Simples pensamientos recordando

He caído en la cuenta de hace unos años,  se cumplió el centenario de la muerte de Ludwig Boltzmann (Viena, 1.844 – Duino, cerca de Trieste, 1.906), que es sin duda uno de los físicos más ilustres del siglo XIX.

El trabajo científico desarrollado por Boltzmann en su época crítica de transición que puso el colofón a la física “clásica” – cuya culminación podríamos situar en Maxwell – y antecedió (en pocos años) a la “nueva” física, que podemos decir que comenzó con Max Planck y Einstein. Aunque ciertamente no de la importancia de los dos últimos, la labor científica de Boltzmann tiene una gran relevancia, tanto por sus aportaciones directas (creador junto con “su amigo” Maxwell y Gibbs de la mecánica estadística, aunque sea el formulismo de éste último el que finalmente haya prevalecido; esclarecedor del significado de la entropía, etc.) como por la considerable influencia que tuvo en ilustres físicos posteriores a los que sus trabajos dieron la inspiración, como es el caso de los dos mencionados, Planck y Einstein.

Boltzmann fue un defensor a ultranza del atomismo, polemizando sobre todo con Mach y Ostwald, antiatomistas partidarios de la energética y claros exponentes de la corriente idealista de la física alemana. Tuvo que abandonar su ambiciosa idea de explicar exactamente la irreversibilidad en términos estrictamente mecánicos; pero esta “derrota”, no ocultaré que dolorosa desde el punto de vista personal, le fue finalmente muy productiva, pues de alguna manera fue lo que le llevó al concepto probabilista de la entropía. Estas primeras ideas de Boltzmann fueron reivindicadas y extendidas, en el contexto de la teoría de los sistemas dinámicos inestables, sobre todo por la escuela de Prigogine, a partir de la década de 1.970.

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Miden la edad del Universo gracias al efecto de lente gravitacional con una precisión sin precedentes.

El efecto de lente gravitatoria de B1608+656 ha sido usado para calcular la edad del Universo. Fuente: Sherry Suyu, Argelander Institut für Astronomie.

Hace unos años, no hace tanto tiempo, no sabíamos la edad del universo con precisión. Lo más que se nos decía era que el Universo tenía una edad comprendida entre los 10.000 mil y los 20.000 millones de años. Así que se asumía que su edad debía de andar por los 15.000 millones de años. Después, gracias a los datos de WMAP del fondo cósmico de microondas, se vio que la edad real se acercaba bastante a ese número, aunque un poco por debajo: 13.700 (± 130) millones de años.

Obviamente el WMAP no apunta a una región de cielo en donde está escrita la edad del Universo, sino que ésta se infiere indirectamente a partir de datos físicos. Concretamente WMAP mide las fluctuaciones del fondo de radiación. A partir de ahí se calcula la densidad de masa-energía y usando la Relatividad General se puede hallar su edad asumiendo un Universo plano (tipo de geometría apoyada por medidas de WMAP). Pero alguien con espíritu crítico (cosa imprescindible en ciencia) podría decir que sólo a partir de un tipo de medidas no podemos estar seguros de cómo de viejo es el Universo en donde vivimos, que hacen falta otros métodos distintos que corroboren esa cifra.

Tenemos que ser conscientes de que el Universo tiene la edad apropiada para que nosotros podamos estar aquí, y, aunque nos parezca mucho un período de 13.700 millones de años, en realidad es el “tiempo” necesario para crear la bio-química  que, producida por las estrellas de las  galaxias y en la que al final de sus vidas explosionaran como supernovas que sembraron el espacio de los materiales complejos necesarios para que, más tarde, surgiera la vida en el planeta Tierra y, de seguro que, siendo las leyes del Cosmos las mismas en todas las regiones del Universo, también habrá formas de vida, y, vida inteligente, en otros mundos lejanos que aún no hemos podido visitar.

Objetos que habitan en el Universo y que son energía congelada que más tarde o más temprano, aparece con la destrucción de su forma actual conformada según los patrones diseñados por la Naturaleza y que son de la conocida materia bariónica, la luminosa que emite radiación y que, precisamente por eso, la  pueden captar los telescopios para que nosotros, a miles de millones de distancia, las podamos contemplar.

Esta nueva manera de mirar el universo nos da nuevas ideas, no todo el espacio son agujeros negros, estrellas de neutrones, galaxias y desconocidos planetas; la verdad es que casi todo el universo está vacío y sólo en algunas regiones tiene agrupaciones de materia en forma de estrellas y otros objetos estelares y cosmológicos; muchas de sus propiedades y características más sorprendentes (su inmenso tamaño y su enorme edad, la soledad y oscuridad del espacio) son condiciones necesarias para que existan observadores inteligentes como nosotros. No debería sorprendernos la vida extraterrestre; si existe, pudiera ser tan rara y lejana para nosotros como en realidad nos ocurre aquí mismo en la Tierra, donde compartimos hábitat con otros seres vivos con los que hemos sido incapaces de comunicarnos, a pesar de que esas formas de vida, como la nuestra, están basadas también en el carbono. No se puede descartar formas de vida inteligente basadas en otros elementos, como por ejemplo, el silicio.

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Hay aspectos de la física que me dejan totalmente sin habla y quedan fuera de nuestra realidad inmersa en lo cotidiano de un mundo macroscópico que nos aleja de ese otro mundo misterioso e invisible donde residen los cuantos que, con su comportamiento, me obligan a pensar y me transportan de este mundo material nuestro a otro fascinante donde residen las maravillas del universo, sus cimientos infinitesimales en los que residen las “ladrillos” de las estrellas y galaxias…también de los mundos y de los seres vivos. La materia es tan compleja que aún no hemos podido llegar a comprenderla…del todo.

En el mundo cuántico se pueden contemplar cosas más extrañas

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Lo cierto es que, cada vez que ha salido alguien, que como el precursor de la ciencia ficción, el entrañable Julio Verne, nos hablaba de viajes imposibles y de mundos insólitos, nadie pudo creer, en aquellos momentos, que todas aquellas “fantasías” serían una realidad en el futuro más o menos lejano. Todo lo que él imagino hace tiempo que se hizo realidad y, en algunos casos, aquellas realidades fantásticas, han sido sobrepasadas como podemos contemplar, en nuestras vidas cotidianas. Ingenios espaciales surcan los espacios siderales y, otros, lo hacen por el misterioso fondo oceánico como fue predicho hace ahora más de un siglo.

Ahora, los profetas modernos resultan ser Físicos que nos hablan de sucesos cuánticos que no llegamos a comprender y que, son ¡tan extraños! que nos resultan poco familiares y como venidos de “otro mundo”, aunque en realidad, son fenómenos que ocurren en las profundidades del mundo de la materia.

Cada vez van siendo menor los visionarios y más los estudiosos científicos, tanto teóricos como experimentadores que, en todos los campos, nos llevan, sin que nos demós cuenta, hacia el futuro que, ¡puede ser de tántas maneras! Precisamente por eso, será bueno que nuestras mentes, no se resignen a que estémos confinados aquí, en esta nave espacial que llamamos Tierra y que surca el espacio interestelar a muy buena velocidad aunque no todos sean conscientes de ello.

              Ascensor Espacial Erkki Halkka

Los avances que veremos en este mismo siglo, en todos los ámbitos del saber humano, serán sorprendentes y cambiaran nuestras vidas, nuestra Sociedad para el próximo siglo, será ya muy diferentes a ésta que conocemos. Nuestras propias vidas darán un salto cuantitativo y cualitativo en su período de duración y en su calidad de bienestar, podremos vivir un siglo y medio y tendremos menos enfermedades que ahora. las posibles innovaciones tecnológicas en campos tan dispares como la salud, la economía, la demografía, la energía, la robótica, el espacio, las telecomunicaciones y los transportes, darán un vuelco a nuestra forma de vida y entraremos en otra fase del futuro que viene y del pasado que dejamos atrás.

Estos serán los materiales con los que se construi´ra ese ascensor “imposible” que nos llevará 500 Km lejos de la Tierra, hacia las Estaciones Espaciales con las que se podrá acoplar, sin ninguno de los riesgos que conllevan los transbordadores actuales impulsados por Hidrógeno líquido de fácil combustión, es decir, los pasajeros van montados sobre una bomba volante y, al mejor fallo…

Los ascensores espaciales eran hasta hace muy poco materia de ficción pura, pues ningún material conocido podía soportar la enorme tensión producida por su propio peso. Actualmente ciertos materiales comienzan a parecer viables como materia prima: los expertos en nuevos materiales consideran que teóricamente los nanotubos de carbono pueden soportar la tensión presente en un ascensor espacial.³ Debido a este avance en la resistencia de los nuevos materiales, varias agencias están estudiando la viabilidad de un futuro ascensor espacial:

En Estados Unidos, un antiguo ingeniero de la NASA llamado Bradley C. Edwards ha elaborado un proyecto preliminar que también están estudiando científicos de la NASA.³ Edwards afirma que ya existe la tecnología necesaria, que se necesitarían 20 años para construirlo y que su costo sería 10 veces menor que el de la Estación Espacial Internacional. El ascensor espacial de Edwards no se parece a los presentes en las obras de ficción, al ser mucho más modesto y a la vez innovador en lo que concierne a su eventual método de construcción.

Este sería el final del recorrido y estaría preparado para conectar con bases espaciales. Ahora nos parece un suelo paero hace tiempo ya que se está trabajando, de manera muy seria, en su construcción en un futuro próximo y, desde luego, conseguirlo será un buen logro.

Existen algunos tratamientos con células madre, pero la mayoría todavía se encuentran en una etapa experimental. Investigaciones médicas, anticipan que un día con el uso de la tecnología, derivada de investigaciones para las células madre adultas y embrionarias, se podrá tratar el cáncer, diabetes, heridas en la espina dorsal y daño en los músculos, como también se podrán tratar otras enfermedades. Se les presupone un destino lleno de aplicaciones, que van desde patologías neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer o de Parkinson, hasta la fabricación de tejidos y órganos destinados al trasplante, pasando por la diabetes y los trastornos cardíacos.

En un futuro se espera utilizar células madre de cordón umbilical en terapia génica: podemos así tratar enfermedades causadas por la deficiencia o defecto de un determinado gen, introduciendo un determinado gen en la proliferación de las células madre In Vitro y trasplantar tales células en el paciente receptor. El uso de otros tipos de células como portadores de genes buenos en pacientes con enfermedades causadas por deficiencias o déficits genéticos, está siendo testeado a nivel clínico. El primer trasplante de órgano bioartificial en humanos, por su parte, confían en que pueda ver la luz dentro de “unos cinco o diez años”.

La bioinformática o la biotecnología consiste en la aplicación de tecnología informática en el análisis de datos biológicos . Los principales esfuerzos de investigación en estos campos incluyen el alineamiento de secuencias , la predicción de genes , predicción de la expresión génica y modelado de la evolución . Algunos ejemplos son el diseño de organismos para producir antibióticos , el desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos, los diagnósticos moleculares, las terapias regenerativas y el desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a través de la manipulación génica . Veamos algunas de ellas…

                  Formas nuevas de comunicarse y de adquiri datos

                         La fusión, energía limpia y barata y, sobre todo, inagotable

Y mientras el mundo está pendiente de la crisis económica internacional, científicos e ingenieros trabajan intensamente en lo que podría ser la solución a los problemas energéticos del futuro. La palabra clave es “fusión”. Al contrario que la tradicional energía nuclear, la energía de fusión es limpia y no contamina y, sus resifuos, es el Helio fácilmente aprovechable. El Proyecto ITER sigue adelante.

La ciencia de la medicina está avanzando a pasos agigantados. Los últimos avances en medicina que se dieron en estos diez o quince años pasados han sido sorprendentes, y podemos esperar un salto muy grande en la medicina dentro de los próximos años.

Algunos descubrimientos todavía no están al alcance de los pacientes, a pesar de que ya se han revelado como grandes avances científicos son necesarios muchos estudios y pruebas antes de que se puedan aplicar. No perdamos de vista en este ámbito del saber humano, ni la genética ni las nuevas nanotecnologías, lo que llaman el ojo biónico, la sangre artificial…

Cambiaran nuestras ciudades y nuestras Sociedades serán diferentes, los nuevos conocimientos llegarán también, a la vida cotidiana del habitat humano y a su forma de trabajo, de viajar, e, incluso los alimentos del futuro no muy lejano, nos harán recordar con cierta nostalgia, estos que ahora criticamos.

            Los modernos celulares irán insertados en el brazo

     Cualquier vivienda será controlada por mecanimos informáticos

Este programa va más allá de los avances actuales para revelar la tecnología e inventos que nos permitirán ver a través de las paredes, viajar en el tiempo y en el espacio y colonizar planetas distantes. La tecnología inteligente que llevará ayudantes robóticos a los hogares, ciudades enteras a la Internet, y sistemas de entretenimiento que harán los sueños realidad en forma virtual. Sí, virtual hoy pero… ¿Y mañana?

¡Tantas galaxias y estrellas, tantos mundos, tantas maravillas! Si no podemos en un futuro más o menos lejano, visitarlas, ¿Para qué tanta diversidad y tanta belleza? Si están ahí, por algo será y, nosotros, aunque parezca que somos una ínfima cuestión en tan vasto Universo, seguramente serémos, unos privilegiados llamados a realizar grandes cosas. A pesar de nuestras muchas faltas y carencias…¡Lo estamos logrando!

Ya hemos dado los primeros pasos y, nuestros ingenios espaciales tecnológicos robotizados, han realizado para nosotros las tareas que, de momento nos están vedadas pero, demslé tiempo al tiempo y, sin duda alguna, en ese futuro soñado, estaremos en las estrellas y en esos otros mundos que presentimos hermanos de la Tierra y que podrán acoger a la Humanidad que, dentro de otros cincuenta años, llegará a la cifra de 8.000 millones de seres y, nuestro planeta, no puede con todo.

El futuro convive ya con nosotros y, al tenerlo tan cercano, no le prestamos atención a esos muchos cambios que con nosotros conviven. Lo cierto es que debe ser así, de otra manera, los cambios tan bruscos que se están produciendo, nos traumatizaría y, sin embargo, lo tomamos -unas veces por comprenderlos y otras por ignorarlos- con toda la normalidad. Esa es la manera en la que se desenvuelve el mundo de nuestra especie.

                                                                                            Sueños convertidos en realidad

                      Ya construímos ciudades flotantespara esquivar la subida del nivel del Mar

Como no podemos predecir que le puede pasar a la Tierra en el futuro, mejor será ir “preparando las maletas” que, como decía mi padre, un viejo marinero curtido en mil tempestades: ¡”Más vale un por si acaso, que un yo creí”!

emilio silvera

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              T. Kaluza

Las dimensiones mas altas fueron introducidas en una teoria unificada por primera vez en 1919, en Alemania, por Theodor Kaluza. Kaluza le escribio a Einstein sugiriendole que su sueño de hallar una teoria unificada de la gravitacion y el electromagnetismo podia realizarse si elaboraba sus ecuaciones en un espaciotiempo de cinco dimensiones. Einstein al principio se burlo de la idea, pero mas tarde, pensando y estudiando la sugerencia con mas frialdad y examen mas profundo, lo reconsidero y ayudo a Kaluza a que pudiera publicar su articulo.

      Oskar Klein

Pocos años mas tarde, el fisico sueco Oskar Klein publico una version del trabajo de Kaluza que, lo mejoraba dejando un diseño matematico mas fino, de mas calidad y que explicaba de manera mas contundente lo que la teoria queria significar al elevar la teoria a cinco dimensiones y lograr unificar la gravedad con el magnetismo. Desde entonces, la teoria es conocida como de Kaluza-Klein y, aunque parecia muy interesante, en realidad nadie sabia que hacer con ella hasta los años setenta, cuando resulto beneficioso trabajar en la supersimetria.

Pronto Kaluza-Klein estuvo en los labios de todo el mundo (los fisicos mas destacados del momento hablaron de esa teoria). Aunque la teoria de cuerdas en particular y la supersimetria en general apelaban a mas dimensiones, las cuerdas tenian un modo de seleccionar su dimensionalidad requerida. Pronto se hizo evidente que la teoria de cuerdas solo seria eficaz en dos, diez y veintiseis dimensiones, y solo invocaba dos posibles grupos de simetria: SO(32) o E_{8 x} E₈. Cuando una teoria apunta hacia algo tan tajantemente, los cientificos prestan atencion, y a finales de los años ochenta habia muchos fisicos que trabajaban en las cuerdas.

   El Modelo estándar se nos quedó pequeño, iremos más lejos

La cuerda es cuántica y gravitatoria, de sus entrañas surge, como por arte de magia, la partícula mensajera de la fuerza de gravedad: el gravitón. Funde de forma natural las dos teorías físicas más poderosas de que disponemos, la mecánica cuántica y la relatividad general, y cuando se convierte en supercuerda -con mayores grados de libertad- es capaz de describir bosones y fermiones, partículas de fuerza y de materia. La simple vibración de una cuerda infinitesimal podría unificar todas la fuerzas y partículas fundamentales.

Parece que todo está hecho de cuerdas, incluso el espacio y el tiempo podrían emerger de las relaciones, más o menas complejas, entre cuerdas vibrantes. La materia-materia, que tocamos y nos parece tan sólida y compacta, ya sabíamos que está conformada por grandes espacios vacíos, pero no imaginábamos que era tan sutil como una cuerda de energía vibrando. Los átomos, las galaxias, los agujeros negros, todo son marañas de cuerdas y supercuerdas vibrando en diez u once dimensiones espaciotemporales.

Lo cierto es que, andamos un poco perdidos y no pocos físicos (no sabemos si de forma interesada), insisten una y otra vez, en cuestiones que parecen no llevar a ninguna parte y que, según las imposibilidades que nos presentan esos caminos, ¿no sería conveniente elegir otros derroteros para indagar nuevas físicas mientras tanto?, para dejar que avanzacen las tecnologías, se adquieran más potentes y nuevas formas de energías que nos puedan permitir llegar a sondear las cuerdas y poder vislumbrar si, es cierto, que puedan existiresas cuerdas vibrantes que, con sus resonancias crean las partículas y la materia.

Nos queda mucho para porder oír las vibraciones de esas “cuerdas” que la física trata de encontrar, y, mientras tanto, oiremos estas otras.

Quedaba mucho y duro trabajo por hacer, pero las perspectivas eran brillantes. y, de entre todos ellos, los mas destacados fueron Schwarz y sus colaboradores en supercuerdas Green y Edward Witten. Ellos fueron los artifices de un gran periodo de aventura intelectual que desemboco en la mas moderna version de la teoria de cuerdas que elaboro E. Witten con el nombre de Teoria M. Esta teoria de mas altas dimensiones nos ha llevado a una enorme profundidad matematica en el campo de la topologia y, desde luego, ha dejado un panorama muy optimista en el horizonte.

Tal optimismo, desde luego, podria ser equivocado, ya que, de momento, solo contamos con el aparato teorico de la teoria y su verificacion experimental se nos escapa al requerir disponer de la energia de Planck de 10¹⁹ GeV para comprobarla y, de momento, dicha energia esta fuera del alcance humano.

        Como nadie las ha podido ver, las imaginamos de mil maneras

Einstein, como todos sabeis, dedico buena parte de la segunda mitad de su vida a intentar hallar una teoria de campo unificada de la gravitacion y el electromagnetismo, con expectativas populares tan altas que las ecuaciones de su labor en marcha eran expuestas en escaparates a lo largo de la Quinta Avenida de Nueva York, donde eran escudriñadas por multitud de curiosos que no las entendian. En aquel tiempo, Einstein desconocia que las matematicas precisas para desarrollar una teoria asi, aun no existian. De ahi su fracaso en el intento. El habia ignorado los principios cuanticos.

Pero, retomemos las cuerdas. Los criticos del concepto de supercuerda señalaron que las afirmaciones sobre sus posibilidades se basaban casi enteramente en su belleza interna. La teoria no habia siquiera repetido los logros del Modelo Estandar, ni habia hecho ni una sola prediccion que pudiera someterse a prueba mediante experimentos.

         Hemos podido ver otras muchas cosas pero…, ni fotinos ni selectrones han aparido nunca

Cuando puedo admirar la imagen de n magnetar, me siento transportado a regiones lejanas del espacio en las que, ese magnetar o magnetoestrella (que es una estrella de neutrones alimentada con un campo magnético extremadamente fuerte y, Simplemente se trata de una variedad de púlsar cuya característica principal es la expulsión, en un breve período -equivalente a la duración de un relámpago-, de enormes cantidades de alta energía en forma de rayos X y rayos gamma. ), ha surgido a partir de una estrella masiva y se ha conformado como un extraño objeto exótico que nos produce sorpresa y admiración al ver como, a partir de una cosa totalmente diferente, por medio de transiciones de fase de diversa índole, se llega a formar otro objeto totalmente distinto del que fue.

La supersimetria ordenaba que el Universo debia contener familias enteras dee nuevas particulas, entre ellas “selectrones” (equivalente supersimetrico del electron) y “fotinos” (equivalentes del foton), pero no especificaba las masas hipoteticas de tales particulas. La ausencia de pruebas aducidas en busquedas preliminares de particulas supersimetricas, como las realizadas en el acelerador PEP de Stanford y el PETRA de Hamburgo, por lo tanto no probaban nada; siempre se podia imaginar que las particulas eran demasiado masivas para ser producidas en esas maquinas y habria que esperar a otras mas adelantadas del futuro que, como ahora el LHC, nos pueda sacar a la luz, algunas de esas particulas supersimetricas que confirmarian la teoria.

¡Fotinos y selectrones! ¿Dónde?

La Teoria M que antes mencionaba, es una version mas adelantada, en 11 dimensiones, nos ha dejado un cuadro que ilusiona y, desde luego, si finalmente se puede verificar lo que predice, estariamos ante una teoria cuantica de la gravedad y, desde luego, nos explicaria el Universo como nunca antes se pudo hacer. Claro que, nosotros, pobres mortales e igniorantes, nos seguimos haciendo las mismas preguntas:

¿Donde, pues, hemos de buscar ese universo hiperdimensional de la simetria perfecta? El mundo en el que vivimos esta lleno de simetrias rotas, y solo tiene cuatro dimensiones. La respuesta llega de la Cosmologia, la cual nos dice que el universo supersimetrico, si existio, pertenece al pasado. La implicacion de esto es que el universo empezo en un estado de perfeccion simetrica, del que evoluciono al universo menos simetrico en el que vivimos. Si es asi, la busqueda de la simetria perfecta es la busqueda del secreto del origen del universo, y la atencion de sus acolitos puede, volverse con buenas razones, como las caras de las flores al alba, hacia la blanca luz de la genesis cosmica.

¡Nos queda tanto por saber!

emilio silvera

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