¿Qué es Resonancia y Por Qué es Tan Importante?

^{Imagen: Linden Gledhill, bioquímico farmacéutico radicado Filadelfia, crea increíbles patrones cimáticos con sonido, agua y luz.}

^{Por Dra. Inés Urdaneta / Fisico de Resonance Science Foundation}

La resonancia se experimenta y se identifica como el proceso responsable de las formas de lo que percibimos, observamos o inferimos a partir de ella -un átomo, una flor, planetas, galaxias-. Ella une los diferentes elementos que componen la realidad física y permite la interacción entre ellos. Es el factor principal para que la retroalimentación sea posible, el conducto, digamos, a través del cual se produce el intercambio de información: lo externo puede penetrar en lo interno, y lo interno puede manifestarse en el exterior. La condición para que ese canal esté disponible, es la coincidencia en la energía; que las energías interna y externa sean compatibles, es decir, que tengan la misma frecuencia.

^{Todo puede almacenar energía extra, siempre que se entregue a una frecuencia resonante. La energía cinética a la frecuencia adecuada hace que los columpios o los cristales resuenen a través de la vibración. La frecuencia adecuada de la luz ultravioleta puede hacer que un átomo de hidrógeno resuene saltando a un nivel de energía superior (c), mientras que una frecuencia de radio específica puede hacer que los protones resuenen girando (d). Fuente de la imagen: https://www.abc.net.au/science/articles/2014/06/16/4022877.htm}

En general, podríamos decir que todo lo que nos rodea está vibrando o es vibración. La luz o los campos electromagnéticos son vibraciones que se propagan libremente en el espacio vacío. El campo electromagnético se suele representar como una onda en 2D, cuando en realidad se mueve en 3D siguiendo un movimiento helicoidal, y es una onda transversal porque vibra perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda (flechas oscilantes verde y roja). Los vectores oscilantes verde y rojo son la componente eléctrica y magnética de la onda, respectivamente. La suma vectorial de ambos vectores, componen la onda electromagnetica total, que es la hélice aguamarina, como se muestra a continuación (para más información sobre los campos electromagnéticos, lea el artículo de RSF El origen de la mecánica cuántica I: El campo electromagnético como onda).  

_{Fuente de la imagen: https://www.pinterest.com/pin/538320961685310157/}

Cuando la vibración no se produce en el espacio vacío, sino a través de la materia, entonces la onda no es de naturaleza electromagnética, sino mecánica (los propios átomos están propagando la vibración, son la onda), conocida como onda sonora, y su velocidad de propagación dependerá del material de la muestra. Será una onda longitudinal, lo que significa que la vibración se produce en la dirección de propagación de la onda. Recientemente se ha demostrado que las ondas sonoras tienen masa propia, además de la que tienen los átomos que la transportan. Recomendamos el artículo de RSF El sonido tiene masa y, por tanto, ¿gravedad?

La materia también es vibración, que está confinada en un determinado volumen en el espacio. Todos los objetos, aunque sean estáticos, tienen muchos tipos de vibraciones internas, sus átomos son básicamente, pura vibración. Y los modos internos de vibración -también conocidos como modos de vibración, o modos normales- son particulares para cada átomo y molécula. Son la huella dactilar del sistema, sea una partícula cuántica, como un átomo, o una pelota de tenis, o un planeta, o una estrella.  

Cada objeto tiene su huella digital, que son sus propios modos de vibración. Estos están definidos por su geometría y su composición atómica/molecular. Por ejemplo, si tomamos una simple molécula de agua, compuesta por un oxígeno y dos hidrógenos, sus modos normales de vibración se representan en el vídeo siguiente:

Cuando una vibración externa (recordemos que la energía tiene asociada una oscilación o vibración, con frecuencia f ) incide sobre el objeto, si esa vibración (frecuencia) coincide con alguno de los modos de vibración del objeto (que también tienen sus propias frecuencias), el objeto absorberá esa energía y ese modo normal de vibración amplificará su amplitud (vibrará más intensamente, de forma análoga a una mayor amplitud de las olas del mar).

Este principio es el que hace, por ejemplo, que un vaso de cristal se rompa cuando alguna vibración acústica a su alrededor coincide con alguno de los modos de vibración normales o propios del cristal, de manera que si el volumen (intensidad del sonido) es lo suficientemente alto, el cristal absorberá esa mayor energía, sus átomos tendrán más energía cinética que se amplifica por esa condición resonante, hasta que el cristal se rompe (pierde su forma, al no poder soportar tanta energía interna amplificada por la externa).

Del mismo modo, un objeto que se hace vibrar (lo hace en sus propias frecuencias o modos de vibración), puede estimular la vibración de cualquier otro objeto a su alrededor que tenga algún modo de vibración que coincida con el suyo, como muestra el siguiente vídeo: 

El sonido es, por tanto, consecuencia de la resonancia.

La cimática es un ejemplo perfecto de cómo se pueden observar estas resonancias en la naturaleza. La cimática es el subconjunto de los fenómenos vibracionales modales; hace visibles los patrones y la geometría del sonido, por tanto, es el estudio del sonido y la vibración visibles.

Y cuando se combinan las vibraciones del sonido o de la materia, y las de la luz, se crean increíbles patrones cimáticos, como los de Linden Gledhill (autor de la imagen principal de este texto).

El color también es otra consecuencia de la resonancia. Para explicar la naturaleza del color, primero tendríamos que abordar algunos conceptos de la mecánica cuántica, que pueden leerse en "Origen de la mecánica cuántica II: La radiación de Cuerpo Negro y la Cuantización del Campo Electromagnético", algunos de los cuales se resumen en la figura siguiente:

El átomo más simple que se conoce, el hidrógeno, está compuesto principalmente por un protón y un electrón, donde ambos están básicamente confinados en un volumen, donde vibran u oscilan a diferentes frecuencias, también conocidas como modos normales de vibración. Esto significa que sólo pueden vibrar a determinadas frecuencias, definidas por la mecánica cuántica. Sus vibraciones están "cuantizadas". En el ejemplo de la imagen arriba, a manera de caricatura se representa las vibraciones o frecuencias permitidas para el electrón en el átomo de Hidrógeno: son los orbitales (circulos negros) alrededor del protón, Mientras tanto, la luz blanca que propaga las oscilaciones electromagnéticas, contiene todas las frecuencias del espectro visible y cuando llega al átomo de hidrógeno, sólo aquellas frecuencias del espectro electromagnético que coincidan con la diferencia de energia entre los orbitales, pueden ser absorbidas por el átomo. En este ejemplo esa diferencia de frecuencias coincide con la frecuencia o color verde del haz, la cual es "capturada" por el electron, éste se "excita"  y pasa a un orbital con mayor energia. Esta excitación dura muy poco tiempo, el electrón decae casi inmediatamente a su estado habitual (el orbital mas cercano al protón), y las energías (o frecuencias, o colores) emitidas por el átomo, al electrón "liberar" esa energia verde que habia absorbido, también pueden detectarse. Esto se conoce como el espectro de emisión del átomo de hidrógeno.

Hay dos formas de medir el espectro, o huella digital de la interacción entre la luz y el átomo: desde la perspectiva de las frecuencias de luz que faltan en el haz original después de haber sido absorbidas por el átomo (sección superior en la figura de abajo), el espectro resultante se conoce como espectro de absorción del átomo de hidrógeno, o bien, midiendo el espectro de emisión del átomo excitado. Ambos espectros son casi el negativo del otro, excepto que hay muy pequeñas pérdidas de energía en forma de calor, durante la desexcitación del átomo, y por lo tanto la energía emitida es menor que la absorbida, su frecuencia es un poco menor; desplaza el espectro un poco, casi imperceptible, hacia el lado rojo, es decir, hacia longitudes de onda mayores.

El espectro es particular para cada átomo, es la huella digital de cada átomo. La técnica científica que mide los espectros de los elementos se conoce como espectroscopía, y permite determinar la composición química -atómica y molecular- de todo lo que nos rodea. Las moléculas también tienen su propia huella dactilar (que es más compleja que la del átomo, porque hay muchos más modos de vibración implicados), porque se puede descomponer en las diferentes vibraciones procedentes de sus átomos enlazados.

Una de las formas más bonitas de ver la tabla periódica, es pensando en los espectros de emisión de los elementos, como se muestra a continuación, donde podemos confirmar que efectivamente, cada uno tiene su propio espectro.

La espectroscopía es una tecnología basada en la mecánica cuántica, y no sólo se emplea para determinar la composición química de las muestras, sino que también es la principal herramienta para conocer el entorno químico de los objetos astronómicos, como nuestro Sol, y la composición atómica en las diferentes capas del mismo.

Las líneas negras en el espectro de absorción del Sol son causadas por los gases helio, hidrógeno y oxígeno, en la superficie del Sol o por encima de ella, que absorben parte de la luz emitida. Cada gas tiene un conjunto muy específico de frecuencias que absorbe.

Si se calienta un gas hasta el punto de que brille, el espectro resultante tiene luz en longitudes de onda discretas que resultan coincidir con las longitudes de onda de la luz perdida en los espectros estelares. Por lo tanto, estudiando los espectros de varios elementos en un laboratorio aquí en la Tierra, podemos determinar la composición de las estrellas lejanas, las galaxias, ¡y más allá!

^{Esta imagen muestra el espectro de luz visible del Sol si se utilizara un prisma para separar la luz solar en sus colores constitutivos. Este espectro fue creado utilizando el telescopio solar McMath-Pierce en el Observatorio Solar Nacional en Kitt Peak, cerca de Tucson, Arizona. Los astrónomos utilizan un gran instrumento parecido a un prisma para crear esta vista extremadamente detallada del espectro del Sol. N.A.Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF}

En la imagen de arriba, el espectro comienza con la luz roja en la parte superior, con una longitud de onda de 700 nanómetros (7.000 angstroms) y termina en la parte inferior con los colores azul y violeta con una longitud de onda de 400 nm (4.000 angstroms). Las líneas oscuras de todo el espectro se deben a la absorción de la luz por parte de varios elementos de la atmósfera del Sol. Este espectro de absorción de líneas oscuras es una especie de huella dactilar del Sol y proporciona gran cantidad de información sobre la composición química del Sol e incluso sobre la temperatura de las distintas regiones de la atmósfera solar.

Al mirarlo, ¿no se parece a un código de barras? 

RSF en Perspectiva

Es curioso que el espectro de emisión del Sol pueda considerarse un espectro de radiación de cuerpo negro, como muestra la figura siguiente:

^{Diagrama del libro de Comin Descubriendo el Universo (Comin's Discovering the Universe)}

Nassim Haramein señala que tanto el Sol, como un agujero negro, son radiadores de cuerpos negros, y eso por sí solo da pistas sobre la naturaleza oculta de las estrellas.

“Cabe señalar que un agujero negro es un cuerpo negro perfecto, al igual que el sol. Este hecho es importante en el contexto de la teoría de la física unificada”. -Nassim Haramein

Hemos seguido este tema muy de cerca, en nuestro blog de ciencia de RSF. Aumentan las evidencias de que los agujeros negros forman estrellas explica que estudios muy importantes han arrojado luz sobre el hecho, ya irrevocable, de que los agujeros negros en el centro de las galaxias están jugando un papel predominante en la formación de galaxias, evento que explicaría por qué los astrónomos y astrofísicos han encontrado un agujero negro en el centro de las galaxias.

En un anterior artículo de RSF titulado Los Agujeros Negros Supermasivos Dan a Luz estrellas a un ritmo vertiginoso habíamos abordado el caso en el que los astrónomos han observado agujeros negros supermasivos creando regiones de formación estelar. Desde 2017 un equipo de astrofísicos ha estado observando agujeros negros supermasivos, y la posibilidad de que estas entidades puedan estar pariendo estrellas, encontrando evidencias del nacimiento de nuevas estrellas a partir del material que se expulsa del agujero negro, llamado flujo de salida. Un flujo de gas podría ser responsable de la creación de nuevas estrellas al girar alrededor del centro del agujero negro, en algo llamado disco de acreción. La posibilidad de que la formación de estrellas se produzca en el disco de acreción del agujero negro fue respaldada por las observaciones.

Utilizando el telescopio espacial Hubble para observar y realizar espectroscopia en una galaxia enana Hen 2-10 (que se encuentra a unos 34 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de Pyxis), Schutte y su equipo llegaron a la conclusión de que el flujo de salida del agujero negro en el centro de la galaxia desencadenó la formación estelar de la misma, y sus hallazgos fueron publicados en Nature.

Stephen Adler, de la Universidad de Princeton (Nueva Jersey), ha desarrollado una nueva teoría basada en una interacción entre los agujeros negros y la energía oscura que proporciona un mecanismo que podría explicar cómo un agujero negro central puede catalizar la formación de estrellas. Esta interacción con la energía oscura haría que los agujeros negros filtraran materia creando un viento de partículas que se aleja.

"Cuando este viento choca con la materia que entra, el impulso se anula dejando los productos de la colisión a cierta distancia del agujero negro. Es esta materia la que luego se forma en estrellas". Blog de Física arXiv.

Si los agujeros negros emiten un "viento" de la forma que propone Adler, los astrónomos podrían ver pruebas de ello, utilizando el telescopio espacial James Webb. Y hace unos días, un nuevo estudio con datos observacionales apoya esta opinión. El estudio descubre que, de hecho, el crecimiento de los agujeros negros y la formación de estrellas están ocurriendo simultáneamente en las mismas galaxias y parecen influirse mutuamente. También calculan la relación que describe cómo están vinculados ambos fenómenos, y esto es muy importante en el contexto de la física unificada porque demuestra que la conexión entre las estrellas y los agujeros negros es aún más profunda.

¿Hasta dónde puede llegar la relación? El próximo artículo de Haramein, Invariant Unification of Forces, Fields and Particles, in a Quantum Vacuum Plasma (Unificación Invariante de Fuerzas, Campos y Partículas en un Plasma Cuántico de Vacío), ¡también aborda esta cuestión! Como ha afirmado Haramein durante más de 25 años, las estrellas son agujeros negros con una gruesa ergósfera, por lo que los espectros de un cuerpo negro (un agujero negro) y una estrella, son tan similares.

De todo lo anterior se desprende que la noción de Resonancia es tan importante, elemental y fundacional, que nuestra fundación la establece como un Principio Básico. La Resonancia guía todos nuestros estudios: el Principio Holográfico Generalizado, el Modelo de Escalamiento Holofractográfico, la Ciencia de la Biología Cuántica, la Ciencia de la Consciencia, y mucho más... ¡estén atentos!