Conseguir una imagen de una molécula mientras está sufriendo una reacción ha sido considerado uno de los santos griales de la química. Pero ahora científicos de la Universidad de California en Berkeley (EE UU) y de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) han logrado, por primera vez, fotografiar con gran precisión una molécula antes e inmediatamente después de una reacción orgánica compleja.

Una red de circuitos, diminutas estructuras de silicio y otros componentes, conforman un cerebro artificial

          Moléculas, átomos y conexiones para formar pensamientos

Imaginemos una mente inteligente que, en todo momento, pudiera tener conocimiento de todas las fuerzas que controlan la Naturaleza y también, de las condiciones en que se encuentran en cada momento todas las unidades de que consta ésta.

Si esta mente tuviera una inteligencia suficiente para analizar todos estos datos, podría abarcar en una sola fórmula los movimientos de los cuerpos de mayor tamaño del universo y los de los átomos más ligeros; para ella nada sería incierto; el futuro y el pasado estarían ambos presentes ante sus ojos.

                  Esto sería Inteligencia Artificial

El equivalente moderno de esta mente sería un superordenador que conociera todas las posiciones y las velocidades de todas las partículas del universo, y pudiera utilizar las leyes de Newton y las que describen las fuerzas de la naturaleza (como la gravedad y el electromagnetismo), no solo para predecir la trayectoria futura de cada partícula, sino para averiguar toda la historia de su procedencia –porque en las leyes de Newton no hay nada que nos revele la dirección del tiempo y funcionan de la misma manera si éste transcurre en sentido contrario, como podemos ver fácilmente si nos imaginamos el proceso inverso del choque entre dos bolas de billar, o si invertimos el movimiento orbital de todos los planetas del Sistema Solar-.

Las tres leyes de Newton son:

• Primera ley o ley de la inercia.
• Segunda ley o ley fundamental de la dinámica.
• Tercera ley o principio de acción y reacción.

Estas leyes que relacionan la fuerza, la velocidad y el movimiento de los cuerpos son la base de la mecánica clásica y la física. Fueron postuladas por el físico y matemático inglés Isaac Newton, en 1687.

No hay una flecha del tiempo en las leyes de Newton y, según Laplace y muchos otros, estas leyes parecen describir un mundo completamente determinista en el cual el pasado y el futuro están fijados de una manera rígida y no hay lugar para el libre albedrío.

Lo que ninguno de estos científicos parece haber observado es que el argumento fundamental se desploma si, en cualquier momento y lugar del universo, se produce una colisión simultánea entre tres partículas –aunque la valoración de si esto sería suficiente para restablecer el libre albedrío es una cuestión cuya discusión prefiero dejar a la filosofía.

   El tiempo y la entropía destructora que siempre aumenta en un sistema cerrado. Considerado como sistema cerrado el Universo aumenta su entropía sin que nada lo pueda evitar..

En la física del movimiento y sus causas -Dinámica- las leyes de la naturaleza funcionan tanto si el tiempo transcurre “hacia adelante” como también si lo hiciera “hacia atrás”, es decir que son simétricas y reversibles en el tiempo. Si filmamos un choque entre dos partículas, o la órbita de un planeta entorno a su sol, y pasamos la película al revés, notaremos que las trayectorias están invertidas, lo cual es totalmente coherente para la física: no hay nada que nos indique que el tiempo está trascurriendo en sentido contrario. Si las leyes de la naturaleza no distinguen entre el pasado y el futuro, entonces ¿por qué notamos que el tiempo fluye en un sentido y no en otro? ¿De dónde sale esa asimetría del tiempo? ¿Por qué recordamos el pasado pero no el futuro?

Este mismo problema relativo al tiempo se planteó a partir de uno de los mayores triunfos de la física del siglo XIX: la investigación de la naturaleza de la luz y de otras formas de radiación electromagnética, que tuvo su momento culminante en la obra del escocés James Clerk Maxwell (1831-1879). La explicación dada por Maxwell sobre la radiación electromagnética se basa en la obra de Michael Faraday, que vivió entre 1791 y 1867, y propuso la definición de los “campos” eléctrico y magnético que surgen en torno a los objetos que poseen una carga eléctrica.

Fue Faraday el primero en sugerir que la luz podría estar producida por algún tipo de vibración de las líneas de fuerza asociadas con imágenes y partículas “cargadas”, que vibrarían como lo hacen las cuerdas de un violín al ser pulsadas. El problema estaba en que, Faraday, carecía de los conocimientos matemáticos necesarios para desarrollar la idea de maneta tal que se desarrollara un modelo perfectamente configurado. Así, en la década de 1860, llegó Maxwell para rematar el trabajo de Faraday con sus maravillosas ecuaciones vectoriales para demostrar que todos los fenómenos eléctricos y magnéticos conocidos en aquella época, incluido el comportamiento de la luz, podía ser descrito mediante un conjunto de sólo cuatro ecuaciones, que actualmente se denominan ecuaciones de Maxwell.

                  Clerk Maxwell

Newton y Maxwell, dieron al mundo el conjunto de herramientas matemáticas necesarias para controlar todo lo que la física conocía a mediados del siglo XIX. Por otra parte, lo más maravilloso de las ecuaciones de Maxwell era que, sin que se hubiera pedido, proporcionaban una descripción de la luz –las ecuaciones se crearon para describir otros fenómenos electromagnéticos, pero incluían en sí misma una solución que describía las ondas electromagnéticas que se desplazaban por el espacio a cierta velocidad- Esta velocidad es exactamente la de la luz (que ya había quedado bien determinada en la década de 1860 y pronto podría medirse con una precisión aún mayor), no dejando lugar a dudas de que la luz se desplaza como una onda electromagnética.

Las ecuaciones de Maxwell tienen dos características curiosas: una de ellas pronto tendría un profundo impacto en la física, y la otra fue considerada hasta tiempos muy recientes sólo como una rareza de menor importancia. La primera característica innovadora de estas ecuaciones es que dan la velocidad de la luz como un valor constante, independientemente de cómo se mueva su fuente con respecto a la persona o al aparato que mida su velocidad (Einstein lo supo ver con claridad cuando lo incorporó a su teoría de la relatividad especial).

La Flecha del Tiempo en el Universo…siempre hacia el futuro. Es el inexorable transcurrir del Tiempo lo que todo lo cambia marchando en la única dirección. El Presente se hace Pasado, corre hacia el futuro pero… ¡Nunca lo alcanzará!

Claro que, como todo, también las ecuaciones de Maxwell tenían sus limitaciones, especialmente en la descripción de fenómenos que se producen a escalas muy pequeñas, tales como el comportamiento de los átomos y de las partículas que los componen. En este caso, es preciso modificar tanto la descripción clásica de las descripciones electromagnéticas (Maxwell), como la descripción clásica de las interacciones entre partículas (Newton), fenómenos en los cuales se cumplen las reglas de la física cuántica. Así, las ecuaciones de Maxwell, como las de Newton, tampoco contienen la flecha del tiempo.

Lo que fue durante mucho tiempo la explicación habitual la razón por la que vemos una dirección predominante del tiempo surgió a partir de otro gran triunfo de la física del siglo XIX: la descripción de la relación entre calor y movimiento (termodinámica). Esto tuvo una importancia práctica fundamental en el mundo industrial cuando se utilizaba la fuerza de las máquinas de vapor.

Pasado unos momemntos, todos estarán a la misma temperatira

“El principio cero de la termodinámica es una ley fenomenológica para sistemas que se encuentran en equilibrio térmico. En palabras simples, el principio dice que si se pone un objeto con cierta temperatura en contacto con otro a una temperatura distinta, ambos intercambian calor hasta que sus temperaturas se igualan.”

Lo cierto es que, la importancia de la termodinámica reside en que permite a los físicos explicar el comportamiento de gran número de objetos –en especial, partículas de gas- que, en cierto sentido, funcionan juntos en un sistema complejo. Esto incluye el uso de promedios y estadísticas, pero se basa en gran medida en la idea de que un gas está constituido por una cantidad innumerable de partículas diminutas (átomos y moléculas) que no cesan de rebotar y chocar entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene, cumpliendo las leyes del movimiento de Newton. Esta teoría cinética de los gases fue un ejemplo importante del modo en que las leyes universales de la física ponían orden en el caos.

La palabra “gas” fue acuñada por el físico flamenco Joannes van Helmont a partir de la palabra griega que significa “caos”; este término apareció impreso por primera vez en el libro de van Helmont titulado Ortus medicinae, publicado cuatro años después del fallecimiento de Joannes, en 1648. La idea de que los gases eran como un caos se consideró acertada durante trescientos años, hasta que Maxwell desde Gran Bretaña, y su contemporáneo Ludwig Boltzmann, desde Viena, consolidaron la teoría cinética (que hasta entonces había sido sólo una especulación), dándole una firme base científica fundamentada en las leyes de Newton.

Lo que actualmente se conoce como segundo principio de la termodinámica se puede expresar de muchas formas diferentes, pero su primer enunciado se debe al físico británico William Thomson (quien fuera posteriormente lord Kelvin) en 1852. La cuestión principal sobre la que Thomson llamó la atención era la idea de la disipación –que, aunque el modo en que funciona el mundo natural se puede describir como un gran motor que convierte el calor en trabajo (o en movimiento, que viene a ser lo mismo), debe haber siempre algo de calor que se disipa durante el proceso, aunque realmente no se pierde, sino que se propaga por todo el universo, haciendo que la temperatura global suba una pizca, una cantidad imperceptible-Esto va más allá del principio, o ley, de la conservación de la energía (el primer principio de la termodinámica), porque en este caso, aunque la cantidad total de energía del mundo (expresión con la que los victorianos se referían a lo que actualmente llamaríamos el universo) se mantiene siempre igual, la cantidad de energía útil siempre está disminuyendo. Esto implica que los físicos necesitaban un método para cuantificar la cantidad de energía útil existente en un sistema cerrado, o en el mundo (el universo en toda su amplitud), de tal manera que pudiera tenerla en cuenta y manejarla en sus ecuaciones. Esto indujo a Rudolf Clausius a proponer el concepto de entropía, lo cual hizo en Alemania a mediados de la década de 1860.

La entropía incide en los seres vivos a medida que transcurre el Tiempo

La entropía mide la cantidad de orden que hay en un sistema y, si el desorden aumenta, también lo hace la entropía. Sabiendo que en el mundo real el desorden crece en todo sistema cerrado (las cosas se desgastan) a medida que pasa el tiempo, el inevitable aumento de la entropía define una dirección del tiempo, una flecha que parte del pasado ordenado y apunta hacia el futuro desordenado. Dado que este proceso parecía inevitable y universal, los especialistas en termodinámica de la era victoriana preveían un destino último del universo en el que toda la energía útil se habría convertido en calor y todo sería una mezcla templada de materia a temperatura uniforme, una situación desoladora que llamaban la “muerte térmica” del universo.

     Esta es nuestra manera de crear entropía negativa

Las galaxias crean entropía negativa a través de las Nebulosas creando estrellas y mundos

La vida, por supuesto, parece desafiar este proceso creando orden y estructuras a partir de materiales desordenados (o, en todo caso, menos desordenados). No parece más que, el Universo, actúa como si tuviera una consciencia y, hubiera creado la vida para que, a través de ella, pudiera evitar ese final. Una planta, por ejemplo, construye su estructura, y puede fabricar flores de gran belleza, a partir del dióxido de carbono, agua y unos pocos restos de otros productos químicos. Pero sólo puede hacerlo con la ayuda de la luz solar, es decir, con energía procedente de una fuente externa. La Tierra, y en particular la vida que se desarrolla en ella, no es un sistema cerrado. Es posible demostrar, utilizando las ecuaciones desarrolladas por Thomson, Clausius y sus contemporáneos, que, en cualquier lugar del Universo donde aparece un foco de orden, esto se hace a costa de que se produzca más desorden en otro lugar.

Una explosión Supernova de una estrella masiva nunca podrá volver a su estado original. La estrella como sistema cerrado, llegó al Caos total con el paso del Tiempo y explotó para transformarse en una cosa distinta de la que fue.

A escala macroscópica, según unas leyes deducidas a partir de experimentos y observación siguiendo procedimientos científicos aprobados, ensayados y comprobados, el universo actúa de un modo irreversible. Nunca se puede hacer que las cosas vuelvan a ser como solían, todo lo que surge, aunque nos parezca igual, no lo es. Todo lo nuevo que surge a partir de lo que había, está más evolucionado y, de alguna manera, es diferente. Pero precisamente en nuestro sencillo y clásico ejemplo de irreversibilidad termodinámica, la entropía y la flecha del tiempo podemos observar con claridad la dicotomía aparente entre el mundo macroscópico y el mundo microscópico. A nivel de los átomos y las moléculas que componen el gas (en realidad un nivel sub-microscópico, pero nadie lo tiene en cuenta), toda colisión es, según las leyes de Newton, perfectamente reversible y, en ese modelo del movimiento inverso no habría nada que estuviera prohibido por las leyes de Newton. Obedeciendo ciegamente esas leyes, los átomos y las moléculas recorrerían su camino inverso para volver a quedarse en su posición original, con independencia del número de sucesos e interacciones que pudieran haber sufrido durante el proceso. Sin embargo, en el mundo real, nunca vemos que los sistemas actúen de esa manera. Las civilizaciones pasan y llegan otras nuevas, aquellas que se fueron, nunca volverán. De la misma manera, cuando una estrella, al final de su vida, explota como supernova y deja sembrado el espacio interestelar de una hermosa Nebulosa de la que, mucho más tarde, surgirán nuevas estrellas, éstas, serán de otra generación, más complejas y, aunque seguirán siendo estrellas, estarán clasificadas como diferentes, más complejas y evolucionadas que aquellas en las que tienen su origen.

                     La belleza del caos en todo su esplendor!

Me proponía al comenzar este trabajo a exponer muchas más cosas pero, como siempre pasa, el espacio y el tiempo no dan para tanto en este lugar y, dejo pendiente explicar cómo surge el Caos a partir del Orden y el Orden a partir del Caos, cómo podemos llegar al borde del Caos y qué transiciones de fase tienen que producirse para que, la normalidad y la simetría vuelva a reinar a partir de ese desorden que, en un principio, podría parecer irreversible.

De todo lo que aquí hemos hablado, se puede tomar razón y llegar a tener una razonada conciencia en el estudio de una galaxia espiral que, con sus millones de estrellas brillantes en los brazos espirales y sus estrellas rojas y más viejas en el centro galáctico, nos hablan claramente de la flecha del tiempo y de la entropía al considerar, la galaxia, como el sistema cerrado que, poco a poco, va tornándose más y más compleja en la composición de la materia que la conforma que, de manera irreversible va sufriendo transformaciones de todo tipo que, finalmente, la llevará a un estado crítico que hasta se podría transformar en un inmenso agujero negro como resultado final del proceso.

Lo cierto es que llegamos, como aquel que dice, antes de ayer, y, nos creemos los dueños del Universo, cuando en realidad,, somo menos que un grano de arena en la inmensa playa, o, de una gota de Agua del inmenso Océano… Pero, así somos: Engreidos y fatuos, ególatras y poco humildes. Claro que, la realidad nos hará cambiar.

Mucho es lo que nos queda por saber, lo que sabemos, reconociendo que no es poco para el exiguo tiempo que llevamos aquí (en la medida del reloj del universo), es aún insuficiente para lo que la Humanidad necesita saber. Nuestra ignorancia es grande, muy grande…, casi infinita, si la contraponemos con todo aquellos que nos queda por descubrir de los secretos de la Naturaleza. Nunca podremos acabar ese aprendizaje que se pierde en la lejanía de la flecha del tiempo en ese infinito que llamamos futuro.

           Emilio Silvera V.

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Es en las que nos cuentan cosas y hechos de los que nunca hemos tenido noticias y, resultan del máximo interés. Nuestra curiosidad nos llama a desentrañar los misterios y secretos que tanto a nuestro alrededor, como en las regiones más lejanas del Universo, puedan haber ocurrido, puedan estar ocurriendo ahora, o, en el futuro pudieran suceder, ya que, de alguna manera, todas ellas tienen que ver con nosotros.

El Cinturón de Gould es un sector del Brazo de Orión. El Brazo de Orión es la primera gran estructura a la que pertenecemos; grande en sentido galáctico. Es un larguísimo arco estelar de 10.000 años-luz de longitud y 3.500 de ancho. Mucho más del 99% de lo que ven nuestros ojos a simple vista, en una noche normal, está aquí. Muchas personas de ciudad vivirán y morirán sin ver en persona nada más allá del Brazo de Orión, jamás.

El anillo recibe su nombre en honor a Benjamin Gould, quien lo identificó en 1879 en Uranometría Argentina. Se trata de un fragmentado anillo de unos 3.000 años luz de diámetro. Contiene brillantes estrellas jóvenes tipo O y B y se aloja dentro del Brazo Local de la Vía Láctea.  Nuestro Sol parece estar casi en el centro del Cinturón. El Cinturón de Gould es un vasto anillo de activas guarderías estelares, jóvenes estrellas y nubes moleculares que rodea al Sistema Solar.

Nuestra amiga y especialista en Pediatría Doña Teresa Fuentes Sancén, en uno de sus comentarios me trae el recuerdo de un trabajo que ya pasó por aquí y que trata de temas de interés que vamos a recordar ahora, toda vez que, el tema es sugestivo y tiene pasajes que, al recordarlos, nos hará disfrutar al ser conscientes de cómo hemos podido avanzar en el saber del mundo y, un poquito, sobre nosotros mismos y lo que somos.

                                            Una fuente de energía de inmensa complejidad

En otras ocasiones hemos comentado aquí sobre la maraña de conexiones que llevamos en la cabeza. Es nuestro cerebro humano que, con poco más de un kilo de peso, contiene unos cien mil millones de células nerviosas o neuronas. La capa ondulada más exterior es la corteza cerebral, que es la parte del cerebro de evolución más reciente, contiene alrededor de treinta mil millones de neuronas y un billón de conexiones o sinapsis. Estas cifras inmensas… ¿Superan a los grandes números del Universo?

¡Inexorable paso del “Tiempo”! ¿Qué será el Tiempo? No se ve, no lo poemos tocar, no vemos físicamente su transcurrir, es algo misterioso del que los gtwndes pensadores quisieron saber, los filósofos lo quisieron entender, la teología lo utilizó, el Universo lo tiene oara que, a medida que viaja (siempre hacia adelante), las cosas cambien y todo sedeteriore. El Tiempo es algo que soportamos todos mientras vamos creciendo y maduramos, nos hacemos mayores y acumulamos experiencias, siempre preguntándonos que esw el Tiempo sin que nadie sepa responder.

El diámetro del Sol crecerá Una unidad astronómica, “engullirá  Mercurio y a Venus” y vendrá a situarse muy cerca de la Tierra, y, la subida de temperaturas calcinará nuestro planeta, donde la vida desaparecerá y los océanos se evaporaran.

Para cuando esto llegue (si es que la Humanidad sigue por aquí, y no se ha labrado su propia destrucción), habremos ideado alguna manera de huir de la Tierra, tendremos naves espaciales de verdad, habremos encontrado formas de energía sólida oara mover las naves que estarán mprovistas de todo lo neceario para asegurar la vida de los viajeros.

Bueno, al menos tiemepo teendremos para lograrlo, algunos miles de alollines deaños, y, si hemos sabido dominar a la Inteligencia Artificial y a la Robótica para que no se salgan de madre, nos ayudarán a cponseguir la escapada y hacer posible los nuevos asentamientos. Sería una pena que, después de todo lo conseguido, aquí terminara todo.

Todas son fotografías del mismo lugar: La Plaza de las Monjas en Huelva

Hallan nuevas formas de medir el Tiempo

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Hay en todas las cosas un ritmo que es parte de nuestro Universo.

 

                La princesa Irulan

“Su Alteza Imperial la Princesa Irulan Corrino es la mayor de las cinco hijas del Emperador Shaddam IV y de la Emperatriz Anirul. Irulan es una mujer de gran belleza, cuerpo seductor, elegante y “rostro de belleza patricia, clásico en su altivez” (usando palabras literales de la novela). Mujer muy inteligente, refinada y culta; con un gran talento como escritora y sobre todo como historiadora. Irulan recibió la formación de una miembro de la orden Bene Gesserit (es hija de una B.G.), aunque su falta de disciplina y de verdadera entrega a la orden no le permitieron desarrollar al máximo sus poderes y habilidades. Nunca llegó a experimenta la agonía de la especia.”

Personaje de DUNE

“Hay simetría, elegancia y gracia…esas cualidades a las que se acoge el verdadero artista. Uno puede encontrar ese ritmo en la sucesión de las estaciones, en la forma en que la arena modela una cresta, en las ramas de un arbusto creosota o en el diseño de sus hojas. Intentamos copiar ese ritmo en nuestras vidas y en nuestra sociedad, buscando la medida y la cadencia que reconfortan. Y sin embargo, es posible ver un peligro en el descubrimiento de la perfección última. Está claro que el último esquema contiene en sí mismo su propia fijeza. En esta perfección, todo conduce hacia la muerte.”

De  “Frases escogidas de Muad´Dib”, por la Princesa Irulan.

Está claro que la imaginación nos puede llevar a crear pensamientos de gran belleza al describir nuestra relación con el mundo que nos rodea que nos proporciona los datos que nos permiten construir “historias” de cosas que nunca han pasado. Sin embargo, nadie podría negar que, en cualquier lugar del Universo podrían estar pasando.

Imagrn de Las Libretas” de emilio Silvera V., insertada en el Lobro El Universo y la Mente

Salgamos ahora fuera del espacio-tiempo y miremos lo que sucede allí. Las historias de los individuos son trayectorias a través del bloque. Si se curvan sobre sí mismas para formar lazos cerrados entonces juzgaríamos que se ha producido un viaje en el tiempo. Pero las trayectorias son lo que son. No hay ninguna historia que “cambie” al hacerlo. El viaje en el tiempo nos permite ser parte del pasado pero no cambiar el pasado.

Las únicas historias de viaje en el tiempo posibles son las trayectorias auto-consistentes. En cualquier trayectoria cerrada no hay una división bien definida entre el futuro y el pasado.

Si este tipo de viaje hacia atrás en el tiempo es una vía de escape del final termodinámico del Universo, y nuestro Universo parece irremediablemente abocado hacia ese final, hacia ese borrado termodinámico de todas las posibilidades de procesamiento de información, entonces quizás seres súper avanzados en nuestro futuro estén ya viajando hacia atrás, hacia el ambiente cósmico benigno que proporciona el universo de nuestro tiempo.

Por costumbre, no descarto nada. Si le dicen a mi abuelo hace más de un siglo y medio que se podría introducir un documento en una pequeña máquina y éste aparecería reproducido a cientos de kilómetros de distancia en otra máquina similar llamada fax, desde luego, nunca lo hubiera creído.

                                                   Siempre hay más de lo que a simple vista podemos ver

                                                  Este es el sol si lo pudiéramos contemplar de cerca

Como pregona la Filosofía nada es como se ve a primera vista, todo depende del punto de vista desde el que miremos las cosas. Si varias personas miran la misma cosa desde distintas perspectivas, les podría parecer diferentes.

“Lo primero que hay que comprender sobre los universos paralelos…. es que no son paralelos. Es importante comprender que ni siquiera son, estrictamente hablando, universos, pero es más fácil si uno lo intenta y lo comprende un poco más tarde, después de haber comprendido que todo lo que ha comprendido hasta ese momento no es verdadero.”

Douglas Adams

                   El Principio antrópico y el lugar del hombre en el Universo

¿Qué vamos a hacer con esta idea antrópica fuerte? ¿Puede ser algo más que una nueva presentación del aserto de que nuestra forma de vida compleja es muy sensible a cambios pequeños en los valores de las Constantes de la Naturaleza? ¿Y cuales son estos “cambios? ¿Cuáles son estos “otros mundos” en donde las constantes son diferentes y la vida no puede existir?

En ese sentido, una visión plausible del Universo es que hay una y sólo una forma para las constantes y las leyes de la Naturaleza. Los universos son trucos difíciles de hacer, y cuanto más complicados son, más piezas habría que encajar.

Los valores de las constantes de la Naturaleza determinan a su vez que, los elementos naturales de la Tabla periódica, desde el hidrógeno número 1, hasta el uranio, número 92, sean los que son y no otros. Precisamente, por ser las constantes y leyes naturales como son y tener los valores que tienen, existen el nitrógeno, el carbono y el oxígeno… y, de paso, también nosotros podemos estar aquí hablando sobre el tema.

Tabla periódica de los elementos en espiral, por Theodor Benfey.

Esos 92 elementos naturales de la Tabla periódica componen toda la materia bariónica (que podemos ver y detectar) del Universo. Hay más elementos como el Plutonio o el Einstenio, pero son llamados elementos transuránicos y son artificiales.

La ciencia ha logrado sintetizar y reconocer oficialmente elementos transuránicos (aquellos con un número atómico superior al del uranio, 92) hasta el número 118, que corresponde al oganesón.

“En química, un elemento sintético (artificial) es un elemento químico que no aparece de forma natural en la Tierra, y solo puede ser creado artificialmente. Hasta el momento, se han creado 24 elementos sintéticos (los que tienen números atómicos 95-118). Todos son inestables, descomponiéndose con vidas medias que van desde 15,6 millones de años a unos pocos cientos de microsegundos.”

 

Los elementos naturales se crean en las estrellas y en las explosiones supernovas

 

¿Qué elementos se formaran dentro de un agujero negro? ¿En que se convierte la materia a esa enorme densidad? Como nunca ha estado nadie en ese lugar, solo podemos suponer lo que allí pueda haber y que forma tomará la materia que llega a la singularidad que tiene densidad “infinita”,  donde el Espacio desaparece yel Tiempo se detiene.

Hay varias propiedades sorprendentes del universo astronómico que parecen cruciales para el desarrollo de la vida en el Universo. Estas no son constantes de la Naturaleza en el sentido de la constante de estructura fina o la masa del electrón. Incluyen magnitudes que especifican cuán agregado está el Universo, con qué rapidez se está expandiendo y cuánta materia y radiación contiene.

                                         Nuestro Universo es como es porque las constantes son las que son

En última instancia, a los cosmólogos les gustaría aplicar los números que describen estas “constantes astronómicas” (magnitudes). Incluso podrían ser capaces de demostrar que dichas “constantes” están completamente determinadas por los valores de las constantes de la Naturaleza como la constante de estructura fina. ¡¡ El número puro y adimensional, 137!!

Gráfico: Solo en el modelo de Universo que se expande de la divisoria crítica (en el centro) se forman estrellas y los “ladrillos” primordiales para la vida. La expansión demasiado rápida no permite la creación de elementos complejos necesarios para la vida.

Si la Densidad crítica supera la masa que vemos en el Universo (más cantidad de materia), el Universo será cerrado y  podría finalizar en el Big Crunch. Aunque, los últimos estudios realizados tienen más a un final por muerte térmica del Universo que llegará al Cero absoluto, es decir -273,15 ºC, cuando ni los átomos se moverçan.

¡Pero sabemos aún tan pocas cosas!

De nuevo tengo que recurrir a Popper:

“Cuanto más profundizo en el conocimiento de las cosas, más consciente soy de lo poco que se. Mis conocimientos son limitados, mientras que mi ignorancia es infinita.”

Emilio Silvera V.

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Para ver cómo dimensiones más altas simplifican las leyes de la Naturaleza, recordemos que un objeto tiene longitud, anchura y altura.  Puesto que tenemos libertad para girar un objeto 90º, podemos transformar su longitud en anchura y su anchura en altura.   Mediante una simple rotación, podemos intercambiar cualquiera de las tres dimensiones espaciales.

Ahora bien, si el tiempo es la cuarta dimensión, entonces es posible hacer “rotaciones” que convierten el espacio en tiempo y el tiempo en espacio.  Estas rotaciones tetradimensionales son precisamente las distorsiones del espacio y del tiempo exigidas por la relatividad especial.

En otras palabras, espacio y tiempo se mezclan de una forma esencial, gobernada por la relatividad.  El significado del tiempo como la cuarta dimensión es que pueden hacerse relaciones entre el tiempo y el espacio de una forma matemáticamente precisa.  A partir de entonces, deben ser tratados como dos aspectos de la misma magnitud: el espacio-tiempo.

Así han quedado unificadas las leyes de la Naturaleza al pasar de tres a cuatro dimensiones.

La discusión de la unificación de las leyes de la Naturaleza fue más bien abstracta, y lo habría seguido siendo si Einstein no hubiese dado el siguiente paso decisivo.  Él comprendió que si el espacio y el tiempo pueden unificarse en una sola entidad, llamada espacio-tiempo, entonces quizá la materia y la energía pueden unirse también en una relación dialéctica.  Si las reglas pueden contraerse y los relojes pueden frenarse, razonó, entonces cualquier cosa que midamos con regla y relojes también debe cambiar.

Sin embargo, casi todo en el laboratorio de un físico se mide con regla y relojes. Esto significa que los físicos tendrán que recalibrar todas las magnitudes del laboratorio que una vez dieron por hecho que eran constantes.

En concreto, la energía es una cantidad que depende de cómo midamos las distancias y los intervalos de tiempo.  Un automóvil de prueba que choca a gran velocidad contra una pared de ladrillos tiene obviamente energía.  No obstante, si el veloz automóvil se aproxima a la velocidad de la luz, sus propiedades se distorsionan.  Se contrae como un acordeón y los relojes en su interior se frenan.

Lo que es más importante, Einstein descubrió que la masa del automóvil también aumenta cuando re-acelera. Pero  ¿de dónde procede este exceso de masa?  Y él concluyó que procedía de la energía.

El el LHC un hace de muones lanzados a velocidades relativistas, aumentaron su masa diez veces

Esto tuvo consecuencias perturbadoras.  Dos de los grandes descubrimientos de la física del siglo XIX fueron la conversación de la masa y la conservación de la energía; es decir, la masa total y la energía total de un sistema cerrado, tomadas por separado, no cambian.  Por ejemplo, si el coche veloz choca contra el muro de ladrillos, la energía del automóvil no desaparece, sino que se convierte en energía sonora del choque, energía cinética de los fragmentos de ladrillo que vuelan por los aires, energía calorífica, y así sucesivamente.  La energía total (y la masa total) antes y después del choque es la misma.

Sin embargo, Einstein decía ahora que la energía del automóvil podía convertirse en masa (un nuevo principio de conservación que decía que la suma total de l masa y la energía debe siempre permanecer constante.  La materia no desaparece repentinamente, ni la energía brota de la nada.  En este sentido, la materia desaparece sólo para liberar enormes cantidades de energía o viceversa.

Cuando Einstein tenía 26 años, calculó exactamente cómo debía cambiar la energía si el principio de la relatividad era correcto, y descubrió la relación E=mc².  Puesto que la velocidad de la luz al cuadrado (C²) es un número astronómicamente grande, una pequeña cantidad de materia puede liberar una enorme cantidad de energía.  Dentro de las partículas más pequeñas de materia hay un almacén de energía, más de un millón de veces la energía liberada en una explosión química.  La materia, en cierto sentido, puede verse como un depósito casi inagotable de energía; es decir, la materia es en realidad, energía condensada.

Con dimensiones más altas se encuentra, de manera natural, la cabida para una teoría de Gravedad -Cuántica

Einstein supo ver que las dimensiones más altas tienen un propósito: unificar los principios de la Naturaleza.  Al añadir dimensiones más altas podía unir conceptos físicos que, en un mundo tridimensional, no tienen relación, tales como la materia y la energía o el espacio y el tiempo que, gracias a la cuarta dimensión de la relatividad especial, quedaron unificados.

Desde entonces, estos conceptos, los tenemos que clasificar, no por separado, sino siempre juntos como dos aspectos de un mismo ente materia-energía por una parte y espacio-tiempo por la otra.  El impacto directo del trabajo de Einstein sobre la cuarta dimensión fue, por supuesto, la bomba de hidrógeno, que se ha mostrado la más poderosa creación de la ciencia del siglo XX.  Claro que, en contra del criterio de Einstein que era un pacifista y nunca quiso participar en proyectos de ésta índole.

Einstein completó su teoría de la relatividad con una segunda parte que, en parte, estaba inspirada por lo que se conoce como principio de Mach, la guía que utilizó Einstein para crear esta parte final y completar su teoría de relatividad general.

Einstein enunció que, la presencia de materia-energía determina la curvatura del espacio-tiempo a su alrededor.  Esta es la esencia del principio físico que Riemann no logró descubrir: la curvatura del espacio está directamente relacionada con la cantidad de energía y materia contenida en dicho espacio.

Esto, a su vez, puede resumirse en la famosa ecuación de Einstein, que esencialmente afirma:

Materia-energía determina ←→ curvatura del espacio-tiempo

Esta ecuación engañosamente corta es uno de los mayores triunfos de la mente humana (me he referido a ella en otras muchas ocasiones).  De ella emergen los principios que hay tras los movimientos de las estrellas y las galaxias, los agujeros negros, el Big Bang, y seguramente el propio destino del Universo.

Es curiosa la similitud que se da entre la teoría del electromagnetismo y la relatividad general, mientras que Faraday experimentó y sabía los resultados, no sabía expresarlos mediante las matemáticas y, apareció Maxwell que, finalmente formuló la teoría.

El Tensor métrico de Riemann sacó a Einstein del Atolladero y pudo publicar su 2ª parte de la Teoría relativista, la de la Relatividad General. Su amigo Marcel Grossman le envió los documentos de aquella conferencia que Riemann  había dado 70 años antes y, allí, se encontró lo que le fataba.

Einstein, al igual que Faraday, había descubierto los principios físicos correctos, pero carecía de un formulismo matemático riguroso suficientemente potente para expresarlo (claro que Faraday no era matemático y Einstein si lo era).  Carecía de una versión de los campos de Faraday para la Gravedad.  Irónicamente, Riemann tenía el aparato matemático, pero no el principio físico guía, al contrario que Einstein.  Así que, finalmente, fue Einstein el que pudo formular la teoría con las matemáticas de Riemann.

¡Qué extraño sería que la teoría final se descubriera durante nuestra vida!  El descubrimiento de las leyes finales de la Naturaleza marcará una discontinuidad en la Historia del intelecto humano, la más abrupta que haya ocurrido desde el comienzo de la ciencia moderna del siglo XVII.  ¿Podemos imaginar ahora como sería?

STEVEN WEINBERG

¿Es la belleza un principio Físico?

La teoría de supercuerdas nos da una formulación convincente de la teoría del Universo, sin embargo, el problema fundamental radica en que una comprobación de dicha teoría, está más allá de nuestras posibilidades actuales.  De hecho, la misma teoría predice que la unificación de todas las fuerzas ocurre a la energía de Planck, o 10^{19 GeV}

Miles de millones de electronvoltios, que como sabéis, es alrededor de mil billones de veces mayor que las energías actualmente disponibles en nuestros aceleradores de partículas.

Ya he comentado otras veces que el físico David Gross (el de más edad de los miembros conocidos como el “cuarteto de cuerdos” y autores de la teoría llamada la cuerda heterótica) dijo en una ocasión: “El coste de generar esta fantástica energía, necesitaría el dinero de las tesorerías de todos los países del mundo juntos, y quizá, no llegara.  Es verdaderamente astronómico.”

Siendo así, de momento estamos condenados a no poder verificar experimentalmente este motor (parado) que haría marchar el vehículo de la Física.  La teoría deca-dimensional está paralizada en tres sentidos: el económico, el técnico y el matemático.  El primero por falta de dinero que  nos pudiera construir aceleradores tan potentes como para descubrir la partícula de Higgs, los quarks e incluso las cuerdas vibrantes, esos previsibles y minúsculos objetos primordiales que conforman la materia.  En segundo lugar, las formulaciones matemáticas complejas que, según parece, aún no se han inventado.  Parece que hoy, ni siquiera Witten o Perelman, conocen el secreto de los números mágicos que nos puedan llevar hasta el final del camino iniciado con Einstein y Kaluza-Klein.

Particularmente opino que la teoría de cuerdas nos dará muchas alegrías y que en ella están las respuestas a muchas preguntas que no sabemos contestar. Yo prestaría más atención a las funciones modulares de Ramanujan y a sus números mágicos repetidos una y otra vez en los teoremas encontrados en sus cuadernos perdidos.

Dentro del mundo de la Física, los hay de todas las opiniones: en contra y a favor.  Es famosa la postura detractora del Nóbel Sheldoy Glasgow de Harvard, no quiere ni oír hablar de la teoría de supercuerdas a la que califica de física de Teatro.

Otros muchos, la mayoría, como Murray Gell-Mann, Steven Weinberg (ambos Premios Nóbel) o el mismo.  E. Witten (Medalla Field), opinan lo contrario y ven en esta teoría de dimensiones más altas el futuro de la Física.

Ya sabemos que en física toda teoría debe ser verificada, una y otra vez, en uno y en otro lugar, experimentalmente, obteniendo siempre el mismo resultado, es la única manera de que sea aceptada por la comunidad científica, mientras tanto, la teoría no es fiable y queda a la espera de ser comprobada, verificada sin ningún lugar para la duda.

Sí, estamos tratando de recrear la creación

Pero, ¿Se puede recrear la creación?

La teoría de supercuerdas trata de eso.  Quiere explicarnos todos los misterios del Universo a partir de ese primer momento, ¡la creación!

¿Cuántas y cuántas páginas no habré leído y escrito sobre estos temas fascinantes de los secretos del Universo, las fuerzas que lo rigen, la materia de las Galaxias y de los objetos que lo pueblan?

No podría decirlo.  Sin embargo, hay una cosa que sí puede decir: ¡Cuánto más profundizo en estas cuestiones, cuánto más conocimientos adquiero, más fascinación siento y desde luego, mi capacidad de asombro, más crece!

Emilio Silvera V.

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