lunes, 10 de octubre de 2011

EINSTEIN, FOTONES, NEUTRINOS Y EL HORIZONTE COSMOLÓGICO

Me he permitido el atrevimiento de verter en Ancile una suerte de versión, o mejor, de paráfrasis dialogada de una intervención mía (conferencia, primero, mesa redonda después) sobre un asunto, a la sazón  de candente actualidad, sobre todo debido al experimento con neutrinos llevado a cabo por el CERN del que se deduce violación de la constante de la velocidad de la luz,  y que no deja indiferente a la comunidad científica debido a las extraordinarias consecuencias que puede traer consigo, de resultar cierto y de mantenerse en posteriores comprobaciones experimentales. Así pues, verán en singular desfile (y con anotaciones a pie de página para su mejor entendimiento) una serie de reflexiones que, aun y a pesar de la dificultad que pueden encerrar en su tratamiento para un público no iniciado, seguro que actuarán de singular estímulo para los espíritus curiosos e inquietos, y hará las delicias para aquellos proclives a dejar volar la imaginación por parajes harto sugestivos como el  que de consuno ofrece la cosmología desde sus inicios, que empezaron de seguro cuando el primer hombre miró en la oscuridad de la noche el espectáculo mirífico de las estrellas.

Einstein, fotones, neutrinos y el horizonte cosmológico, Francisco Acuyo




EINSTEIN, FOTONES, NEUTRINOS Y EL
HORIZONTE COSMOLÓGICO



Cipión, hermano, oyote hablar y sé que te hablo,
y no puedo  creerlo, por parecerme que el hablar
nosotros pasa de los términos de naturaleza.

Miguel de Cervantes
El coloquio de los perros




SÚPELO –le dije a mi estupefacto y, no obstante, muy atento interlocutor-  y al mismo tiempo que lo supe, embargó mi ánimo una exaltación, un delirio, una vehemencia acompañada de tanto vigor y entusiasmo que habría de extraerme, y aun suspender, del común percibir las cosas. Así se me antojaba la comprensión y entendimiento últimos que habrían de flanquear y escoltar, singularmente,  la impronta o impulso creativo que, al fin, acompañaría el producto de mis desvelos, el cual no era otro (con toda modestia) que la resolución de este o aquel  poema, en su meridiana y rigurosa exigencia de ser trascrito en pos, claro está, de la consecución y reconocimiento de aquella aspiración humana proverbial vertida en alcanzar la verdad y la belleza. Ante tal embeleso y subido anhelo, y una vez resuelto en el constructo especial poemático, caía en la cuenta de que debía ser algo muy similar al éxtasis que hubiera de sobrecoger en su momento al físico (Einstein, que era quien venía al caso en nuestra conversación y controversia) o al matemático que, arrobado en la resolución definitiva de esta o aquella incógnita, conjetura o controversia, establece un teorema acorde por verdadero y hermoso en su consecución, producto y resolución final.
Einstein, fotones, neutrinos y el horizonte cosmológico, Francisco Acuyo
                -No es comparable una aproximación a la verdad –interpelaba mi contertulio- por el arte, poética en este caso, siempre subjetiva, y la pretendida por el criterio riguroso y exigente de toda suerte de comprobaciones, a las que apetece y ambiciona el rigor científico.
No quise en este punto nutrir  mayor polémica en un asunto que, a mi juicio, estaba bastante claro, por lo que quise centrarme sólo en la sensación y arrebato casi místico de una y otra alternativa ante el alumbramiento excepcional que supone el conocimiento del mundo. Además, nuestra conversación, ya polémica y acaso irresoluta, iba por otros derroteros bien distintos, pues la discusión se centraba en la cuestión de la presunta conculcación de una ley o principio básico de la física en la actualidad, a saber: la constante de la velocidad de la luz,[1] establecida por la Relatividad Especial[2] de Albert Einstein,[3] y que sin duda hubo de producir en el espíritu del genio físico un arrebatamiento del todo extraordinario, y que ahora se veía ¿amenazado? por esta no menos extraordinaria aportación experimental. En cualquier caso –le insistía- no es en modo alguno la primera vez que se pone en cuestión este principio, de hecho el mismo Einstein tuvo que tener en consideración esta posibilidad en los momentos de la preparación de la que habría de ser la Teoría de la Relatividad General.[4] En estos términos, y aprovechando tan excepcional ocasión, interpelaba a mi entrañable amigo sobre la génesis de la verdad y la belleza, idénticas a mi entender, en su origen especial, indiferentemente de que su advocación provenga del arte o de las ciencias: ora que, una provenga de la genuina y verdadera intuición  que aspira a la verdad en la búsqueda de la belleza materializada en el objeto de su arte y que, no obstante, se encuentre al albur de diversas –pero avisadas- interpretaciones;  ora que, otra permanezca en el énfasis resolutivo que la habría de concebir elegante, precisa y demostrable, e incluso sujeta al método singular de la ciencia y por tanto a la necesaria refutación[5]
Einstein, fotones, neutrinos y el horizonte cosmológico, Francisco Acuyo
En el caso que nos ocupa barajamos que, no obstante de su demostración o refutación, permanece como monumento de inspiración único esta visionaria teoría, pues se constituye como eslabón esencial para la construcción de la cadena extraordinaria del saber científico, aunque, como ahora, nada menos hable de la conculcación de uno de aquellos  fundamentos de la física moderna referidos y que parece atentar contra dicha teoría, postulada, decíamos, nada menos que por Albert Einstein, y que puede ser objeto de seria resistencia para el avance en la investigación y resolución de incógnitas que precisan de soluciones inmediatas; en este caso nos referimos al principio de la constante de la velocidad de la luz, que tantas y extraordinarias consecuencias habría e acarrear no sólo al ámbito de la física, también en los más íntimos entresijos del pensamiento moderno.
En relación al experimento anunciado,[6] no deja de resultar como mínimo llamativo que, algunos de los gigantes vivos de la física y las matemáticas (por ejemplo, Stephen Hawking o Roger Penrouse) hasta la fecha mantengan un absoluto  y desde luego muy prudente silencio, tal es la importancia que supone su aceptación o error del mismo.
-O puede que sea simplemente una muestra de total escepticismo al respecto–espetó con cierto desasosiego mi  ya intranquilo amigo-
Einstein, fotones, neutrinos y el horizonte cosmológico, Francisco Acuyo
-No me parece tal cosa (respondí, tratando de seguir manteniendo la conversación por cauces sensatamente pacíficos), ellos también han mostrado su convicción sobre determinadas  insuficiencias que afectan a teorías consideradas básicas para la comprensión, entre otros variados aspectos, del origen del universo, y  que, a su vez, se sustentan sobre este principio básico de la denominada constante de la velocidad de la luz, véase así: la célebre teoría del Big Bang [7] e incluso  la sugestiva teoría de la inflación del universo.[8]
Al margen de todas las sugestivas consecuencias de la violación de la constante de la velocidad de la luz (roturas del tejido espacio temporal, que supuestamente posibilitaría los viajes en el tiempo y demás consecuencias que, inevitablemente, atentarían contra las leyes de la causalidad tal y como ahora las entendemos), quisiera centrarme, querido amigo, en que teóricamente, el cuestionamiento del principio de la constante de la velocidad de la luz, fue cuestionado desde hace ya bastante tiempo por científicos no del todo satisfechos con las explicaciones del origen, desarrollo y actualidad del cosmos, insisto en ello (exponiendo la insuficiencia de las dos teorías anteriormente expuestas –Big bang y teoría Inflacionaria- , en este sentido y situación se encuentran científicos como Andy Albrecht, John Barrow, John Moffat, Joao Mageijo, Stephen Alexander, Lee Smoolin, entre otros.
Si se demuestra posteriormente que no hay error en las mediciones del experimento llevado a cabo con neutrinos, pasaremos nuevamente a constatar en la historia de la ciencia que, lo que una vez fueron herejías, pasarán a formar parte de un nuevo paradigma[9] científico y reconocido como fundamento ineludible para su comunidad. Por eso es por lo que pongo como ejemplo las teorías del Big Bang y  la del universo inflacionario, porque a la luz de estas nuevas perspectivas, necesitarán una profunda y necesaria revisión, y ya no sólo por su imposibilidad de dar solución a los problemas cosmológicos mencionados,[10] sino porque no se adaptarían a los nuevos presupuestos inferidos de la ruptura de la constante de la velocidad de la luz, no sabiendo hasta qué punto  experimentos que apoyaron la  Relatividad  (Michelson y Morley, uno de los más célebres)[11] deberán ser, así mismo, reinterpretados, o bien revisar hasta qué razonamiento estamos dispuestos a apoyar el límite cósmico que supone la constante de la velocidad de la luz.
-No me parece con suficiente peso lógico (y ya se verá que experimental) tú razonamiento, la Relatividad se ha mantenido firme durante mucho tiempo y demostrada en virtud de experimentaciones de la más diversa índole, apoyadas además por el juicio y autoridad de representantes ilustres de la física y las matemáticas… -seguía interpelándome mi amigo y contertulio-, máxime teniendo en cuenta que el propio Einstein revisó y completó su teoría cosmológica precisamente con su impresionante Relatividad General[12].
-Pero convendrás conmigo, que acaso sería el propio Einstein quien, al constatar los límites de su Relatividad especial restringida, contempló también la posibilidad de la variabilidad de la velocidad de la luz, asunto que debate precisamente en pleno desarrollo de la Relatividad General, cuestión que, entre otras consecuencias, tuvo la concepción de un universo estático (lo cual acabó por convertirse en el mayor error de su vida), -respondí rápidamente.-
-Pero era totalmente imposible adaptar y aceptar la variable de la velocidad de la luz, habida cuenta de que entraría en flagrante contradicción con la propia Relatividad General –insistía, y con razón, en principio, mi estimado contertulio-, recuerda que a mayor velocidad mayor es la masa a mover y mucho mayor la energía para movilizar cualquier objeto.
Einstein, fotones, neutrinos y el horizonte cosmológico, Francisco Acuyo
-Justamente, querido amigo –contesté ciertamente complacido-, pero también debemos decir y precisar que la gravedad (aparte de mantenernos anclados en donde estamos) no es en realidad una potencia de contacto, se diría que actúa a distancia y de manera instantánea, todo lo cual nos hace entender que la gravedad, en realidad, no debe entenderse como fuerza, sino como una distorsión de la constante espacio temporal, por lo que será la materia la que afecta a la forma del espacio curvándola, propiciando que la luz misma se vea afectada (curvándose) ante la proximidad de objetos con una gran masa. No era ilegítimo ni disparatado pensar en este punto sobre la variabilidad de la velocidad de la luz, pero no deja de ser curioso que, a pesar de que la Relatividad General apuntaba hacia dicha variabilidad, optó por un universo estático al amparo de su celebérrima constante cosmológica,[13]  deducida de la ecuación de campo lambda,[14] mediante la que se pretendía dar masa al vacío; en definitiva un constructo farragoso que, en mi opinión, contrasta con la gran belleza de la teoría en su concepción inicial, y todo por tratar de mostrar un universo estático –estacionario- y no en expansión como después evidentemente se demostrara.[15]
-Ya, ya, ya –contestó algo airado mi estimado contertulio-, pero si no hubiese un límite universal de la velocidad de la luz (y un origen derivado de la gran explosión), y si esta se desplazase a velocidad infinita, no sería posible el efecto horizonte[16] que a todas luces parece constatarse….
-Bien, así es, pero el problema, insisto en esto, surge cuando tratamos de acercarnos al momento o momentos iniciales de la gran explosión, donde dicho horizonte se hace más exiguo e imperceptible y, lo más importante, no encuentra explicación satisfactoria al por qué el universo es tan uniforme y homogéneo como se manifiesta en la actualidad. De todo lo cual puede colegirse razonablemente que la comunicación entre las diversas partes del universo, por muy alejadas que ahora estén, tuvo que ser inmediata e instantánea, para lo cual el principio del límite de la velocidad no puede en modo alguno concordar en lo establecido en la actualidad. He aquí que, diríase responder más a un principio de la física cuántica que a uno netamente relativista, me refiero al principio de no localidad.[17]  Además, si aceptamos –como no puede ser de otra manera- la expansión del universo como un hecho, no podemos dejar de exponer adjunto al problema del horizonte, el no menos complejo de la planitud,[18] que no parece que pueda resolver tampoco la Teoría Inflacionaria. Por lo que todo parece indicar en los orígenes del universo que la velocidad de la luz tuvo que ser superior a la constante expuesta por la Relatividad.
Einstein, fotones, neutrinos y el horizonte cosmológico, Francisco Acuyo
-En fin no creo que eso suponga prueba suficiente para rebatir esta constante universal –apostilló mi querido amigo-, ni teórica ni experimentalmente,pues hay toda una batería ingente de pruebas experimentales que lo corroboran, amén de que la teoría y la matemática que lo sustenta no parece ofrecer resquicios que propicien una duda si quiera razonable.
-No me lo parece así –contesté inmediatamente-, en cualquier caso, no es que yo defienda como imperiosa necesidad científica cuestionar la Relatividad, tan solo pretendo aportar una óptica (además, ampliamente compartida)[19] apropiada para completar los resquicios que deja abierta esta teoría, en tanto que no ha podido ser completa para ofrecer una visión y explicación únicas del universo (te recuerdo la necesidad de una Teoría del todo –unificada- que tanta ansiedad ha producido y, de hecho produce, por encontrar soluciones en la actualidad, y que, atendiendo a esta novedad extraordinaria, pueda encontrarse vías para esta precisa unificación; además, de también completar todos aquellos reductos y aquellas dudas que no acaban de cerrarse con las teorías del Big Bang y del universo inflacionario.
-Parece que insistes en no ver la constancia de una verdad científica ampliamente aceptada por la comunidad científica –proseguía interpelándome con singular vehemencia- y en interpretar muy subjetivamente aspectos de un monumento de la ciencia que resulta en nuestros días incontestable.
-Más bien creo que eres tú el que yerra insistentemente con una postura inamovible que no concuerda con el dinamismo que caracteriza al método científico –contesté algo desolado por su insistencia-, y también uno de los principios epistemológicos que hacen verdadera una hipótesis científica, y que no es otra que la necesidad de su refutación para que lo sea.[20] Pero lo peor es no querer ver ya la realidad material (física) de un hecho tan sugerente como necesario de considerar, a saber, la peculiaridad de determinadas partículas (entre ellas el mismo fotón), como es el neutrino (o el mismo gravitón) que no tienen masa, y cuyo comportamiento todavía está por describir, y lo que es más curioso, habida cuenta de que las hipótesis que tratan de describirla se deducen de la misma Relatividad,[21] por lo que en modo alguno trato de desacreditarla, más bien al contrario, es preciso reconocer su monumental importancia, pero también la necesidad urgente de completarla.
En cualquier caso, sí que me gustaría hacer otra mención, siempre en relación directa con lo que debatimos, la constante de la velocidad de la luz y su necesaria revisión, atendiendo  a una de las teorías que aspiran a la unidad de la física, me refiero a la Teoría de Cuerdas,[22] la cual también tiene algo que decir al respecto. Haré mención a ella aunque sea de forma breve, pues ofrece también una muy interesante descripción al respecto. Entiende esta hipótesis que las cuerdas cósmicas actúan como corredores rápidos (Fast Tracks) donde la luz marcha a velocidades superiores a la constante deducida de la Relatividad, te recuerdo que dichas cuerdas son concebidas como hilos, hebras, cuerdas de energía que se extienden por el universo y que fueron inferidas lógicamente en virtud de teorías que encuentran su origen en la física de partículas, que observa como muy razonable la cuantización del espacio-tiempo y, por tanto, de la gravedad, siendo por todo esto una muy razonable candidata a una Teoría del todo, ofreciendo una puerta muy razonable para la unificación de partículas y fuerzas.[23] Y lo más interesante es que no niega la Relatividad a excepción de los momentos y lugares donde se manifiestan altas energías.
Todavía ceñudo, aquel querido amigo, adusto varón, no obstante atildado, de delicadas manos y cándido gesto, de medidas palabras y voz severa, todo de ingenuidad en el porte compuesto, guarnecido el semblante de un cierto candor infantil  y templado de un aire distante, movía negativamente la cabeza, como solazándose del saber superior que prescribe y suscribe la tradición académica.


                                                                                           
                                                                                                                    Francisco Acuyo


[1] La velocidad de la luz se dice que es una constante universal cuyo valor es 299.792.458 m/s2 3  y está incluido en el Sistema internacional de unidades como constante.
[2] O teoría de la relatividad restringida (1905), acaso deducida del principio de relatividad de Galileo, según el cual cualquier experimento realizado en un sistema referencia inercial, habrá de darse o desarrollarse en cualquier otro y de dónde deduce que la velocidad (en el vacío) de la luz tiene que ser constante en cualquier sistema referencial.
[3] Esta deliberación y posterior controversia expuesta en estas páginas, vino a colación del experimento (denominado Ópera) llevado a cabo por el CERN y relatado en posterior exposición en Ginebra por Darío Autiero (uno de los 160 firmantes del artículo recogido en arxiv.org), en el que los neutrinos parecían viajar a velocidad superior a la de la luz.
[4] La relatividad general (1916) surge como necesidad de completar la relatividad espacial, que no contempla la gravedad en sus cálculos, se trata pues de una hipótesis del campo gravitatorio aplicada a los sistemas de referencia generales, para lo cual introduce el Principio  de equivalencia (es el que hace que veamos un objeto caer de manera (velocidad) constante, tal y como si no hubiera un campo gravitario que nos hace caer), mediante el que se distingue la aceleración de la misma gravedad, así como aportando la noción geométrica (curvatura) de la constante espacio tiempo, además del principio de covarianza general (que dice que las leyes de la física tomarán la misma forma en cualquier marco de referencia.
[5] Popper, K.: La lógica de la investigación científica, Tecnos, Madrid, 1999.  Recordemos que en la epistemología de Popper cualquier proposición sólo sería considerada científica cuando pudiese ser refutada, y que el conocimiento científico no avanza no confirmando, sino descartando leyes que ponen en entredicho la experiencia precisando pues de la falsación.
[6] Ver la nota en relación al experimento con neutrinos llevado a cabo por el CERN.
[7] Modelo cosmológico (teoría de la gran explosión) que trata de explicar el origen del universo y su posterior desarrollo en virtud de una singularidad inicial (espacio-temporal) descrita como una gran explosión que describe dicho proceso de inicio y generación del cosmos, y que se basa en las ecuaciones de la Relatividad descritas por Einstein.
[8] Alan Guth y Andrei Linde establecieron una hipótesis mediante la cual describen los primeros momentos del universo en razón de estudios sobre la gravedad, de los cuales infieren que tras la singularidad inicial (Big Bang, o gran explosión) que dio origen a la materia y la energía tuvo origen una fuerza inflacionaria que tuvo lugar en un tiempo prácticamente inapreciable y dio lugar a las interacciones fundamentales (o campos cuánticos por los que interactúan las partículas) y de su violencia originaria el universo continúa expandiéndose en la actualidad (se dice que 15 x 10-33 segundos ese universo primigenio multiplicó sus medidas por 100).
[9] Khun, T.: La estructura de las revoluciones científicas, Fondos de cultura económica, México, 1980. Recuerden que el término paradigma acuñado por Kuhn se refiere al compromiso que adquieren los científicos respecto a una determinada teoría, por lo que dichos paradigmas tienen que ser algo más que axiomas; la búsqueda de nuevas teorías y herramientas en pos de sustituir las que han dejado de tener la eficacia científica requerida por otras que muestran eficacia producen las revoluciones científicas.
[10] El punto inicial de la gran explosión y sus condiciones iniciales, el equilibrio que conocemos en la actualidad, y la superación del carácter especulativo (no experimental) de la Teoría de la inflación.
[11] Experimento realizado en 1887 es considerada la primera prueba en contra de la existencia del éter interestelar, y que habría de confirmar la veracidad de la Relatividad especial de Einstein.
[12] Ver nota 3.
[13] Fue propuesta como una modificación de la ecuación original del campo gravitatoria para justificar un universo estático o estacionario.
[14] Así son también conocidas las ecuaciones de campo de Einstein (Lambda).
[15] Así lo constatarían Hubble, E., en el campo de la astronomía, y Friedman A.; en el ámbito de las matemáticas.
[16] Es el límite en el espacio tiempo más allá del cual no pueden afectar a un observador externo, y que de la relatividad abría de aplicarse a los agujeros negros (horizonte de sucesos).
[17] O principio de acción total, mediante el que se dice que dos objetos alejados entre sí no pueden interactuar, por lo que sólo pueden verse afectados por el entorno inmediato.
[18] Es en verdad enigmático el por qué el cosmos sigue expandiéndose de manera constante con un valor W que es muy cercano a la unidad, y que no haya colapsado o que su energía cinética haya superado la atracción gravitatoria por varias potencias de 10. El impulso inicial de nuestro universo fue determinado para llegar a la situación actual, tuvo que tener el impulso justo para equilibrar la desaceleración gravitatoria. Así es denominado problema de la planitud que, junto al del horizonte y el de los monopolos, conforman los tres problemas de la inflación cósmica.
[19] Andy Albrecht, John Barrow, John Moffat, Joao Mageijo, Stephen Alexander, Lee Smoolin entre otros.
[20] Ver nota 4.
[21] Moffat y Clayton distinguían entre partículas materiales  y de gravedad, y estas últimas, al ser deducidas de la Relatividad pueden considerarse partículas de curvatura (geométricas) y que necesariamente deben responder a una velocidad variable y no universalmente constante.
[22] La Teoría de cuerdas (o supercuerdas –Kaluza-Klein) – anteriormente: Jöel Scherk y John Swarz- establece un modelo fundamental (que aspira a explicar todos los fenómenos de la física –Teoría del todo-) que describe el mundo subatómico las partículas elementales en realidad son estados vibracionales en un espacio tiempo de más de cuatro dimensiones de objetos básicos denominados cuerdas o filamentos.
[23] Quizá, para la unificación de la Teoría cuántica y la Relatividad, sería necesario admitir que a energía muy altas, la velocidad de la luz no es constante (Joao Magueijo, Más rápido que la velocidad de la luz, Fondo de cultura económica, México, 2006)



Einstein, fotones, neutrinos y el horizonte cosmológico, Francisco Acuyo

2 comentarios:

  1. Me he sentido alucinado; o he alucinado en este mundo que Usted recrea con una magia inevitable, donde erudición, gusto exquisito en el manejo de la palabra con su rancia vestimenta, contribuyen para que el majar sea adictivo.
    Yo tengo la ventaja-desventaja de saber demasiado poco de matemáticas(Aunque me gustan sobremanera), y ello me permite elucubrar sin frenos. Quizá por la misma razón de mi ignorancia, me deslumbró la confesión de un famoso Maestro hindú que había alcanzado la "Iluminación", estado en el que tiempo y espacio, se fundían en una omnipresencia, omnisapiencia y omnipotencia capaces de solucionar todos los enigmas del hombre apegado a lo finito y transitorio. Era sensación de luz, de saber sin palabras, de percibir el Todo como una sensación inexplicable.
    No hace mucho hallaron bolsones de antimateria en nustras cercanías, y junto a otras tantas cosas, ya las Leyes pueden dejar de serlo y convertirse en escalones de otras escaleras sin fin. Hasta el dos más dos palidece y tiene miedo de ser cuatro( De hecho no lo es)...Así, amigo, termino de leerlo y sigo elucubrando atenazado por todo esto que acá regala. Bendito saber que no sabemos tanto.
    Un abrazo y muy buenos días. Y gracias por esta maravillosa página que mucha, mucha gente debía conocer y crecer en ella.

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  2. La Teoría de la Relatividad es el producto de un error interpretativo.
    Einstein propuso que se considerara constante la velocidad de la luz con base en los resultados del famoso, reconocido y aceptado experimento de Michelson y Morley (MyM) en el año de 1887, lo que Einstein no sabía, era que aquellos resultados, ya aceptados por la ciencia y galardonados con el Nobel, se habían interpretado erróneamente, al creer que los fotones de luz recorrían distancias iguales a lo largo de los dos brazos del interferómetro de Michelson, cuando lo que sucede realmente, es que los fotones recorren, a lo largo de los brazos, distancias diferentes en tiempos iguales, por lo tanto realizan sus respectivos recorridos a velocidades diferentes.
    El experimento de M y M está bien realizado, pero realmente demuestra todo lo contrario a lo que se ha creido desde 1887. LA CONCLUSIÓN CORRECTA ES QUE: LA VELOCIDAD DE LA LUZ NO ES CONSTANTE, SINO QUE ES VARIABLE Y DEPENDE DE LA VELOCIDAD DE LA FUENTE QUE LA EMITE.
    Para conocer la demostración del error de Michelson y Morley, debes solicitarla a martinjaramilloperez@gmail.com ya que es una demostración geométrica que no se puede incluir en este comentario.

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