Speaker
Dr
Javier Gonzalez-Estevez
(UNET)
Description
Desde la óptica de la ciencia del Caos (Dinámica No Lineal) y de los Sistemas Complejos, se abordarán diversos ejemplos aplicados en nuestro Sistema Solar. A su vez, se mencionan algunos aspectos tanto de índole histórico como sociológico en la evolución del conocimiento científico de los fenómenos no lineales. Es de justicia destacar que el avance de la computación, tanto desde el punto de vista tecnológico como de métodos de cálculo computacional y el empleo de potentes interfases gráficas, ha permitido ahondar en un estudio más profundo y detallado.
Una primera reflexión es la siguiente: “conocemos el movimiento de los planetas, la composición de las moléculas, los métodos para explotar la energía nuclear..., pero ignoramos por qué las cebras tienen manchas o el motivo de que un día llueva y al siguiente haga sol." Una de las causas para un desarrollo acelerado fue realizada hace trescientos años con el descubrimiento del cálculo infinitesimal simultáneamente por Isaac Newton y Leibniz, lo cual permitió crear una base arraigada en el concepto del determinismo, para modelar diversos fenómenos físicos. En consecuencia, La búsqueda de una explicación a los fenómenos naturales que observamos, complejos e irresolubles mediante fórmulas, configuró lo que se conoce como Ciencia del Caos, una disciplina que, si bien no niega el mérito de la ciencia clásica, propone un nuevo modo de estudiar la realidad. Destacan importantes contribuciones como la del matemático francés Henri Poincaré (problema de los tres cuerpos) a inicios de 1900, y las del meteorólogo Edward Lorez (sensibilidad a las condiciones iniciales) en 1962, que lamentablemente pasaron desapercibidas por los temas científicos de moda del momento (Relatividad, Mecánica Cuántica, Física Nuclear y de Partículas).
La famosa Gran Mancha Roja de Júpiter (descubierta por Galileo) es un ejemplo de turbulencia, siendo este uno de los fenómenos físicos que no ha sido aún resuelto, debido a las características no lineales de las ecuaciones de la dinámica de fluidos (una de sus propiedades es la vorticidad). En el planeta Saturno ha sido observada por misiones espaciales en su polo norte, una tormenta con una curiosa forma hexagonal. Ambos fenómenos han logrado ser reproducidos y descritos experimentalmente a nivel de laboratorio, lo cual marca importantes hitos en la ciencia.
En el campo de la química, tenemos reacciones químicas autocatalíticas oscilantes, entre estas la famosa reacción de Belousov-Zhabotinsky, la cual forma curiosos patrones en forma de ondas concéntricas y/o espirales. También otra reacción química oscilante es la de Briggs-Rauscher la cual cambia espectacularmente de coloración. Estas reacciones pueden explicar los diversos comportamientos que ocurren en las atmósferas planetarias y lo cambios de coloración de la famosa Gran Mancha Roja de Júpiter.
Encontramos en el planeta Venus una curiosa propiedad en su eje de rotación, el cual es retrógrado (opuesto al de los demás planetas del Sistema Solar). El francés Jaques Laskar, destacado investigador en fenómenos de Mecánica Celeste, ha realizado simulaciones computacionales, demostrando una hipótesis muy plausible, en la cual el movimiento del eje de rotación de Venus, es caótico. En el caso de nuestro planeta La Tierra, al poder contar está con su Luna, permite la estabilización de su eje de rotación.
La distribución de asteroides en el Sistema Solar, presenta una curiosa propiedad de mostrar espacios vacios en algunas regiones, conocidas como lagunas de Kirkwood. La explicación se debe a una combinación de resonancias gravitacionales por una lado, y a juegos de los campos gravitacionales, que bajo ciertas condiciones, configuran en el problema de los tres cuerpos, los conocidos cinco puntos de Lagrange, de los cuales dos son estables y tres inestables. En las zonas estables, se consiguen asteroides del grupo denominado “troyanos” en el caso de la órbita de Júpiter. Recientemente en el 2011, se descubrió el primer asteroide troyano que sigue la órbita terrestre.
Las lagunas de Kirkwood y otros ingredientes como el límite de Roche, permiten explicar la estructura (de hecho, fractal hasta cierta estala) de los anillos de Saturno. Adicionalmente, una de las lunas de Saturno, Hiperión, muestra el único ejemplo conocido hasta ahora en el Sistema Solar, de poseer un movimiento caótico en sus ejes de rotación. Se menciona un importante trabajo de la matemática rusa Sofía Kowalevskaya en la descripción de un caso importante del movimiento de cuerpos rígidos, además, en el caso más difícil: el asimétrico.
Finalmente, trabajos de simulación en computación paralela realizados por Jack Wisdom del MIT, ha demostrado la estabilidad de las órbitas de los ocho planetas del Sistema Solar al menos en los próximos 800.000.000 años.
Gracias a la ciencia del caos y sistemas complejos, hemos logrado comprender algunos fenómenos curiosos que rodean a nuestro Sistema Solar, los cuales no podrían ser comprendidos usando solamente la mecánica celeste. Y todo esto se debe al carácter no lineal de la Naturaleza, que son la inmensa mayoría de los fenómenos reales.
Primary author
Dr
Javier Gonzalez-Estevez
(UNET)
