El vórtice de Kelvin: una visión alternativa de la materia y la energía

El vórtice de Kelvin: una teoría sobre la materia y la energía, sus aportes, problemas y aplicaciones.

Introducción

La termodinámica es la rama de la física que estudia las acciones mecánicas del calor y otras formas de energía. Se trata de sistemas en estado de equilibrio, que intercambian energía y materia con su entorno mediante calor o trabajo. Uno de los pioneros de esta disciplina fue Lord Kelvin, un físico y matemático británico que formuló la escala absoluta de temperatura y la segunda ley de la termodinámica.

Kelvin también propuso una teoría sobre la estructura de la materia, basada en la idea de que los átomos eran vórtices de energía en un medio fluido llamado éter. Según esta teoría, la forma, el tamaño y la velocidad de los vórtices determinaban las propiedades de las partículas elementales, como la masa, la carga y el espín. Kelvin creía que su modelo podía explicar los fenómenos electromagnéticos y ópticos, así como la estabilidad de la materia.

Sin embargo, la teoría del vórtice de Kelvin fue abandonada por la mayoría de los físicos a principios del siglo XX, debido a la falta de evidencia experimental y a las contradicciones con la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica. Estas teorías revelaron que los átomos no eran indivisibles, sino que estaban formados por partículas subatómicas, como los electrones, los protones y los neutrones, y que estos a su vez estaban compuestos por quarks y leptones. Además, se demostró que la luz no era una onda en el éter, sino una partícula sin masa llamada fotón.

No obstante, la teoría del vórtice de Kelvin sigue siendo una fuente de inspiración para algunos científicos y filósofos que buscan una visión alternativa de la realidad. En este artículo, vamos a explorar las principales ideas de esta teoría, sus implicaciones y sus posibles extensiones.

El vórtice de Kelvin como partícula elemental

Un vórtice es una región de un fluido en la que el movimiento es rotacional alrededor de un eje. Los vórtices se pueden observar en la naturaleza, como en los tornados, los remolinos o las galaxias. Kelvin se interesó por los vórtices desde su juventud, cuando estudió las ecuaciones de Euler y de Navier-Stokes, que describen el comportamiento de los fluidos ideales e incompresibles.

Kelvin descubrió que en estos fluidos existían unas soluciones particulares, llamadas anillos de vórtice, que eran estables e indeformables. Estos anillos se podían enlazar entre sí, formando cadenas o nudos, y podían vibrar y rotar a diferentes velocidades. Kelvin pensó que estos anillos de vórtice podían ser los constituyentes básicos de la materia, y que sus propiedades podían explicar las diferencias entre los elementos químicos.

Para ello, Kelvin asumió que el espacio estaba lleno de un fluido invisible e inerte, al que llamó éter. Este éter era el medio en el que se formaban los vórtices, y también el que transmitía las ondas electromagnéticas y luminosas. Kelvin supuso que los vórtices eran muy pequeños, del orden de 10^-8 cm, y que tenían forma esférica, para minimizar la tensión superficial.

Según Kelvin, la masa de una partícula era proporcional a la cantidad de éter que encerraba el vórtice, y la carga eléctrica era proporcional al flujo de éter que atravesaba el vórtice. La fuerza gravitatoria se debía a la presión del éter sobre los vórtices, y la fuerza electromagnética se debía a la interacción entre los flujos de éter de los vórtices. La luz era una onda transversal en el éter, y el calor era una onda longitudinal.

Kelvin trató de clasificar los vórtices según su forma, su tamaño y su velocidad, y de relacionarlos con los elementos químicos conocidos. Sin embargo, se encontró con varias dificultades, como la falta de correspondencia entre el número de vórtices posibles y el número de elementos, o la imposibilidad de explicar la existencia de isótopos, que son átomos del mismo elemento con distinta masa.

El vórtice de Kelvin y la supraenergía

Una de las consecuencias más sorprendentes de la teoría del vórtice de Kelvin es la posibilidad de que exista una forma de energía superior a la luz, a la que llamó supraenergía. Según Kelvin, si un vórtice giraba a una velocidad mayor que la de la luz, se convertía en una partícula de supraenergía, que escapaba del éter y entraba en un universo suprafísico.

Kelvin especuló con que la supraenergía podía ser la fuente de la vida y la conciencia, y que podía estar relacionada con fenómenos paranormales, como la telepatía o la levitación. También sugirió que la supraenergía podía explicar la transustanciación, es decir, el cambio de la sustancia del pan y el vino en el cuerpo y la sangre de Cristo, que se produce en la eucaristía según la doctrina católica.

Kelvin no llegó a desarrollar una teoría matemática de la supraenergía, ni a proporcionar evidencias experimentales de su existencia. Sin embargo, su idea fue retomada por otros autores, como el físico Oliver Lodge, el filósofo Henri Bergson o el escritor Arthur Conan Doyle, que la utilizaron para apoyar sus creencias espiritualistas o metafísicas.

La teoría de la supraenergía también ha inspirado algunas obras de ciencia ficción, como la novela Los viajes de Tuf, de George R. R. Martin, o la serie de cómics The Authority, de Warren Ellis y Bryan Hitch. En estas obras, la supraenergía es una fuerza cósmica que otorga poderes sobrehumanos a algunos personajes, y que les permite viajar entre dimensiones o alterar la realidad.

Conclusiones

La teoría del vórtice de Kelvin fue un intento de unificar la física y la química bajo un mismo principio, el del movimiento rotacional de la energía. A pesar de su elegancia y su originalidad, la teoría no pudo resistir el avance de la ciencia, que mostró que la materia y la energía eran mucho más complejas y diversas de lo que Kelvin imaginaba.

Sin embargo, la teoría del vórtice de Kelvin no ha sido olvidada, sino que ha servido de inspiración para otras teorías y para otras formas de expresión. Algunos científicos han tratado de rescatar la idea del éter y de los vórtices, adaptándola a los nuevos descubrimientos, como la teoría de cuerdas o la teoría del todo. Otros han explorado las implicaciones filosóficas y artísticas de la teoría, creando obras que cuestionan los límites de la realidad y de la percepción.

La teoría del vórtice de Kelvin es, pues, un ejemplo de cómo una visión alternativa de la naturaleza puede generar nuevas preguntas y nuevos desafíos, tanto para la ciencia como para la cultura.

Anexo

A continuación se presenta una tabla con algunos datos sobre las partículas elementales, según el modelo estándar de la física actual:

Estos son los valores aproximados de la masa, la carga y el espín de las partículas elementales, según las mediciones experimentales. La masa se expresa en megaelectronvoltios divididos por el cuadrado de la velocidad de la luz (MeV/c^2), que es una unidad de energía equivalente a la masa. La carga se expresa en unidades de la carga del electrón (e), que es la carga elemental. El espín se expresa en unidades de la constante de Planck reducida (ħ), que es una constante física relacionada con la acción angular.

Las partículas elementales se pueden clasificar en dos grupos: los fermiones y los bosones. Los fermiones son las partículas que constituyen la materia, y tienen espín semientero (1/2, 3/2, ...). Los bosones son las partículas que transmiten las interacciones entre los fermiones, y tienen espín entero (0, 1, 2, ...).

Los fermiones se dividen a su vez en dos familias: los leptones y los quarks. Los leptones son partículas que no interaccionan fuertemente, y se agrupan en tres generaciones: la primera está formada por el electrón y el neutrino electrónico, la segunda por el muón y el neutrino muónico, y la tercera por el tau y el neutrino tauónico. Cada lepton tiene su antipartícula correspondiente, que tiene la misma masa pero carga opuesta. Los neutrinos son partículas muy ligeras y neutras, que apenas interaccionan con la materia.

Los quarks son partículas que interaccionan fuertemente, y se agrupan también en tres generaciones: la primera está formada por el quark up y el quark down, la segunda por el quark charm y el quark strange, y la tercera por el quark top y el quark bottom. Cada quark tiene su antiquark correspondiente, que tiene la misma masa pero carga opuesta. Los quarks tienen cargas fraccionarias (2/3 o -1/3) y no se pueden observar aislados, sino que se combinan entre sí para formar partículas compuestas llamadas hadrones. Los hadrones se clasifican en dos tipos: los bariones, que están formados por tres quarks, y los mesones, que están formados por un quark y un antiquark.

Los bosones se dividen en dos tipos: los bosones gauge y el bosón de Higgs. Los bosones gauge son las partículas que transmiten las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: el fotón transmite la fuerza electromagnética, el gluón transmite la fuerza nuclear fuerte, el bosón W y el bosón Z transmiten la fuerza nuclear débil, y el hipotético gravitón transmite la fuerza gravitatoria. El bosón de Higgs es la partícula que le da masa a las demás partículas, al interactuar con el campo de Higgs que impregna todo el espacio. El bosón de Higgs fue descubierto en 2012 en el Gran Colisionador de Hadrones, confirmando la predicción del modelo estándar.

Bueno lo de "que le da masa a las demás partículas"? eso es una simplificación que puede inducir a confusión. En realidad, el bosón de Higgs es la partícula que se corresponde con el campo de Higgs, que es el que le da masa a las partículas al interactuar con ellas. El bosón de Higgs es una manifestación cuántica del campo de Higgs, que se puede detectar en los aceleradores de partículas.

Fuentes y referencias

Termodinámica - Concepto, leyes y sistema termodinámico. [https://concepto.de/termodinamica/]
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Blog de Quk: El Vórtice Energético. [https://www.blogdequk.com/2011/06/el-vortice-energetico.html]
¿Qué son las partículas elementales? - Foro Nuclear. [https://www.foronuclear.org/descubre-la-energia-nuclear/preguntas-y-respuestas/sobre-fisica-nuclear/que-son-las-particulas-elementales/]
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Wikipedia, la enciclopedia libre. Relatividad especial. [https://es.wikipedia.org/wiki/Relatividad_especial]
Wikipedia, la enciclopedia libre. Mecánica cuántica. [https://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1ntica]
Wikipedia, la enciclopedia libre. Modelo estándar. [https://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_est%C3%A1ndar]
Wikipedia, la enciclopedia libre. Descubrimiento del bosón de Higgs. [https://es.wikipedia.org/wiki/Descubrimiento_del_bos%C3%B3n_de_Higgs]
Wikipedia, la enciclopedia libre. Teoría de cuerdas. [https://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_cuerdas]

Observación de un neutrino cósmico de ultra-alta energía con KM3NeT