George Johnstone Stoney y sus Unidades Naturales

George J. Stoney, el físico irlandés y pensador excéntrico y original al que, en realidad, debemos la forma de deducir si otros planetas del sistema solar poseían o no una atmósfera gaseosa, como la Tierra, calculando si su gravedad superficial era suficientemente intensa para mantener esa atmósfera.

Pero su pasión real estaba reservada a su idea más preciada: el “electrón”. Stoney había deducido que debía existir un componente básico de carga eléctrica. Estudiando los experimentos de Michael Faraday sobre electrolisis, Stoney había predicho incluso cuál debía ser su valor, una predicción posteriormente confirmada por J. J. Thomson, descubridor del electrón en Cambridge en 1.897, dándole la razón a Stoney que finalmente, a esta unidad básica de la electricidad, le dio el nombre de electrón con el símbolo e en 1.891 (antes de su descubrimiento).

Stoney, primo lejano y más viejo del famoso matemático, científico de computación y criptógrafo Alan Turing, también era tío de George Fitzgerald, después famoso por proponer la “contracción Fitzgerald-Lorentz”, un fenómeno que fue entendido finalmente en el contexto de la teoría de la relatividad especial de Einstein.

Stoney, podemos decir con seguridad, fue el primero que señaló el camino para encontrar lo que más tarde conoceríamos como constantes fundamentales, esos parámetros de la física que son invariantes, aunque su entorno se transforme. Ellas, las constantes, continúan inalterables como sucede, por ejemplo, con la velocidad de la luz c, que sea medida en la manera que sea, esté en reposo o esté en movimiento quien la mide o la fuente de donde parte, su velocidad será siempre la misma, 299.792.458 m/s. Algo análogo ocurre con la gravedad, G, que en todas partes mide el mismo parámetro  o valor: G = 6’67259 × 10^{-11 m3} s^-2 Kg^-1. Es la fuerza de atracción que actúa entre todos los cuerpos y cuya intensidad depende de la masa de los cuerpos y de la distancia entre ellos; la fuerza gravitacional disminuye con el cuadrado de la distancia de acuerdo a la ley de la inversa del cuadrado.

La misteriosa fuerza de Gravedad que mantiene unidos los planetas al Sol, las estrellas en las galaxias,  las galaxias en los cúmulos y los cúmulos de galaxias en supercúmulos que conforman las estructuras más grandes conocidas en nuestro Universo.

Stoney, profesor de filosofía natural (así llamaban antes a la Física) en el Queen’s College Galway en 1.860, tras su retiro se trasladó a Hornsey, al norte de Londres, y continuó publicando un flujo de artículos en la revista científica de la Royal Dublín Society, siendo difícil encontrar alguna cuestión sobre la que no haya un artículo firmado por él.

Stoney recibió el encargo de hacer una exposición científica del tema que él mismo eligiera para el programa de la reunión de Belfast de la Asociación Británica. Pensando en qué tema elegir, se dio cuenta de que existían medidas y patrones e incluso explicaciones diferentes para unidades que median cosas o distancias o algún fenómeno: se preguntaba la manera de cómo definirlos mejor y como interrelacionarlos. Vio una oportunidad para tratar de simplificar esta vasta confusión de patrones humanos de medida de una manera tal que diese más peso a su hipótesis del electrón.

En tal situación, Stoney centró su trabajo en unidades naturales que transcienden los patrones humanos, así que trabajó en la unidad de carga electrónica (según su concepto), inspirado en los trabajos de Faraday como hemos comentado antes. También, como unidades naturales escogió G y c que responde, como se ha explicado, a la gravedad universal y la velocidad de la luz en el vacío.

En su charla de la Reunión de Belfast, Stoney se refirió al electrón como el “electrino” y dio el primer cálculo de su valor esperado. Demostró que el trío mágico de G, c y e podía combinarse de una manera, y sólo de una, de modo que a partir de ellas se creaban una unidad de masa, una unidad de longitud y una unidad de tiempo. Para la velocidad de la luz utilizó un promedio de las medidas existentes, c = 3 × 10⁸ metros por segundo; para la constante de gravitación de Newton utilizó el valor obtenido por John Herschel, G = 6’67259 × 10^{-11 m3} s^-2 Kg^-1, y para la unidad de carga del “electrino” utilizó e = 10^-20 amperios. Estas fueron las inusuales nuevas unidades que él encontró, en términos de las constantes e, c y G, y en términos de gramo, metros y segundos:

M_i = (e²/g)½ = 10^-17 gramos

L_{i =} ( Ge²/c⁴) ½ = 10^-17 metros

Ti = (Ge²/c⁶)½ = 3 x 10^-16 segundos

Estas son cantidades extraordinarias. Aunque una masa de 10^-7 gramos no es demasiado espectacular-es similar a la de una mota de polvo- las unidades de longitud y tiempo de Stoney eran muy diferentes de cualquiera que hubieran encontrado antes los científicos. Eran fantásticamente pequeñas, rosando lo inconcebible. No había (y sigue sin haber) ninguna posibilidad de medir directamente tales longitudes y tiempos.

En cierto modo, esto es lo que se podría haber esperado. Estas unidades no están construidas deliberadamente a partir de dimensiones humanas, por conveniencia humana o para utilidad humana. Están definidas por la propia fábrica de la realidad física que determina la Naturaleza de la luz, la electricidad y la gravedad (c, e y G). No se preocupan de nosotros. Stoney triunfó de un modo brillante en su búsqueda de un sistema de unidades sobrehumanas.

Después de todo, la existencia del electrón fue postulada por el físico irlandés G. Johnstone Stoney como una unidad de carga en el campo de la electroquímica, y fue descubierto por Joseph John Thomson en 1897 en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge. Influido por el trabajo de Maxwell y el descubrimiento de los rayos X, Thomson dedujo, mientras estudiaba el comportamiento de los rayos catódicos en el TRC, que existían unas partículas con carga negativa que denominó corpúsculos. Aunque Stoney había propuesto la existencia del electrón, fue Thomson quien descubrió su carácter de partícula fundamental; pero para confirmar su existencia era necesario medir sus propiedades, en particular la carga eléctrica. Este objetivo fue alcanzado por Robert Millikan en el célebre experimento de la gota de aceite realizado en 1909.

Conforme a lo anterior, podemos constatar que los logros de los grandes físicos nunca fueron otra cosa que la continuidad de muchos pensamientos y, las famosas unidades de Planck, en realidad tuvieron su semilla en las Unidades de Stoney que le allanó el camino. Max Planck era conocedor del mérito de su antecesor y hombre profundamente científico tenía pensamientos como este:

“La ciencia no puede resolver el misterio final de la Naturaleza.  Y esto se debe a que, en el último análisis, nosotros somos parte del misterio que estamos tratando de resolver”.

Esas Unidades Naturales que no inventaron los hombres, podrían ser la medida y el límite de nuestras teorías y, cuando descubramos lo que hay detrás de ellas (si alguna vez podemos llegar allí), quizá sepamos, de una vez por todas si, en verdad, existen mundos paralelos, otros universos.

Finalizando el sencillo trabajo sobre las unidades de Stoney, me doy cuenta de que, nosotros los humanos, hemos podido llegar a niveles de conocimiento bastante aceptables para seres que, comparados con la edad del Universo, sólo llevan aquí el tiempo de un parpadeo, y, esa maravillosa evolución de nuestras mentes simplemente es la consecuencia de que, nosotros, también somos universo, formamos parte de él como Planck decía y, la consecuencia de ello es que, iremos comprendiendo quiénes somos y hacia donde vamos, el Universo nos marca el camino y nosotros, nada podemos hacer sino seguirlo. Pero, ¿hasta dónde podremos llegar?

  No podemos decir que, en nuestro entorno, reine la seguridad. He recogido algunos datos por ahí que, por su interés y conocimiento de todos he querido dejar aquí para vustro conocimiento.¡No estamos seguros! En nuestro Universo que es dinámico y siempre todo está en movimiento, nada es seguro y, lo que hoy es, mañana no será. Tenemos que estar satisfechos del tiempo que se nos ha dado pero, ¿sabemos aprovecharlo? Sigamos:

El caballo de Troya de la leyenda llevaba en su vientre a los hombres y medios para ayudar a atacar la antigua Troya. Ahora aparece otro tipo de troyano, que podría poner en peligro toda la vida en la Tierra. Así lo afirma un estudio sobre los asteroides troyanos existentes alrededor de la órbita de Neptuno: material proveniente de allí puede llegar a convertirse en cometas que podrían golpear nuestro planeta.

Más o menos las tres cuartas partes del riesgo de impacto contra la Tierra proviene de los asteroides cercanos a la Tierra. Unos 1.000 de ellos son rastreados por censos del cielo. El resto del riesgo procede de los cometas, que han resultado más difíciles de vigilar.

Muchos cometas pendulan en el Sistema Solar interior cada 200 a 300 años. Se desconoce el origen de estos “cometas de período corto”, como se los llama, pero se piensa que el origen es en los centauros. Se trata de lo que se estima es una colección de un millón de objetos helados de más de 1 kilómetro de extensión en órbitas elípticas cuyo acercamiento mayor al Sol es entre las órbitas de Júpiter y Neptuno.

Sólo se han captado unos 250 de estos centauros con los telescopios. Todos están en órbitas inestables, y existe una gran chance de que reciban un impulso gravitatorio cuando su órbita los lleva cerca de Júpiter, o de uno de los otros planetas gigantes. Estas perturbaciones podrían redireccionarlos hacia el sistema solar interior, y posiblemente hacia la Tierra. Cuando un caprichoso centauro se acerca al Sol, el calor comienza a evaporar el contenido de hielo, dando lugar a una cola cometaria.

Cinturón principal de asteroides y asteroides troyanos.

Las simulaciones previas de los centauros indicaron que algo los alimenta con material extra; cada objeto orbita durante unos 3 millones de años antes de caer contra un planeta, o en el Sol, o ser expulsado del Sistema Solar, o simplemente desintegrarse. “La población decae y se está reponiendo desde alguna parte”, dice Jonathan Horner de la Universidad de Durham, Reino Unido.

En un artículo que está por aparecer en el International Journal of Astrobiology, Horner y Patryk Lykawka Sofía de la Universidad de Kinki en Osaka, Japón, sugieren que la fuente de esta reposición son los troyanos de Neptuno, asteroides en órbita alrededor del Sol en más o menos el mismo camino que Neptuno. Ellos calculan que uno de cada seis troyanos conocidos tiene un 50 por ciento de posibilidades de emigrar para convertirse en un centauro más en los próximos 600 millones de años. Dado que hay motivos para creer que puede haber hasta 10 millones de troyanos neptunianos mayores de 1 kilómetro por descubrir, la pareja concluye de que éstos podrían estar rellenando [el tanque] a los centauros.

Hal Levison, del Instituto de Investigación Southwest en Boulder, Colorado, sostiene que para mantener el balance de los cometas conocidos del tamaño de un kilómetro y período corto, la cantidad de troyanos tendría que ser de mil millones. Él piensa que esto es improbable, porque tantos objetos de ese tamaño chocarían y se fragmentarían en dimensiones más pequeñas. “Tengo dudas”, dice. Levison reconoce que la principal fuente de los centauros es el “disco disperso”, que forma parte del Cinturón de Kuiper de escombros más allá de Neptuno.

Asteroides troyanos más conocidos.

Los asteroides troyanos comenzaron a ser descubiertos como tal a partir del año 1906 cuando el astrónomo alemán Max Wolf descubrió, desde el Observatorio de Heidelberg, un asteroide que parecía comportarse como si oscilara alrededor del punto Lagrange L4 del sistema Sol-Júpiter. Tal asteroide recibió el nombre de Achilles (Aquiles) y fue el primer asteroide lagrangiano descubierto. No tardaron en hallarse nuevos asteroides, tanto en el punto L4 como en el punto L5 del sistema Sol-Júpiter. A todos ellos se los llamó asteroides Troyanos y recibieron nombres sacados de la Ilíada de Homero. En concreto, los del grupo L4 recibieron nombres de guerreros griegos, mientras que los siguientes, los del grupo L5, recibieron nombres de defensores de la ciudad de Troya.

Ubicación de los asteroides troyanos respecto al eje de los puntos Lagrange.

Los Troyanos muestran órbitas alargadas en forma de “gota”. Sus movimientos son una combinación entre el período de 12 años de Júpiter y otro período largo, de 150 a 200 años de duración. Hasta el momento hay catalogados más de medio millar de asteroides Troyanos, de los cuales cerca de un centenar y medio tienen asignado nombre y número. Se calcula que hasta magnitud 20,9 pueden llegar a existir unos setecientos Troyanos. Estos números son puras extrapolaciones, pero lo que si está claro es que la densidad de asteroides en el punto L4 es 3,5 veces mayor que la del punto L5, no conociéndose aún la causa de esta asimetría.

Como vereis, el presente trabajo parece asimétrico y, desde la unidades de Stoney nos hemos venido a comentar sobre los posibles peligros en los que, nuestro planeta Tierra (y nosotros) estamos inmersos. Si eso es así, ¿para qué tanto interés en querer saber sobre la Naturaleza y siempre estar tratatando de desvelar sus secretos? Bueno, en nuestros genes está escrito que, la evolución y el conocimiento serán nuestro horizonte y…, la meta, tendremos que descubrirla.

emilio silvera

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