velocidad comparable a la velocidad de un protón dentro de su cuerpo, formaría una órbita más o menos elíptica con el centro de la Tierra como un foco. Como no interactuaría con la materia, simplemente atravesaría la Tierra sólida tan fácilmente como si fuera un espacio vacío. Crédito de la imagen: Ron Kurtus / School for Champions / http://www.school-for-champions.com/science/gravity_newtons_cannon.htm
Sorprendentemente, las partículas de materia oscura que alguna vez te crearon no pierden ninguna energía a medida que atraviesan la Tierra. Debido a que no hay otra fuerza más que la gravedad, continuarán formando estas órbitas de forma indefinida, elevándose sobre la superficie de la Tierra y volviendo a sus puntos originales donde alguna vez estuvo su cuerpo, aunque no al mismo tiempo. Nunca volverás a formarte la forma original del cuerpo a partir de estas partículas de materia oscura, sino que cada partícula siempre pasará por el punto donde estaba tu cuerpo, una vez en cada órbita, en el momento en que se convirtió en materia oscura.
La Luna ejerce una fuerza mareomotriz en la Tierra, que no solo causa nuestras mareas, sino que frena la rotación de la Tierra y un posterior alargamiento del día. Crédito de la imagen: Wikiklaas y E. Siegel, usuarios de Wikimedia Commons
Debido a que la Tierra, el Sol, la galaxia y todo lo demás que conocemos también obedecen las leyes de la gravitación, solo las fuerzas diferenciales eventualmente harán que la materia oscura se comporte de manera diferente a los átomos en la Tierra. Muy, muy lentamente, la fricción mareomotriz de la Luna y el Sol en la Tierra en rotación hace que la rotación de nuestro planeta disminuya, lo que significa que los días se alargan en alrededor de 10-20 microsegundos cada año. Un día un poco más largo significa que todo en la superficie de la Tierra, desde el suelo hasta los océanos y la atmósfera, tarda más en volver a su punto de partida en cada ronda. Pero no la materia oscura
Aunque la mayoría de la materia oscura en la galaxia existe en un halo enorme que nos envuelve, cada partícula individual de materia oscura forma una órbita elíptica bajo la influencia de la gravedad. Crédito de la imagen: ESO / L. Calçada
En cambio, la materia oscura lentamente se desplazará con el tiempo, lejos de su ubicación inicial, a medida que la Tierra se ralentiza. La materia oscura, como ves, no se ve afectada por otra cosa que no sea la gravitación, por lo que incluso mientras cambia la rotación de la Tierra, la materia oscura no responde. Después de solo un año, la ubicación a la que regresa la materia oscura se reducirá en aproximadamente medio metro (alrededor de 20 pulgadas), y eso aumenta geométricamente a medida que pasa el tiempo. Después de una década, su última ubicación conocida diferirá de donde la materia oscura regrese en más de medio kilómetro: aproximadamente 1700 pies.
Si bien los terremotos causan grietas en el suelo, también cambian la rotación de la Tierra, reducen ligeramente su diámetro y tienen efectos cuando las ubicaciones de la superficie hacen una rotación completa. La materia oscura no se ve afectada por ninguno de estos. Crédito de la imagen: usuario de Wikimedia Commons Katorisi
Mientras continúe la danza gravitacional de nuestro mundo, el sistema solar y la galaxia, la materia oscura que una vez estuvo, permanecerá unida a la Tierra. Derivará en relación con el resto de la materia, orbitando en una elipse aproximada y pasando la mayor parte de su tiempo en el interior de la Tierra. Pero de vez en cuando, volverá a su ubicación original, porque no hay fuerzas disipativas en el trabajo sobre la materia oscura. Sin las otras fuerzas, dejarías de existir como una entidad unida si te convirtieras en materia oscura, es verdad. Pero sin esas mismas fuerzas disipativas, esas partículas siempre regresarían a su ubicación original, incluso cuando la órbita de la Tierra cambia con el tiempo. De la manera más fundamental, la energía y el ímpetu se conservan realmente, y eso es lo que explica el comportamiento de la materia oscura.
El astrofísico y autor Ethan Siegel es el fundador y escritor principal de Starts With A Bang! Sus libros, Treknology y Beyond The Galaxy, están disponibles dondequiera que los libros
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