Adición a "Neutrinos, Neutrones y Estrellas de Neutrones".

"En los soles grandes cuando el hidrógeno se agota y la contracción de la gravedad se produce, y tal cuerpo no es lo suficientemente opaco para retener la presión interna de apoyo para las regiones de gas exterior, entonces se produce un colapso repentino. Los cambios de gravedad eléctrica dan origen a grandes cantidades de diminutas partículas carentes de potencia eléctrica, y tales partículas escapan fácilmente del interior solar, provocando así el colapso de un gigantesco sol en pocos días ". (P 464) Para los mediados de los años treinta que era toda una declaración. Estas minúsculas partículas que ahora llamamos neutrinos eran totalmente especulativas a principios de la década de 1930 y se requerían para dar cuenta de la falta de energía de masa de la degradación radioactiva beta. Hipótesis sobre los posibles orígenes de la declaración del periódico Urantia sobre el colapso solar

A principios de la década de 1930, Fritz Zwicky, del Instituto de Tecnología de California (Caltec), que trabajó en el departamento del profesor Millikan, publicó ampliamente la idea de que podrían producirse explosiones de supernova y dar lugar a la formación de estrellas de neutrones. Por un período durante los mediados de los años treinta, Zwicky también estaba en la universidad de Chicago. Se dice que el Dr. Sadler conoció a Millikan. Por lo tanto, las posibilidades alternativas para el origen de la cita del libro de Urantia anterior podrían ser:

1. Los reveladores siguieron su mandato y utilizaron una fuente humana de información sobre las supernovas, posiblemente Zwicky.

2. El Dr. Sadler había aprendido acerca de las diminutas partículas carentes de potencial eléctrico de Zwicky, Millikan o alguna otra persona conocedora y lo incorporó al Libro de Urantia.

3. Se suministra información para llenar las lagunas que faltan en el conocimiento que de otro modo se obtendría, tal como se permite en el mandato. (1110)

Zwicky tenía la reputación de ser un científico brillante, pero dado a mucha especulación salvaje, algunos de los cuales resultaron ser correctos. Un artículo publicado por Zwicky y Baade en 1934 propuso que las estrellas de neutrones se formarían en el colapso estelar y que el 10% de la masa se perdería en el proceso. (Reseñas físicas, Vol. 45)

En Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy (Picador, Londres, 1994), un libro que cubre el trabajo y el pensamiento de este período en detalle, K.S. Thorne, Profesor Feynman de Física Teórica en Caltec, escribe: "A principios de los años 30, Fritz Zwicky y Walter Baade unieron fuerzas para estudiar las novas, estrellas que repentinamente resplandecen y brillan 10.000 veces más brillantes que antes. , Además de las novae ordinarias, existían las novas superluminosas, que eran más o menos del mismo brillo, pero como se creía que se producían en nebulosas muy alejadas de nuestra Vía Láctea, debían señalar acontecimientos de extraordinaria magnitud. Ocurrido durante el siglo actual.

"Cuando Baade y Zwicky lucharon por entender las supernovas, James Chadwick, en 1932, reportó el descubrimiento del neutrón, lo que precisó Zwicky para calcular que si una estrella pudiera implosionar hasta alcanzar la densidad del núcleo atómico, Podría transformarse en un gas de neutrones, reducir su radio a un núcleo encogido y, en el proceso, perder alrededor del 10% de su masa, el equivalente en energía de la pérdida de masa suministraría la fuerza explosiva para alimentar una supernova.

"Zwicky no sabía qué podría iniciar la implosión ni cómo el núcleo podría comportarse como implodió.Por lo tanto, no pudo estimar cuánto tiempo el proceso podría tomar es una contracción lenta o una implosión de alta velocidad? Detalles de este proceso no se resolvió Hasta la década de 1960 y posteriores.

Zwicky creía que los rayos cósmicos representaban la pérdida de energía de masa en las explosiones de supernovas

"En este momento (1932-33), los rayos cósmicos estaban recibiendo mucha atención y Zwicky, con su amor a los extremos, logró convencerse de que la mayoría de los rayos cósmicos (correctamente) venían de fuera de nuestro sistema solar y (incorrectamente) que La mayoría eran de muy lejos de la galaxia de la Vía Láctea de hecho de los más distantes del universo y luego se convenció (aproximadamente correctamente) de que la energía total transportada por todos los rayos cósmicos del universo era aproximadamente la energía total liberada por las supernovas A través del universo.La conclusión era obvia para Zwicky.Los rayos cósmicos deben hacerse en explosiones de supernova. El artículo de Baade y Zwicky de 1934 afirmaba inequívocamente la existencia de supernovas como una clase distinta de objetos astronómicos diferentes de las novas comunes. Estimó la energía total liberada (10% de la masa solar), y propuso que el núcleo consistiría en neutrones, una especulación que no fue aceptada como teóricamente viable hasta 1939 ni verificada observacionalmente hasta 1967 con el descubrimiento de púlsares girando, Dentro del explosivo gas de antiguas supernovas. La información, extraída del reciente libro de Thorne, indica que Zwicky no sabía nada acerca del posible papel de "pequeñas partículas neutras" en la implosión de una estrella de neutrones, sino que atribuyó toda la pérdida de energía de masa a los rayos cósmicos. Así que, si no de Zwicky, ¿cuál es entonces el origen humano de la declaración del Libro de Urantia de que los neutrinos que escapan de su interior provocan el colapso de la estrella implosiva? (Las estimaciones actuales atribuyen el 99% de la energía de una explosión de supernova a ser llevadas por los neutrinos).

Thorne afirma en su libro: "Los astrónomos de la década de 1930 respondieron con entusiasmo al concepto Baade-Zwicky de una supernova, pero trataron con desdén las ideas de la estrella de neutrones y el rayo cósmico de Zwicky ... De hecho, De los escritos de Zwicky de la época que él no entiende las leyes de la física lo suficientemente bien como para ser capaz de sustentar sus ideas. Esta opinión también fue sostenida por Robert Oppenheimer que publicó un conjunto de documentos con los colaboradores Volkoff, Snyder y Tolman, sobre las ideas del físico ruso Lev Landau sobre la energía estelar que se origina de un núcleo de neutrones en el corazón de una estrella. Oppenheimer ignoró las propuestas especulativas de Zwicky, aunque debía de estar familiarizado con ellos mientras trabajaba aproximadamente la mitad de cada año en Caltec.

Los trabajos de Oppenheimer eran principalmente de naturaleza teórica y se basaban en los principios de la física relativista. En un artículo de Oppenheimer y Snyder de 1939, ya que no tenían ni el conocimiento detallado ni la maquinaria computacional para formular un modelo realista de estrella colapsante, tomaron como punto de partida una estrella que era precisamente esférica, no giratoria, no radiante , De densidad uniforme y sin presión interna. Sus conclusiones incluyeron que, para un observador de un marco de referencia externo estático, la implosión de una estrella masiva se congela en la circunferencia crítica de la estrella (es decir, donde la gravedad se hace tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar) Marco de la superficie de la estrella, puede continuar a implosionar (en última instancia a una singularidad Schwarzschild el término "agujero negro" aún no se había inventado).

Einstein y Eddington se oponen al concepto de estrella de neutrones

Estos documentos de Oppenheimer, que concluyeron que las estrellas de neutrones o los agujeros negros podrían ser el resultado de la implosión de estrellas masivas, eran casi tan lejos como los físicos podían ir en ese momento. El físico más prominente de la época, Albert Einstein, y el decano de los astrónomos, Sir Arthur Eddington, se opusieron vigorosamente a los conceptos implicados en el colapso estelar más allá de la etapa enana blanca. Por lo tanto, el tema parece haber sido puesto en suspenso coincidiendo con el estallido de la guerra en 1939. Durante la década de 1940, prácticamente todos los físicos capaces estaban ocupados con tareas relacionadas con el esfuerzo de guerra. Aparentemente esto no fue así para el astrónomo-físico nacido en Rusia, George Gamow, profesor en Leningrado que había ocupado un puesto en la Universidad George Washington en 1934. Gamow concibió el principio del universo en expansión de Hubble como una bola de fuego termonuclear en la cual el original La materia de la creación era un denso gas de protones, neutrones, electrones y radiación gamma que se transmutó mediante una cadena de reacciones nucleares en la variedad de elementos que conforman el mundo de hoy. En los años cuarenta, Gamow y un grupo de colaboradores escribieron una serie de artículos que explicaban los detalles de la termonucleogénesis, pero desafortunadamente su esquema no funcionó. Algunos núcleos atómicos eran tan inestables que se desmoronaron antes Podrían fundirse de nuevo en algo más pesado, rompiendo así la cadena de construcción de elementos. "El equipo de Gamow se disolvió a finales de los años 40, su trabajo fue ignorado y despreciado".

Entre este trabajo fue un artículo de Gamow y Schoenfeld que propuso que la pérdida de energía de las estrellas envejecidas sería mediada por un flujo de neutrinos. Sin embargo, también señalaron que "los neutrinos siguen siendo considerados como partículas altamente hipotéticas debido al fracaso de todos los esfuerzos para detectarlos." Su propuesta parece haber sido pasada por alto o ignorada hasta la década de 1960.

Conservación de la energía "ley" bajo fuego

La sugerencia de Pauli acerca de la existencia necesaria de la pequeña partícula desconocida carente de potencial eléctrico que ahora llamamos el neutrino fue hecha justo antes del descubrimiento de Chadwick del neutrón en 1932. El nombre neutrino fue sugerido por Enrico Fermi. En la desintegración beta, cuando un neutrón se descompone en un protón y un electrón, la pérdida de masa es 0,00029 en la escala del peso atómico, aproximadamente la masa de medio electrón. En algunos eventos de desintegración, el electrón obtiene la mayor parte de la energía de masa perdida en forma de energía cinética. Dado que la partícula que faltaba también debía tener energía cinética, quedó claro que debía estar sin masa o muy cerca de ella. Muchos pensaron que debía ser sin masa como el fotón y viajar con la velocidad de la luz. Aunque nadie quería abandonar la ley de conservación de la energía, había dudas considerables acerca de salvarla por medio de una partícula sin carga y probablemente sin masa, una partícula que nunca podría ser detectada y cuya única razón de existencia era meramente salvar una ley. [Nota: En 1957, se demostró que la ley de 30 años de conservación de la paridad fue violada durante la emisión de neutrinos en la desintegración radioactiva beta.]

Con el paso del tiempo, la necesidad del neutrino creció, no sólo para salvar la ley de conservación de la energía, sino también la conservación del momento, el momento angular (spin) y el número de leptones. A medida que el conocimiento de lo que debía ser creció, y como el conocimiento acumulado de los intensos esfuerzos para producir la bomba atómica, los posibles medios de detectar esta partícula comenzaron a surgir. En 1953, los experimentos fueron iniciados por un equipo liderado por C.L. Cowan y F. Reines.1 En la actualidad existían reactores de fisión en los que la descomposición del uranio producía neutrones libres que, fuera del núcleo atómico, eran inestables y se rompían a través de la desintegración beta para producir un protón, un electrón y, Existía, la partícula que faltaba. Se estimó que el reactor de fisión elegido en el río Savannah, Carolina del Norte, proporcionaría 1.000.000.000.000.000.000 cada segundo. Estos deben ser antineutrinos.

Detección del neutrino esquivo

El equipo de Cowan y Reines ideó un esquema para alimentar a los antineutrinos del reactor en un objetivo consistente en agua. Cada molécula de agua consta de dos átomos de hidrógeno y un oxígeno, y los núcleos de los átomos de hidrógeno son protones. Se añadió una sustancia centelleadora al agua contenida en una serie de tanques rodeados por detectores de centelleo. Si un antineutrino fue absorbido por un protón, se esperaba que se formara un neutrón y un positrón (antielectrón). En un ambiente semejante, el positrón debe chocar con un electrón dentro de un millonésimo de segundo, y los dos deben aniquilarse con la producción de dos fotones de rayos gamma disparados en direcciones exactamente opuestas. Un refinamiento añadido fue la detección del neutrón recién formado que, en presencia de iones de cadmio, sería inmediatamente tomado en el núcleo de cadmio con la emisión de fotones con energía combinada de 9 Mev. La detección de esta secuencia de eventos anunciaría la existencia del antineutrino. En 1956 este sistema estaba detectando 70 eventos de este tipo por día con el reactor de fisión que funcionaba por encima y por encima del ruido de fondo con el reactor apagado. Quedaba ahora para demostrar que esta partícula no era su propia antipartícula, como es el caso con el fotón. Esto fue hecho por R. Davis en 19561, usando un sistema diseñado específicamente para detectar las propiedades esperadas del neutrino, pero probando para esas características con los antineutrinos que derivan de un reactor de la fisión. Los resultados negativos así obtenidos proporcionaron evidencia de que había dos partículas diferentes. La confirmación de la existencia del neutrino (a diferencia del anti-neutrino) se obtuvo en 1965 cuando se detectaron neutrinos del sol en enormes tanques de percloroetileno colocados muy bajo tierra. Renovación de la búsqueda de la estrella de neutrones

El tema del destino de las estrellas implosivas reabrió con vigor cuando Robert Oppenheimer y John Wheeler, dos de los grandes nombres de la física, asistieron a una conferencia en Bruselas en 1958. Oppenheimer creía que sus artículos de 1939 decían todo lo que necesitaba ser Dijo sobre tales implosiones. Wheeler no estaba de acuerdo, queriendo saber qué pasaba más allá de las leyes bien establecidas de la física.

Cuando Oppenheimer y Snyder hicieron su trabajo en 1939, no había sido posible calcular los detalles de la implosión. Mientras tanto, el diseño de las armas nucleares había proporcionado las herramientas necesarias porque, para diseñar una bomba, debían tenerse en cuenta las reacciones nucleares, los efectos de presión, las ondas de choque, el calor, la radiación y la expulsión masiva. Wheeler se dio cuenta de que su equipo sólo tenía que reescribir sus programas de computadora para simular la implosión en lugar de la explosión. Sin embargo, su equipo de la bomba de hidrógeno había sido disuelto y cayó a Stirling Colgate en Livermore, en colaboración con Richard White y Michael May, para hacer estas simulaciones. Wheeler se enteró de los resultados y fue en gran parte responsable de generar el entusiasmo de seguir esta línea de investigación. El término agujero negro fue acuñado por Wheeler.

La base teórica para las explosiones de supernovas se dice que ha sido puesta por E. M. Burbidge, G.R. Burbidge, W. A. ​​Fowler y Fred Hoyle en un artículo de 19572. Sin embargo, incluso en el libro de texto de Hoyle y Narlikar, The Physics-Astronomy Frontier (1980), no se considera el papel de los neutrinos en la conducción explosiva de energía lejos del núcleo de una supernova. En su artículo de 1957, Hoyle y sus colaboradores propusieron que cuando la temperatura de una estrella envejecida masiva ascienda a unos 7 mil millones de grados K, el hierro se convierte rápidamente en helio mediante un proceso nuclear que absorbe energía. Al satisfacer la demanda repentina de esta energía, el núcleo se enfría rápidamente y se contrae catastróficamente, se desploma en segundos y la envoltura exterior se estrella contra él. A medida que los elementos más ligeros se calientan por la implosión, se queman con tanta rapidez que la envoltura se vierte en el espacio. Así, dos años después de la primera publicación del Libro de Urantia, las autoridades más eminentes en el campo de la evolución estelar no hacen referencia a las "enormes cantidades de pequeñas partículas carentes de potencia eléctrica" que el libro dice escapan del interior de la estrella para traer su colapso. En su lugar, invocan la conversión del hierro en helio, un proceso que consume energía que ahora se piensa que no tiene importancia.

Siguiendo con el olvidado artículo de Gamow y Schoenfeld, la siguiente sugerencia de que los neutrinos pueden tener un papel en las supernovas provino de Ph.D. Estudiante Hong-Yee Chiu, trabajando bajo Philip Morrison. Chiu propuso que hacia el final de la vida de una estrella masiva, el núcleo alcanzaría temperaturas de alrededor de 3 mil millones de grados en los que se formaran pares de electrones-positrones y una pequeña fracción de estos pares daría lugar a pares de neutrino-antineutrino. Chiu especuló que los rayos X serían emitidos por la estrella durante unos 1000 años y que la temperatura alcanzaría en última instancia cerca de 6 mil millones de grados cuando un núcleo de hierro se formaría en la región central de la estrella. El flujo de pares de neutrino-antineutrino sería entonces suficientemente grande para llevar la energía explosiva de la estrella en un solo día. El período de 1000 años predicho por Chiu para la emisión de rayos X se redujo a aproximadamente un año por los trabajadores posteriores. Las propuestas de Chiu parecen haber sido publicadas por primera vez en una tesis de Ph.D. presentada en la Universidad de Cornell en 1959. Referencias diseminadas son hechas por Philip Morrison y por Isaac Asimov.

Sin corriente neutra, sin supernova

Dennis Overbye, en su libro Lonely Hearts of the Cosmos registra que, para las supernovas, casi toda la energía de la caída libre hacia adentro sale en forma de neutrinos. El éxito de este escenario (según lo propuesto por Chiu) depende de una característica de la interacción débil llamada corrientes neutras. Sin esto, los neutrinos no suministran lo suficiente "y los teóricos no tenían una buena explicación de cómo las estrellas explotan. En realidad, la existencia de la corriente neutra para la interacción débil no se demostró hasta mediados de los años setenta.

Un artículo de 1985 (Scientific American) de Bethe y Brown titulado "Cómo explota una supernova" muestra que la comprensión del importante papel de los neutrinos estaba muy avanzada en ese momento. Estos autores atribuyen este entendimiento a las simulaciones por computadora de W. David Arnett de la Universidad de Chicago y Thomas Weaver y Stanford Woosley de la Universidad de California en Santa Cruz.

En un reciente informe de Sky and Telescope (agosto de 1995) se afirma que, durante la última década, las simulaciones por computadora de las supernovas se han atascado a 100 a 150 km del centro y no han explotado. Estos modelos eran unidimensionales. Con más potencia informática disponible, ahora se han realizado simulaciones bidimensionales y se han producido explosiones de supernova modelo. El que se informó fue para una supernova de 15 masas solares que termina como una estrella de neutrones. Sin embargo, los autores especulan que al menos unas 5 a 15 implosiones de masa solar podrían terminar como agujeros negros. Todavía hay un largo camino por recorrer para comprender los detalles de las implosiones estelares.

¿Quién dunit? Eliminando las alternativas

Refiriéndose a nuestras tres alternativas para explicar cómo la referencia al papel de las minúsculas partículas descargadas en las explosiones de supernovas llegó a estar en los Papeles de Urantia, aparentemente en 1934, nuestra investigación mostró que Zwicky es poco probable que haya sido la fuente, ya que firmemente creía que eran rayos x, no neutrinos, representaron el 10% de pérdida de masa durante la muerte de la estrella. Recordando que las estrellas de neutrones no se demostraron hasta 1967, que algunos de los nombres más grandes en física y astronomía eran totalmente opuestos al concepto de estrellas colapsantes (Einstein, Eddington), y que, en los años 60, la mayoría de astrónomos asumieron Que las estrellas masivas arrojan su masa fragmentada antes de retirarse respetablemente como enanas blancas, parece que habría sido una noción absurda intentar apoyar la realidad de una revelación por medio de la especulación sobre los acontecimientos que ocurren en la implosión de estrella masiva en cualquier momento anterior A los años sesenta. Si se supone que, en lo que habría necesitado ser el consejo experto de un astrofísico bien informado pero temerario, el Dr. Sadler escribió el material de la página en los Documentos de Urantia después de los conceptos sobre neutrinos que aparecen en Gamow et al. Publicaciones, entonces se hace necesario preguntar por qué no fue eliminado cuando ese trabajo perdió credibilidad más tarde en la década de 1940? Y en particular porque, en sus conclusiones, Gamow y Schoenfeld llamaron la atención sobre el hecho de que los neutrinos todavía eran considerados partículas altamente hipotéticas, así como señalando que "la dinámica del colapso representa dificultades matemáticas muy serias". Placas de impresión para el Libro de Urantia Los documentos de la Fundación Urantia demuestran que el contrato para preparar las placas de impresión de níquel del manuscrito de los Documentos de Urantia fue aceptado durante septiembre de 1941. Las pruebas de galera de las placas fueron verificadas por errores tipográficos de miembros de El grupo de Sadler, conocido como el Foro, en 1942. El caso de Sherman descrito en el libro de Gardner incluía un intento de Sherman para obtener el control de las planchas de impresión en 1943. Estas placas se mantuvieron en las bóvedas de los impresores, RR Donnelley & Sons hasta La impresión real del Libro de Urantia. Las regulaciones en tiempo de guerra impidieron una impresión temprana del libro. Más tarde fue retrasado por los reveladores.

Ya se ha indicado que el artículo altamente especulativo de 1942 de Gamow y Schoenfeld era poco probable que hubiera sido la fuente de la declaración p.464 del libro sobre la implosión de las estrellas. La evidencia para el contrato de planchas de impresión hace que sea aún menos probable.

Invocando la Navaja de Occam

El lenguaje, el nivel de conocimiento y la terminología de la referencia, junto con las referencias a la unión de protones y neutrones en el núcleo atómico, los dos tipos de mesotrón y la participación de pequeñas partículas no cargadas en la desintegración beta radiactiva como esta Descrita en la página 479, es del período de principios de los años 30, y no el de los años 40 y 50. Es lo que cabría esperar de los autores limitados por el mandato de no revelar conocimientos no ganados, salvo en circunstancias especiales. Aplicando el principio de la navaja de Occam de dar preferencia a la explicación más simple consistente con los hechos, la explicación más probable para el material mencionado de la página 464 debe ser que es original a los Documentos de Urantia tal como se recibió en 1934, por lo tanto, El mandato revelatorio como información suministrada para llenar las lagunas que faltan en nuestro conocimiento.

Referencias

1. Asimov, Isaac, (1966) The Neutrino (Dobson Books Ltd., Londres)

2. Burbidge, E.M., G.R. Burbidge, W.A. Fowler, & F. Hoyle. (1957)

3. Morrison, Philip, (1962) Scientific American 207 (2) 90.

4. Overbye, Dennis (1991) Corazones solitarios del cosmos (HarperCollins)

5. Thorne, K.S. (1994) Black Holes and Time Warps: El escandaloso legado de Einstein (Picador, Londres)