El átomo de vórtice, ¿una teoría olvidada?

El átomo de vórtice, ¿una teoría olvidada?

por Mathias Hüfner

The Thunderbolts Project cumple ya un cuarto de siglo, desde que el inolvidable Wal Thornhill se dedicó a una nueva cosmología con su ensayo "Gravedad vs. Plasma". Lo definió así:

El Modelo Cosmológico del Universo Eléctrico es nuevo y se basa en el caso más general del comportamiento de cuerpos cargados eléctricamente incrustados en un plasma cargado. El plasma es un gas al que se le han arrancado electrones de algunos átomos —es decir, está ionizado—. Como un metal en el que los electrones pueden moverse libremente, el plasma es un excelente conductor eléctrico. El 99,999% de la materia del universo es plasma. Un plasma cargado tiene un pequeño exceso de carga negativa o positiva. El plasma forma filamentos de manera natural en respuesta a campos eléctricos y magnéticos. Estos filamentos pueden "sujetarse" magnéticamente entre sí, formando estrellas. Las estrellas no están aisladas, sino que reciben energía eléctrica de la galaxia —de ahí la corona solar, con temperaturas de millones de grados centígrados—. Las fuerzas electromagnéticas son infinitamente más fuertes que la gravedad, y pueden explicar con facilidad fenómenos atribuidos a los agujeros negros. Las fuerzas electromagnéticas pueden repeler o atraer. La gravedad solo atrae —hace falta un asombroso juego de manos para explicar las colosales eyecciones de materia desde los centros de las galaxias—. La cosmología del plasma es el campo práctico de los ingenieros eléctricos. Debido a la enorme escalabilidad de sus fenómenos, es verificable experimentalmente. — Wal Thornhill

A lo largo de los 25 años de existencia de The Thunderbolts Project, seguidores de todo el mundo han recopilado numerosos argumentos y datos que respaldan la idea de un Universo Eléctrico, pese a toda la resistencia de los defensores de la teoría académicamente establecida del Big Bang. Desde la perspectiva de la física de plasmas, el cosmos visible, con cuerpos que interactúan constantemente mediante efectos de resonancia, es un sistema dinámico abierto, anidado y "impulsado". Isaac Newton pudo explicar por qué la manzana cae del árbol, pero no por qué la Luna no cae sobre la Tierra: para él, de eso se encargaba Dios. Albert Einstein quiso explicarlo curvando el concepto matemático de espacio, usando el viejo concepto de las esferas cósmicas. Por desgracia, no supo distinguir un espacio de una superficie. Tampoco entendió el principio del tiempo, ya que lo consideraba independiente del movimiento de la masa, y por eso no reconoció que el movimiento es una categoría asimétrica. Es más: el movimiento rectilíneo en un marco inercial es movimiento acelerado. El movimiento no acelerado es movimiento alrededor de un centro de fuerza: es una trayectoria circular cerrada. Todo conductor sabe que tomar una curva requiere no solo potencia del motor, sino también una fuerza de dirección perpendicular a esa potencia. Idealmente, ese movimiento alrededor de un centro inercial puede ser libre de fuerza o de peso, como nos cuentan los astronautas. Nada de esto disuadió a Georges Lemaître de desarrollar su religión física, que se convirtió en el fundamento de la fe católica en 1951, bajo el papa Pío XII.

La física cuenta con la fuerza de Lorentz para las trayectorias curvas, compuesta de componentes eléctricos y magnéticos. En el cosmos, describe las corrientes de Birkeland, y en el átomo, las trayectorias de los electrones de la capa, que observó Louis de Broglie. Esto nos lleva a una teoría olvidada de William Thomson (Lord Kelvin), respaldada por Hermann von Helmholtz y James Clerk Maxwell en la segunda mitad del siglo XIX. La teoría del movimiento vorticial de Helmholtz proporcionó la base matemática para la teoría del átomo de vórtice de Thomson. Thomson reconoció el potencial del trabajo de Helmholtz y lo usó para desarrollar su teoría de átomos de vórtice, en la que los átomos se representan como anillos de vórtice estables en un fluido perfecto. Sin embargo, no tenía ni idea de qué causaba el anillo de vórtice, el núcleo atómico positivo. Ernest Rutherford lo descubrió por primera vez en 1911, durante experimentos de dispersión de electrones, cuando el modelo de vórtice de Thomson ya había sido rechazado.

En la década de 1860, Maxwell desarrolló su ingenioso sistema de ecuaciones aplicando analogías físicas y modelos matemáticos (Figura 1). Usó su conocimiento sobre tensiones y deformaciones en fluidos continuos para desarrollar una teoría matemática del electromagnetismo. Maxwell justificó su elección alegando que la rotación del plano de la luz polarizada por un campo magnético demostraba que "la causa de la acción magnética sobre la luz debe ser una rotación real que tiene lugar en el campo magnético" (rotacional de B). Más tarde, insertó "ruedas locas" imaginarias (rotacional de E) entre los vórtices para resolver la discontinuidad de velocidad, usando el desplazamiento de esas ruedas locas como símbolo de la corriente eléctrica (divergencia de E). Este enfoque metódico lo condujo finalmente a una teoría matemática del campo electromagnético.

Desde hacía tiempo se sabía que una onda necesita un medio de propagación. El concepto de éter (del griego antiguo: cielo azul) se ha usado para ese medio desde la Antigüedad. El éter jugó un papel central en la comprensión del cosmos. En el entendimiento de la antigua India, este término estaba por encima de las cuatro fases terrestres de la materia.

En 1878, Maxwell escribió una entrada en la Encyclopædia Britannica, con el siguiente resumen al final:

"Cualesquiera que sean las dificultades que tengamos para formarnos una idea coherente de la naturaleza del éter, no puede haber duda de que los espacios interplanetario e interestelar no están vacíos, sino llenos de una sustancia o cuerpo material, que es sin duda el mayor y probablemente el más uniforme de los cuerpos que conocemos." — James Clerk Maxwell

En los círculos académicos, todavía no ha arraigado la idea de que los términos éter, campo electromagnético y estado de plasma de la materia son sinónimos. Basta recordar la disputa sobre el éter entre Albert Einstein y Dayton Miller en la década de 1930, que Einstein ganó gracias a su mayor popularidad. Cuando Einstein finalmente se dio cuenta de que estaba equivocado, empezó a toquetear su teoría de campos, aunque sin mucho éxito. Pero para entonces ya a nadie le interesaba. En la actualidad, los círculos académicos creen en materia exótica en lugar de reconocer que basta con estudiar las fuerzas electromagnéticas de los átomos ordinarios para obtener respuestas a las preguntas sobre el movimiento de la materia. El hecho de que nuestras ideas sobre el átomo sean erróneas se aprecia en que no existe conexión alguna entre las ideas de Maxwell sobre la activación de una onda electromagnética y el mecanismo de la teoría ondulatoria de la mecánica cuántica.

La idea del átomo de vórtice de Thomson se basa en la noción de un anillo de humo con forma de toroide, inspirada en el aparato de Guthrie Tait para producir anillos de vórtice, y en la teoría de vórtices de Helmholtz, que Tait tradujo al inglés en 1867 (Figura 2).

La enorme escalabilidad de la idea del universo eléctrico como una estructura de vórtice en forma de red es evidente desde el efecto Hall hasta el efecto Hall cuántico, que Klaus von Klitzing descubrió en 1980 y por el que recibió el Premio Nobel en 1985. Significativamente, este efecto no se comprendió dentro de una interpretación bidimensional de Copenhague de la mecánica cuántica.

Ya en 1879, Edwin Hall describió un efecto, más tarde bautizado con su nombre, como parte de su tesis doctoral. Según Hall, fue Maxwell quien lo motivó a buscar ese efecto, a raíz de la siguiente afirmación de Maxwell:

Hay que recordar con cuidado que la fuerza mecánica que empuja a un conductor por el que circula corriente a través de las líneas de fuerza magnética no actúa sobre la corriente eléctrica, sino sobre el conductor que la transporta. La única fuerza que actúa sobre una corriente eléctrica es la fuerza electromotriz. — James Clerk Maxwell

Una rotación uniforme gira mientras se conserve el par magnético. Una oscilación bidimensional siempre requiere una fuerza externa para excitarse. Sin embargo, ese cuanto de fuerza debe suministrarse y cancelarse en resonancia con el sistema. Para convertir la oscilación en una rotación se necesita un momento eléctrico perpendicular a ella, que a su vez crea un momento magnético. Por eso Maxwell acopló sus ecuaciones de rotación. Esto crea un movimiento toroidal en el espacio, similar a un anillo de humo. Se necesita una fuente descrita con divergencia de E para generar anillos de corriente. Aunque el efecto Hall no explica por completo el vórtice atómico, lo describe de forma bastante plausible. Heinrich Hertz demostró experimentalmente, nueve años después, las ondas electromagnéticas predichas teóricamente por Maxwell. Este descubrimiento sentó las bases de tecnologías de comunicación como la radio, la televisión y la telefonía móvil. Las ondas electromagnéticas se transmiten mediante antenas.

El modelo del átomo de la mecánica cuántica no incluye este hecho. Mientras yo seguía dándole vueltas a esto, Klaus Gebler, un profesor de física jubilado con quien intercambio ideas constantemente, me mostró su explicación del efecto Hall cuántico. Fue entonces cuando comprendí cómo funciona un átomo. Cuando los átomos emiten ondas electromagnéticas, sus capas de electrones deben funcionar como antenas. A lo largo de las décadas, las frecuencias transmitidas técnicamente se han vuelto cada vez más cortas. De los dos tipos de antena —la antena dipolo y la antena de bucle—, solo esta última es plausible aquí. La antena de bucle, con una circunferencia de bucle de 0,4λ, es más pequeña que la antena dipolo. Tiene un ancho de banda muy estrecho y una capacitancia de apertura igualmente pequeña, lo que indica picos de transmisión estrechos. Podemos suponer con casi total certeza que los electrones se comportan como antenas de bucle cuando la circunferencia de su órbita corresponde a 0,4λ y se interrumpe brevemente.

La Figura 3 muestra un modelo atómico que representa al electrón como un vórtice ondulatorio, tal como lo descubrió Louis de Broglie en 1924. La onda se caracteriza aquí mediante los parámetros de velocidad normalizados p y q, donde p describe la onda a lo largo de la circunferencia mayor, y q a lo largo de la circunferencia menor. Variando los parámetros p y q se aprecia que la onda se cierra sobre el toroide orbital constante solo para valores enteros de p y q.

Mientras la carga elemental orbite alrededor del toroide a velocidad constante, no se radia energía. Si la velocidad orbital del vórtice cambia por una perturbación externa, el circuito oscilante se abre y actúa como una antena. En la Figura 3, esto se indica con el parámetro fraccionario-racional q=1,3.

Klaus von Klitzing repitió después el experimento de Hall en 1980, aunque con modificaciones. En lugar de metal, usó un llamado "gas de electrones", hidrógeno a temperaturas muy bajas para eliminar el movimiento del núcleo atómico, en una cubeta muy poco profunda, de modo que el gas solo pudiera moverse en dos direcciones. Esto dejaba solo la dirección de la corriente y la dirección del voltaje Hall: los electrones no podían moverse en la dirección del campo magnético. Su motivación era determinar la constante de estructura fina α a partir de la razón entre la velocidad orbital del electrón —vinculada a la intensidad del campo magnético mediante la fuerza de Lorentz— y la velocidad de la luz.

Klitzing notó que el voltaje, por lo demás proporcional, presentaba de pronto pequeños escalones (campo verde en la Figura 4). Dos años después, Horst Störmer y Daniel Tsui descubrieron, en investigaciones más detalladas, que la resistencia presentaba una estructura espectral en función de la intensidad del campo magnético (campo marrón en la Figura 4). Esto confundió aún más a la comunidad científica, porque contradecía la idea previamente aceptada de un electrón esférico con carga fija. La observación implicaba que muchos electrones actuando juntos pueden crear nuevas partículas con una carga menor que la de un solo electrón. Pero esto no debería ser posible: una colección de objetos puede combinarse para formar un objeto mayor, o las piezas pueden conservar su tamaño, pero no crear nada más pequeño. Si las nuevas partículas tuvieran carga doble, no sería tan paradójico —los electrones podrían simplemente "pegarse" y formar pares—. Pero la idea de cargas fraccionarias resulta, desde luego, muy extraña.

Como mostró Gebler, las fracciones usadas por Störmer no tienen nada que ver con cargas fraccionarias. Sin embargo, si se interpretan como oscilaciones por órbita respecto a los radios mayor y menor del toroide, el resultado de Störmer encaja armoniosamente en la imagen de un vórtice electrónico toroidal. Recordemos el escape del áncora de un reloj mecánico: mediante el movimiento del péndulo, el cuanto de fuerza que actúa continuamente desde el peso del reloj se inhibe (gran resistencia) o se libera. El espectro marrón de Störmer en la Figura 4 muestra una imagen análoga. Aquí, la resistencia no es mecánica, sino eléctrica, causada por las oscilaciones de la capa electrónica, que inhiben o liberan la corriente Hall.

Esto también palidece frente a la imagen de un electrón esférico y rígido con un inexplicable espín adimensional de 1/2, saltando de un lado a otro entre capas de energía. Por el contrario, la carga del electrón es un vórtice polimórfico y amorfo con un momento electromecánico que llena todo espacio disponible a grandes escalas, hasta el núcleo, donde puede formar micromagnetes con dos protones, en última instancia responsables de las fuerzas nucleares fuerte y débil, tal como describo en mi libro Dynamic Structures in an Open Cosmos.

Un análisis detallado de los datos de plasma de SAFIRE podría aportar más conocimiento sobre el comportamiento de los electrones en el campo eléctrico, y explicar la fusión de protones en átomos completos.

[Traducido y adaptado por metahistoria.org a partir del artículo «The Vortex Atom, a Forgotten Theory?», de Mathias Hüfner (fuente: thunderbolts.info)]