martes, 19 de enero del 2021 Fecha
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El Universo y la grandeza que no podemos comprender

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo asombroso    ~    Comentarios Comments (0)

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Distancias desde el grupo local para los grupos seleccionados y los grupos en el Supercúmulo Local

Se sospecha que, en la medida que los cúmulos se agrupan en supercúmulos, asimismo los supercúmulos se agrupan en hipercúmulos. Estos últimos debe ser las segundas estructuras más grandes del Universo, después de la Gran Muralla. Una anomalía gravitacional conocida como el Gran Atractor existe en alguna parte dentro del supercúmulo local.

La Gran Muralla es una concentración aproximadamente bidimensional de galaxias, con una longitud de al menos 200 millones  por 600 millones de años-luz, aunque con menos de 20 millones de años-luz de grosor. Contiene muchos miles de galaxias y se le calcula una masa de al menos 1016 masas solares. La Gran Muralla se extiende más de 120º en el cielo (8- 16h AR) y se encuentra a unos 250 millones de años-luz. Esta y otras muchas estructuras similares, junto con las muchas estructuras filamentarias en la distribución de galaxias, nos sugiere que las estructuras a gran escala del Universo pueden tener una naturaleza celular, con otras “Grandes Murallas” formando las caras de las células y los filamentos de galaxias formando las intersecciones de las caras.

También hablamos del Gran Atractor como una supuesta concentración de materia en la dirección de las constelaciones de Hydra y Centaurus que puede estar tirando de las galaxias cercanas, incluyendo a la nuestra (la Vía Láctea), hacia sí. Como, al parecer, es también la Grab Muralla, la masa que se le calcula es de 5 x  1016 masas solares y se encuentra a unos 150 millones de años-luz de nosotros. Su evidencia fue inferida originalmente a partir de estudios de los movimientos de galaxias cion respecto al flujo de Hubble. Aunque existe claramente una concentración de galaxias (¿La Gran Muralla?) en el lugar donde supuestamente se encuentra el Gran Atractor, estudios más recientes indican que el flujo de galaxias observado es debido probablemente al tirón conjunto producido por varios cúmulos distintos que dejan sentir la enorme fuerza de gravedad que generan.

Todos sabemos de las inmensas distancias existente entre estrellas y entre galaxias, y, las unidades de medidas especiales que hemos inventado para poder expresarlas. Ahí tenemos la imposibilidad física de viajar a otros mundos y no digamos a otras Galaxias.  Las velocidades que pueden alcanzar en la actualidad nuestros ingenios espaciales no llega ni a 70.000 km/h ¿Cuánto tardarían en recorrer los 2,3 millones de años-luz  ( 21.759.840.000.000.000.000 km) que nos separa de Andrómeda? Incluso el desplazarnos hasta la estrella más cercana, Alfa Centauri, resulta una tarea impensable si tenemos en cuenta que la distancia que nos separa es de 4’3 años-luz y un año-luz = 9.460.800.000.000 km.

Construyendo la nave más moderna que hoy pudiéramos, y, suponiendo que tuviera todos los adelantos que permitieran un viaje seguro, las tripulaciones antes de llegar al destino serían de distintas generaciones que se sucederían en las tareas cotidianas de la nave-ciudad. Hasta que no se busque la manera de esquivar la barrera de la velocidad de la luz, los viajes a otros mundos están algo complicados para nosotros. ¿Quizás ese motor del que hablan que distorsiona el espacio? Claro que no parece sencillo anular las temperaturas que se generarían en el entorno de la nave.

¿Estaría programada la presencia de los seres vivos inteligentes en el Universo?

Por fuerza la cosmología conduce a cuestiones fronterizas entre ciencia experimental, filosofía y religión. No es solo el caso de los sabios antiguos. También los físicos de hoy se plantean preguntas de esa clase, sobre todo a propósito del llamado “principio antrópico”. A partir de los conocimientos actuales, este principio señala que las leyes y magnitudes físicas fundamentales parecen cuidadosamente afinadas para que la formación y el desarrollo del universo pudieran dar lugar a la vida en la Tierra y en otros planetas idóneos para acogerla.

Algunas veces nos podríamos preguntas: ¿Para qué tántos sueños? Si inmersos en un vasto Universo de dimensiones “infinitas” para nosotros, al final del camino, miramos la imagen de arriba y eso es lo que podría quedar de nuestro Sol, una insignificante Nebulosa Planetaria y, la consecuencia de tal transición de fase será, una Tierra sin vida y un Sistema solar de objetos muertos.

La humanidad, es en realidad, algo muy complejo y difícil de entender.  Sabemos que en el Universo existen cientos de miles de millones y trillones de protones y electrones o 10-5 átomos por c/cm3 de espacio, todos, absolutamente todos los protones, son exactamente iguales.  Con los electrones pasa igual y lo mismo con los átomos, son exactos, copias los unos de los otros, la misma masa, la misma carga y las mismas propiedades, no podríamos encontrar un electrón distinto a otro.  Sin embargo, referido a nosotros, los individuos que componemos toda la Humanidad (unos 7.000 millones), resulta que, ni siquiera uno es exactamente igual a otro.  Cada uno es diferente a los demás y tiene sus propias características particulares que lo hace distinto.

                                                  Todos distintos pero, ¡todos iguales!

Ahí precisamente reside la grandeza y también la dificultad.  La grandeza que da la variedad y el enorme abanico que posibilidades de mentes distintas empeñados en resolver un problema que se estudia bajo miles de millones de puntos de vista, con lo cuál, es más difícil que, finalmente, no aparezca la solución.  La dificultad que esa misma variedad genera entre seres que, al ser diferentes, también tienen criterios distintos y distintas maneras de ver las cosas y, no pocas veces conlleva a conflictos indeseables.

Ni nos paramos a pensar en el largo camino que hemos tenido que hacer hasta llegar hasta aquí.

Necesitamos que algo alumnbre nuestras mentes para ver el Universo

Por muy atentamente que hemos querido mirar, no podemos llegar a esa realidad que la Naturaleza esconde y que, supuestamente, dio lugar a todo ésto, el Big Bang que nos trajo el Universo conocido. Muchos miles de millones de años más tarde pudimos aparecer nosotros aquí sin saber, a ciencia cierta, si hemos venido por cuestiones del Azar, si hay algún plan predeterminado para nosotros, o, si como sospecho, simplemente somos una variante más surgida de la evolución de la materia, creada por el Universo, para, como decía el sabio, poder observarse así mismo.

¿Qué entendemos por Big Bang?

El Big Bang, esa teoría aceptada por todos y que “nos dice” como se formó nuestro Universo y comenzó su evolución hasta llegar a ser como ahora lo podemos contemplar. De acuerdo a esta teoría, el Universo se originó a partir de un estado inicial de alta temperatura y densidad, y desde entonces ha estado siempre expandiéndose. La teoría de la relatividad General predice la existencia de una singularidad en el comienzo, cuando la temperatura y la densidad eran infinitas, antes del comienzo del Tiempo y del nacimiento del Espacio.

La mayoría de los cosmólogos interpretan esta singularidad como una indicación de que la relatividad general de Einstein deja de ser válida en el Universo muy primitivo (no existía materia, todo era una infinita concentración de energía), y el comienzo mismo debe ser estudiado utilizando una teoría de cosmología cuántica.

Con nuestro conocimiento actual de la física de partículas de altas energías, podemos hacer retroceder el reloj a través de la teoría leptónica y la era hadrónica hasta una millonésima de segundo después del Big Bang, cuando la temperatura era de 1013K. Utilizando una teoría más especulativa, los cosmólogos han intentado llevar el modelo hasta 1035 s  después de la singularidad, cuando la temperatura era de 1028K.  Esa infinitesimal escala de longitud es conocida como Límite de Planck = 10-35m que en la Ley de radiación de Planck, es distribuida la energía radiada por un cuerpo negro mediante pequeños paquetes discretos llamados cuantos, en vez de una emisión continua.  A éstas distancias, la Gravedad está ausente para dejar actuar a la mecánica cuántica.

La teoría del Big Bang es capaz de explicar la expansión del Universo; la existencia de una radiación de fondo cósmica, y la abundancia de núcleos ligeros como el helio, el helio-3, el deuterio y el litio-7, cuya formación se predice que ocurrió alrededor de un segundo después del Big Bang, cuando la temperatura reinante era de 1010 K.

La radiación de fondo cósmica proporciona la evidencia más directa de que el Universo atravesó por una fase caliente y densa.  En la teoría del Big Bang, la radiación de fondo es explicada por el hecho de que, durante el primer millón de años más o menos (es decir, antes del desacoplo de la materia y la radiación y, por tanto, en equilibrio término con ella.  Esta fase es habitualmente denominada “bola de fuego primordial”.)

Cuando el Universo se expandió y se enfrió a 3000 K se volvió transparente a la radiación, que es la que observamos en la actualidad, mucho más fría y diluida, como radiación térmica de microondas.  El descubrimiento del fondo de microondas en 1.956 puso fin a una larga batalla entre el Big Bang y su rival la teoría del Universo estacionario de P. Hoyle y otros, que no podía explicar la forma de cuerpo negro del fondo de microondas.  Es irónico que, el termino Big Bang, tuvo inicialmente un sentido burlesco y fue acuñado por Hoyle, contrario a la teoría del Universo inflacionario y defensor del estacionario.

CRONOLOGÍA DEL BIG BANG

Era de Planck

De   0   a 10-43 seg.

a           10-34 k

Era de radiación

de 10-43 a 30.000 años

desde 10-34 a 104 k

Era de la materia

de 30.000 años al presente

han pasado 13.500.000.000 de años

Desde 104 a 3 k actual

Para fijar más claramente los hechos se debe extender la explicación evolutiva del universo en las fases principales que son las eras reseñadas en el recuadro de arriba, su duración y temperatura.

    Primera forma de la materia, los primeros átomos. Pero, expliquemos algo más sobre las Eras en el proceso del Big Bang:

See full size image El Tiempo de Plank nos lleva hacia la Era…

                   De la radiación

Período entre 10-43 s (la era de Planck) y 300.000 años después del Big Bang.  Durante este periodo, la expansión del Universo estaba dominada por los efectos de la radiación o de las partículas rápidas (a altas energías todas las partículas se comportan como la radiación).  De hecho, la era leptónica y la era hadrónica son ambas subdivisiones de la era de radiación.

La era de radiación fue seguida por la era de la materia que antes se reseña, durante la cual los partículas lentas dominaron la expansión del Universo.

Hadrones: Un hadrón, es una partícula compuesta de quarks y que “siente” la interacción fuerte. Ejemplos de hadrones son los protones y los neutrones (los bariones que forman el núcleo de los átomos y por eso son conocidos también como nucleones) que tienen otros hermanos en la imagen reseñados.

Era Hadrónica

Corto periodo de tiempo entre 10-6 s y 10-5 s después del Big Bang en el que se formaron las partículas atómicas pesadas, como protones, neutrones, piones y kaones entre otras.  Antes del comienzo de la era hadrónica, los quarks se comportaban como partículas libres.  El proceso por el que se formaron los quarks se denomina transición de fase quark-hadrón.  Al final de la era hadrónica, todas las demás especies hadrónicas habían decaído o se habían desintegrado, dejando sólo protones o neutrones.  Inmediatamente después de esto el Universo entró en la era leptónica.

Era Leptónica

Intervalo, que comenzó unos 10-5 s después del Big Bang, en el que diversos tipos de leptones eran la principal contribución a la densidad del Universo.  Se crearon pares de leptones y antileptones en gran número en el Universo primitivo, pero, a medida que el Universo se enfrió, la mayor parte de las especies leptónicas fueron aniquiladas.  La era leptónica se entremezcla con la hadrónica y ambas, como ya dije antes, son subdivisiones de la era de la radiación.  El final de la era leptónica se considera normalmente que ocurrió cuando se aniquilaron la mayor parte de los pares electrón-positrón, a una temperatura de 5×109 k, más o menos un segundo después del Big Bang.  Después, los leptones se unieron a los hadrónes para formar átomos.

Así se formó nuestro Universo, a partir de una singularidad que explotó expandiendo toda la densidad y energía a unas temperaturas terroríficas y, a partir de ese mismo instante y el espacio junto con la materia que, finalmente desembocó en lo que ahora conocemos como Universo.

El Universo es el conjunto de todo lo que existe, incluyendo (como he dicho) el espacio, el tiempo y la materia.  El estudio del Universo se conoce como cosmología.  Los cosmólogos distinguen al Universo con “U” mayúscula, significando el cosmos y su contenido, y el universo con “u” minúscula, que es normalmente un modelo matemático deducido de alguna teoría física como por ejemplo, el universo de Friedman o el Universo de Einstein-de Sitter.  El Universo real está constituido en su mayoría de espacios que aparentemente están vacíos, existiendo materia concentrada en galaxias formadas por estrellas, planetas, gases y otros objetos cosmológicos.

El Universo se está expandiendo, de manera que el espacio entre las galaxias está aumentando gradualmente, provocando un desplazamiento al rojo cosmológico en la luz procedente de los objetos distantes. Existe evidencia creciente de que el espacio puede estar lleno de alguna clase de materia que no hemos podido observar, no emite radiación pero incide en el comportamiento de las galaxias que se alejan las unas de las otras a más velocidad de la que deberían, si la materia existente, fuese sólo la bariónica, la que observamos y que conforma las galaxias.  Esa “materia invisible” si finalmente se demuestra que existe, podría constituir muchas veces la masa total de las Galaxias visibles. Claro que, la expansión, también podría deberse a alguna clase de fuerza fundamental que aún no hemos sabido comprender.

Lo cierto es que, el concepto más favorecido sobre el origen del Universo es la teoría del Big Bang, de acuerdo con la cual el Universo se creó, como hemos dicho antes,  a partir de una densa y caliente concentración enorme de energía, lo que llamamos singularidad, de la que surgío una inmensa explosión en forma de bola de fuego que se expandió para crear el espacio, el tiempo y toda la materia que lo conforma. Y, al principio, se dice que sólo había una sola fuerza fundamental que, al enfriarse el Universo primitivo, se dividió en las cuatro que ahora conocemos. Todo ello, ocurrió, según los datos de que se disponen, hace ahora aproximadamente 13.700 millones de años.

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     Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas

Como desde siempre, cuando fuímos conscientes de ser, comenzamos a querer desvelar los secretos del Universo, de la Naturaleza que nos mostraba nuestro mundo, de las interrogantes que ponía en nuestras mentes la presencia de estrellas en el firmamento y, entonces, comenzamos a plantear preguntas:

¿Cuántas partículas hay en el Universo?

¿De donde vino la sustancia del Universo?

¿Qué hay más allá del borde del Universo?

¿Por qué la Luna no se cae y se mantiene ahí, flotando en el espacio?

¿Que es la materia de la que todo está formado?

¿Quiénes somos nosotros y por qué vinimos aquí?

        ¡Sí, hemos avanzado! Ahora sabemos como se forman las estrellas y para qué lo hacen

En algún momento de su historia, la Humanidad no podía tener respuestas para estas preguntas y, con el paso del tiempo, se han podido contestar algunas. Sin embargo, otras muchas quedan planteadas y nadie ha sabido dar una respuesta convincente y autoconsistente que, pudiendo ser comprobada, nos muestre la realidad en la que estamos inmersos.  Recuerdo como Isaac Asimov nos decía:

“Podemos imaginar que hay unos 100.000.000.000 de Galaxias en el Universo.  Cada una de estas Galaxias tiene una media de masa igual a 100.000.000.000 la masa del Sol. Quiere decir que la cantidad total de materia en el Universo sería igual a 1011x1011 ó 1022 veces la masa del Sol. Dicho de otra manera, en el Universo hay materia suficiente para hacer 10.000.000.000.000.000.000.000 (diez mil trillones) de soles como el nuestro.

La masa del Sol es de 2×1023 gramos.  Esto significa que la cantidad total de materia en el Universo tiene una masa de:  1022x2x1033 ó  2×1055 gramos.  Lo que podemos reseñar

20.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.  Que es igual a veinte nonillones.

Miremos ahora al revés.  La masa del Universo está concentrada casi por entero en los nucleones que contiene.  Los nucleones son partículas diminutas y hacen falta 6×1023 de ellas para formar una masa equivalente a un gramo. Pues bien, si 6×2023 nucleones hacen 1gr. y si hay 2×1055gr. En el Universo, entonces el número total de nucleones en el Universo podría ser de 6×1023x2x1055 ó 12×1078, que de manera más convencional se escribiría 1,2×1079.”

mundo brana

En cierta manera, nadie sabe con exactitud de donde surgió la sustancia del universo y las fuerzas fundamentales que lo rige, y, precisamente por eso, por desconocerlo, hacemos conjeturas y formulamos teorías que, como la del Big Babg, van encaminadas y tratan de dar una explicación, lo más coherente posible, con lo que observamos a nuestro alrededor.

Especular es una herramienta que utilizamos con generosidad. Hablamos de todas las cuestiones que podamos percibir, constatar o, simplemente intuir y, llegamos a conclusiones como: Suponemos la existencia de energías negativas que contrarrestan las positivas existentes, y, de esa manera, todo queda simétrico e igualado. Todo en el Universo es una estabilidad debida al equilibrio de dos fuerzas contrapuestas que se igualan y anulan. Las estrellas, en su actividad de fusión tienden a expandirse y, la gravedad que genera su propia masa, tiende a contraerlas, así, la expansión queda equilibrada por la contracción y, ese equilibrio, las hace vivir miles de millones de años.

Sabemos que, el Universo, en sus comienzos, produjo enormes cantidades de partículas de materia y de antimateria, y la cantidad de la una y de la otra no era iguales, no sabemos por qué razón, las partículas positivas eran más que las negativas. Es decir, la materia era superior a la antimateria. Como ambas se destruyen al interaccionar, finalmente, prevaleció la materia que conforma las estrellas y los mundos y todos los objetos presentes en las galaxias del Universo. Sin embargo, sospecho que la cosa no es tan sencilla y que, podríamos estar contemplando un universo equilibrado gracias a otro (que no vemos) formado de antimateria y que es, el que hace posible ese equilibrio.

Una vez destruidos todos los protones materia-antimateria, quedó el sobrante de partículas positivas que es la materia de nuestro Universo pero, es lógico pensar que, el suceso era igualado y quedó una parte igual de antimateria que no vemos pero que…¡en alguna parte andará! Incluso en alguna ocasión me ha dado que pensar sobre el hecho de que, esa antimateria que, al fin y al cabo es igual que la materia pero con carga negativa, también genera fuerza gravitatoria y…

No siempre podemos dar una explicación de las cosas que observamos. La mecánica cuántica, por ejemplo, difiere tanto de nuestro mundo cotidiano que parece ser de “otro mundo” y, los objetos que en ella se contemplan tienen un comportamiento extraño y que no se ajustan a lo que nos dice el sentido común.

               ¿Existen en nuestro Universo dimensiones ocultas?

Hemos llegado a imaginar y lo estamos buscando, ese otro universo de más dimensiones del que nos habla la teoría de cuerdas. La teoría es avanzada y tiene problemas que se encuentran dentro de los enunciados de sus propios conceptos. Para desarrollar su formulación es necesario aplicar al menos diez dimensiones y, en algunos casos, se ha llegado hasta un número de veintiséis: sólo vemos tres dimensiones de espacio y una de tiempo, el resto de dimensiones adicionales están enroscadas en el límite de Planck e invisibles para nosotros, ya que en el Big Bang, las dimensiones que podemos ver se expandieron, mientras que las otras permanecieron compactadas. Hay numerosas explicaciones que tratan de decirnos el motivo de que estas dimensiones permanecieran en su estado primitivo, pero ninguna parece muy convincente.

               ¿Sabremos alguna vez comprender la verdadera naturaleza del Universo?

Muchos tienen puestas sus esperanzas en ésta nueva manera de ver el Universo, y a pesar de tántos inconvenientes, cada día que pasa la teoría M tiene más amigos. Parece la única candidata seria a que algún día se convierta en la soñada “Teoría de Todo”. En ella encontramos todas las fuerzas, explica todas las partículas y la materia, allí subyace la relatividad y la mecánica cuántica… ¡también la luz!; todo está allí presente, perfectamente encajado en una perfecta simetría y sin que surjan infinitos sin sentido como ocurre con otras teorías. Es la esperanza de muchos, la llave que necesitamos para abrir la puerta hacia el futuro… Claro que, cuando se denomina “Teoría de Todo”, al menos a mí, me parece algo pretencioso.

Lo cierto es que, en el Universo en que vivimos, nada desaparece; con el paso del tiempo se cumplen los ciclos, todas las cosas evolucionan y se convierten en otras distintas, es un proceso irreversible. Nada se destruye, simplemente cambia y, de esa manera, la materia “inerte” llega a convertirse en materia evolucionada hasta el punto de adquirir “vida” y ser consciente. Todo comienza en lugares como el que abajo podeis contemplar. Ahí se forman y nacen las estrellas que, más tarde, durante la secuencia principal y también al final de sus vidas, crean materiales complejos y regresan a su origen de Nebulosas, mientras la mayor parte del material que la conforma, queda convertida (dependiendo de su masa) en una enana blanca, estrella de neutrones o agujero negro.

La Piel de Zorra, el Unicornio, y el Arbol de Navidad

Las Nebulosas como estas donde el gas hidrógeno es el protagonista al hacer posible el nacimiento de nuesvas estrellas mediante la compleja unión del gas con nubes de polvo creando intensas zonas de radiación ultravioleta que ionizan toda la región circundante, todo ello, forma una amalgama con la rojiza emisión nebular escitada por la energética radiación de las estrellas nuevas que inciden en las oscuras nubes de polvo haciéndolas radiantes hasta formar una azulada nebulosa de reflexión.

En lo concerniente a cambios y transformaciones, el que más me ha llamado siempre la atención es el de las estrellas que se forman a partir de gas y polvo cósmico. Nubes enormes de gas y polvo se van juntando. Sus moléculas cada vez más apretadas se rozan, se ionizan y se calientan hasta que en el núcleo central de esa bola de gas caliente, la temperatura alcanza millones de grados. La enorme temperatura hace posible la fusión de los protones y, en ese instante, nace la estrella que brillará durante miles de millones de años y dará luz y calor. Su ciclo de vida estará supeditado a su masa. Si la estrella es supermasiva, varias masas solares, su vida será más corta, ya que consumirá el combustible nuclear de fusión (hidrógeno, helio, litio, oxígeno, etc) con más voracidad que una estrella mediana como nuestro Sol, de vida más duradera.

¿Cuántas veces habré imaginado estar contemplando, desde un lugar privilegiado, unas de estas formaciones y, ser testigo del surgir de una nueva estrella?  Ahí arriba, en la Imagen está la respuesta a muchas preguntas. De ahí surgen estrellas que hacen posible la existencia de elementos que, como el Carbono, el Nitrógeno y también el Oxígeno y el Hidrógeno (entre otros muchos) están presentes en los mundos que facilitan y hacen posible el surgir de la vida.

Nosotros, la especie humana, inmersos en toda esta grandeza de la que formamos parte, estamos atentos por si la Naturaleza nos habla, y podemos comprender lo que trata de decirnos. Creo que, simplemente nos tenemos que parar para llegar a comprender lo que trata de comunicarnos y, entre las muchas cosas que nos dice, estarán esos mensajes que nos indican el camino que debemos elegir para que, la Humanidad, tenga, al menos, alguna posibilidad de superar lo que se le viene encima. Para lograrlo, entre otras muchas cosas, tenemos mos que encontrar la manera (no de superar) sino de burlar a la velocidad de la luz, para escapar de algunos acontecimientos anunciados para nuestro futuro y, algún otro que, sin que esté a la vista, nos podría echar encima en cualquier momento.

lo cierto es que, la única respuesta que podemos dar hoy a tantas preguntas que no podemos contestar es que,  el Universo que nos acoge y las leyes naturales que lo rigen, donde estamos sometidos a unas fuerzas y unas constantes universales de las que la velocidad de la luz en el vacio es una muestra, nunca podrá ser modificado por nada de lo que nosotros podamos hacer y, en esas circunstancias, lo mejor será adaptarse a él y, si el caso llega y nuestra inteligencia lo consigue…escapar cuando algún momento fatal se acerque.

File:Military laser experiment.jpg

Si hemos sabido utilizar los fotones para conseguir esos rayos láser… ¿por qué no podríamos lograr otras maravillas que nos permitan ir más allá de lo que ahora podemos imaginar? Hasta hace muy pocos años la Gravitación y la Mecánica Cuántica eran dos campos de la Física Teórica que utilizaban metodologías muy distintas y que estaban prácticamente desconectados entre sí. Por una parte, la interacción gravitatoria está descrita por la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que es una teoría clásica (es decir, no cuántica) en la que la Gravedad se representa como una propiedad geométrica del espacio y del tiempo. Por otro lado, la mecánica cuántica gobierna el mundo de las partículas atómicas y subatómicas. Su generalización relativista (la Teoría Cuántica de Campos) incorpora los principios de la Teoría Especial Relativista y, junto con el principio gauge, ha permitido construir con extraordinario éxito el llamado Modelo Estándar de la Física de las Partículas Elementales.

Todo eso nos ha proporcionado una serie de conocimientos que nos han traído hasta el siglo XXI en el que, nos encontramos un poco estancados y, el saberlo, nos hace conscientes de que necesitamos nuevos paradigmas, nuevas reglas y nuevas maneras de mirar hacia el futuro. Las viejas teorías han cumplido sobradamente sus cometidos y, están cansadas, piden a grito que vengan otras nuevas que las permitan descansar.

Serán las teorías de cuerdas, serán universos paralelos, teorías luz-luz de energía-masa, o, vaya usted a saber qué nuevas ideas se abrirán paso en el saber de la Humanidad pero, lo cierto es que, es hora de que surjan nuevos modelos, nuevas formas y nuevas ideas que nos lleven hacia el futuro que, de momento, está algo estacionado… a pesar de todo.

emilio silvera

El Universo, las estrellas y nosotros

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo asombroso    ~    Comentarios Comments (2)

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Descubren restos de la materia prima original del Universo
                         Ceverino, Dekel & Primack  (Simulación computacional de nubes de gas prístino)

“Astrónomos de la Universidad de California en Santa Cruz han encontrado, por primera vez, restos de la materia prima original del Universo en nubes de gas que datan de la noche de los tiempos. Estas nubes contienen remanentes absolutamente intactos del gas «limpio» que apareció en los primeros minutos después del Big Bang y que nunca llegó a formar parte de las estrellas. El hallazgo, que aparece publicado en la revista Science, coincide con las predicciones teóricas sobre los orígenes de los elementos en el Cosmos.”

Boticias como esa aparecen de vez en cuando en relación a una u otra cuestión del Universo temprano. Lo cierto es que, hasta donde podemos saber, el material primario del universo fue el hidrógeno, el más sencillo y simple de los elementos que componen la tabla periódica. Hoy día, 13.500 millones de años después, continúa siendo el material más abundante del universo junto al helio.

Esto no es una simulación de la computadora, aquí, en la imagen tomada por el Hubble de la Nebulosa de Orión, podemos ver como en algunas regiones se están formando nuevos sistemas planetarios que, algún día,  dentro de algunos miles de millones de años, hará posible nuevos mundos y nueva vida.

Para hacer posible el surgir de la vida, hacían falta materiales mucho más complejos que el hidrógeno y el helio; materiales demasiado sencillos y sería necesario fabricar otros materiales más complejos que, como el carbono, oxígeno, nitrógeno, boro, azufre… etc, hicieran posible las combinaciones necesarias de materiales diferentes y con propiedades distintas que, mezclados en la debida proporción hicieran una “sopa primordial” o, protoplasma que, al ser bombardeados por radiación ultravioleta y rayos gammas provenientes del espacio, en presencia de agua líquida y en un ambiente muy determinado, diera lugar a la primera célula orgánica que sería la semilla de la vida y que evolucionado a través de miles de millones de años, llegó hasya nosotros y no sabemos donde podrá parar.

El universo tiene la curiosa propiedad de hacer que los seres vivos inteligentes piensen que sus inusuales propiedades son poco propicias para la vida, para la existencia de lo que entendemos como vida, cuando de hecho, es todo lo contrario; las propiedades del universo son esenciales para la vida. Lo que ocurre es que en el fondo tenemos miedo; nos sentimos muy pequeños ante la inmensidad del universo que nos acoge. Sabemos aún muy poco sobre sus secretos, nuestras capacidades son limitadas y al nivel de nuestra tecnología actual estamos soportando el peso de una gran ignorancia sobre muchas cuestiones que necesitamos conocer. El que no sabe teme, el que tiene los conocimientos sabe lo que le espera y puede, en cualquier caso, tratar de buscar una salida.

Cadenas PP

Hemos logrado llegar a saber lo que pasa en las estrellas y qué reacciones nucleares son las responsables de que, materiales como el hidrógeno, se fusionen para convertirlos en Helio mediante las cadenas conocidas como protón-protón, de cuya secuencia dejo arriba una muestra . Claro que siempre nos hicimos esa pregunta: ¿Quién fabricó los materiales necesarios para que nosotros estémos aquí? Ahora, después de mucho, mucho, muchísimo tiempo, la podemos responder y sabemos, que todos los elementos necesarios para la vida fueron “fabricados” en las estrellas .

Ciclo CNO

Las reacciones nucleares después del Hidrógeno-Helio siguen y llega el ciclo CNO que arriba queda escenificado, y, ya tenemos los principales materiales necesarios para la vida que, junto con otros, en menor proporción, conforman nuestros organismos que pudieron surgir en un planeta como el nuestro en condiciones primitivas.

http://maestroviejo.files.wordpress.com/2011/12/tierra_primitiva.jpg

Una atmósfera primitiva evolucionada, la composición primigenia de los mares y océanos con sus compuestos, expuestos al bombardeo continuo de radiación del espacio exterior que llegaba en ausencia de la capa de ozono, la temperatura ideal en relación a la distancia del Sol a la Tierra y otra serie de circunstancias muy concretas, como la edad del Sistema Solar y los componentes con elementos complejos del planeta Tierra, hecho del material estelar evolucionado a partir de supernovas, todos estos elementos y circunstancias especiales en el espacio y en el tiempo, hicieron posible el nacimiento de esa primera célula que fue capaz de reproducirse a sí misma y que, miles de años después, hizo posible que evolucionara hasta lo que hoy es el hombre que, a partir de materia inerte, se convirtió en un ser pensante que ahora es capaz de exponer aquí mismo estas cuestiones. ¡Es verdaderamente maravilloso!

El entorno cambiante en un universo en expansión como el nuestro, a medida que se enfría y envejece (la entropía) es posible que se formen átomos, moléculas, galaxias, estrellas, planetas y organismos vivos. En el futuro, las estrellas agotaran su combustible nuclear y morirán todas. En función de sus masas serán estrellas enanas blancas (como nuestro Sol), estrellas de neutrones (a partir de 1’5 masas sobre hasta 3 masas solares) y agujeros negros a partir de 3 masas solares. Hay un recorrido de historia cósmica en el que nuestro tipo de evolución biológica debe ocurrir bajo esas circunstancias especiales que, en realidad, deben ser comunes en muchas regiones del Universo.

http://www.acatos.es/wp-content/uploads/2009/01/planeta-estrellas.jpg

En cualquier galaxia que podamos encontrar apuntando al cielo profundo con nuestros telescopios, en cualquiera digo, podremos ver las mismas cosas y los mismos escenarios de estrellas azuladas recien nacidas que ionizan las regiones de polvo y gas con sus potentes emisiones ultravioletas.

Lo que conocemos como estrella es una bola de gas luminosa que, durante una etapa de su vida, produce energía por la fusión nuclear del hidrógeno en helio. El término estrella, por tanto, no sólo incluye estrellas como el Sol, que están en la actualidad quemando hidrógeno, sino también protoestrellas, aún en formación y no lo suficientemente calientes como para que dicha combustión nuclear haya comenzado, y también varios tipos de objetos más evolucionados como estrellas gigantes y supergigantes, que están quemando otros combustibles nucleares, o las enanas blancas y las estrellas nucleares, que están formadas por combustible nuclear gastado.

Las estrellas (podemos ver en las Nebulosas),  se forman a partir de enormes nubes de gas y polvo que a veces tienen hasta años-luz de diámetro.  Las moléculas de polvo, unidas a las de los gases, se rozan y se ionizan, se calientan y la  nube comienza a girar lentamente. El enorme conglomerado, poco a poco se va juntando y la temperatura aumenta. Tal enormidad de materia crea una fuerza gravitatoria que hace contraerse la nube sobre sí misma; su diámetro y su temperatura en el núcleo es tal que se produce la fusión de los protones de hidrógeno que se transforman en un material más complejo, el helio, y ese es el momento en que nace la estrella que, a partir de ahí, puede estar miles de millones de años brillando y produciendo energía termonuclear.

“Descubren la estrella más grande del Universo, con una masa de 320 Soles”

¡El gigantesco astro desafía las teorías de los astrónomos sobre la formación estelar!

Aunque de vez en cuando, en la prensa, aparecen nosticias como esta de arriba, lo cierto es que, según se cree, la masa máxima de las estrellas puede rondar las 120 masas solares, es decir, ser 120 veces mayor que nuestro Sol, y por encima de este límite sería destruida por la enorme potencia de su propia radiación. La masa mínima para poder ser una estrella se fija en 0’08 masas solares; por debajo de ella, los objetos no serían lo suficientemente calientes en sus núcleos como para que comience la combustión del hidrógeno y se convertirían en enanas marrones. Las luminosidades de las estrellas varían desde alrededor de medio millón de veces la luminosidad del Sol para las más calientes hasta menos de la milésima de la del Sol para las enanas más débiles. Aunque las estrellas más prominentes visibles a simple vista son más luminosas que el Sol, la mayoría de las estrellas son en realidad más débiles que éste y, por tanto, imperceptibles a simple vista.

Posición de las subenanas calientes en el diagrama HR, que relaciona el color (temperatura) con la luminosidad de las estrellas. Hemos llegado a poder conocer muchos de los secretos que las estrellas escondían y, aquella famosa frase del Presidente de la Real Society de Londres, cuando dijo: “Nunca conoceremos el material del que están hechas las estrellas”, por fortuna, queda ya muy lejos y, desde luego, no fueron proféticas.

Como he dicho antes, el brillo de las estrellas (la luz y el calor) es el resultado de la conversión de masa en energía (E = mc2), por medio de reacciones nucleares, las enormes temperaturas de millones de grados de su núcleo, hace posible que los protones de los átomos del hidrógeno se fusionen y se conviertan en átomos de helio. Por cada kilogramo de hidrógeno quemado de esta manera, se convierten en energía aproximadamente siete gramos de masa. De acuerdo con la famosa ecuación de Einstein, los siete gramos equivalen a una energía de 6’3 × 1014julios. Las reacciones nucleares no sólo aportan la luz y el calor de las estrellas, sino que también producen elementos pesados, más complejos que el hidrógeno y el helio que, posteriormente, son  distribuidos por el universo, cuando al final de la vida de la estrella, esta explota en supernova, lanzando sus capas exteriores al espacio que de esta forma, deja “sembrado” de estos materiales el “vacio” interestelar para que, en regiones de gas y polvo como hemos visto más arriba, se puedan forman sistemas planetarios alrededor de nuevas estrellas.

Claro que no todo es tan sencillo y, muchas de las cosas que podemos ahora contemplar en el Universo gracias a nuestroos avances tecnológicos, son debidas, como la vida misma, a una serie de números que en el Universo están presente y que hacen posible que todo eso suceda. Si las leyes fundamentales y las constantes universales fueran distintas, niuestro universo sería otro universo y, posiblemente nosotros, no estaríamos aquí. El ingenio humano ha podido ir desvelando algunos de esos secretos que el universo esconde y nos dejaron el caminpo abierto para continuar, descorriendo el velo, para poder ver cómo son y producen los hechos que observamos a nuestro alrededor y, gracias a números como éstos:

Mecánica (ecuaciones de Hamilton)

Electrodinámica (ecuaciones de Maxwell)

Mecánica estadística (ecuaciones de Boltzmann)

Mecánica cuántica (ecuaciones de Schrödinger)

Relatividad general (ecuación de Einstein)

Hemos podido llegar a conocer parte de nuestro Universo y estamos tratando de saber, sobre nosotros mismos, ya que, la vida, amigos míos, es el acontecimiento más sobresaliente de los sucedidos a lo largo de los 13.700 millones de años que creemos tiene el universo que nos acoge y en el que hemos podido observar algunas de las maravillas que se producen.

Cuántas veces habremos hablado aquí de las constantes de la naturaleza? Han sido muchas y todas ellas, han estado influidas por el profundo interés que en mí causan estos números misteriosos que hacen del Universo el que nosotros conocemos. Es posible, que en otros universos que pudierann ser, y, en los que las constantes fuesen diferentes a las del nuestro, hubieran nacido muertos y sin vida.

Está claro que este interes que las constantes han despertado, no ha en mí, sino en muchos científicos del mundo, es porque, existen muchas maneras en las que los valores reales de esas constantes ayudan a que sea posible que la vida esté presente en nuestro Universo. Más aún, a veces parece permitir su existencia por un pequeño margen. Su aumentáramos la constante de estructura fina no podría haber átomos y si hacemos mayor la fuerza de la Gravedad las estrellas agotarían sus combustibles muy rápidamente, si reducimos la intensidad de las fuerzas nucleares no habría bioquímica y así sucesivamente.

El número β     \beta := \mu\frac{\partial g}{\partial \mu}    también desempeña un papel en los procesos de generación de energía que alimentan las estrellas. Aquí se une con α para hacer los centros de las estrellas suficientemente caliente como para iniciar reacciones nucleares. Si β fuera mayor que aproximadamente 0,005 α2 entonces no habría estrellas. Si las modernas teorías gauge (cualquiera de las teorías cuánticas de campo creadas para explicar las interacciones fundamentales) de gran unificación están en la vía correcta, entonces α debe estar en el estrecho intervalo entre aproximadamente 1/180 y 1/85; de lo contrario los protones se desintegrarían mucho antes de que las estrellas pudieran formarse.

Pero… las estrellas se formaron

 

 

Y, nosotros, a partir del polvo de estrellas,  y bajo una serie de circunstancias naturales, pudimos llegar hasta aquí haciendo un largo viaje lleno de acontecimientos asombrosos que, partiendo del sencillo hidrógeno pudo hacer el recorrido de elevarse hasta la consciencia del Ser que hoy, puede tener una idea más acertada de su entorno, de lo que pudo pasar y, poder estar trabajando para saber, si su presencia aquí tiene realmente un significado.

 

Claro que, nuestras mentes, se expanden al ritmo del Universo

El Universo se expande pero…, nuestras consciencias también, somos una parte integrante del todo, y como todo lo demás, evolucionamos al ritmo que el Universo nos impone, de tal manera que cada vez comprendemos con menor dificultad los mecanismos que llevan a todas las cosas a cambiar, a convertirse en otras diferentes de lo que originalmente eran, y, con el paso inexorable del Tiempo, nuestras mentes quedarán unidas, de manera inexorable, a ese todo. Entonces, y sólo entonces, podríamos decir que:

¡Tenemos el mundo en las manos!

¡Qué somos señores del Espacio!

Pero para que eso sea cierto, para que eso llegue a ocurrir, tendrá que transcurrir mucho de “nuestro tiempo” que no es el Tiempo del Universo. El nuestro es más corto, nosotros no podemos tener por delante miles de millones de años y, si el “poco tiempo” que se nos ha concedido, no lo sabenmos aprovechar… ¡Mal irán las cosas! Tendremos que pensar que todos, finalmente, estamos hechos de pura luz, el estado más alto que la materia puede adquirir, es decir, energía pura y, si podemos llegar a comprender eso… Entonces amigos míos, posiblemente tengamos alguna esperanza para el futuro.

Podemos parecer igsignificante en las extrañas de la Tierra y, comparado con el Inmenso Cosmos… ¿qué podríamos parecer? ¿Bacterias?

Sin embargo, esa impresión es engañosa, y, a pesar de nuestras aparentes insignicantes medidas, llevamos algo dentro de nosotros que no se puede medir: El Cerebro que genera la Mente y esta las ideas y la Imaginación que, es, casi tan grande como el Universo mismo.

Pero, mi recomendación es que nunca, nos creámos dioses que, son personajes de la ficción ignorante. Con los pies puestos en el suelo, con la mente clara y de la mano de la Ciencia. Debemos seguir el camino que nos indican esas leyes que hemos llegado a descubrir y, de ser posible, descubrir otras nuevas más avanzadas que nos lleven hasta el verdadero universo que aún, no conocemos. Será la única manera de conocernos a nosotros mismos.

emilio silvera

¡La vida en otros mundos!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (52)

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A todos los enamorados de la Astronomía nos ha subyugado siempre la idea de que puedan existir otros mundos que, como la Tierra, estén llenos de vida, y, no pocas veces, nuestros pensamientos nos llevan hacia ciudades exóticas situadas en mundos lejanos, donde sus habitantes, habiendo logrado un nivel de conocimiento muy superior, llevan una vida alejada de polémicas y guerras estériles. Mundos así, han sido dibujados por nuestras mentes en múltiples ocasiones. Sin embargo, no han sido los únicos, también, en nuestros pensamientos, han tenido cabida otros mundos de lúgubre conformación física y que, habitado por seres de mentes enrevesadas, tratan de llegar a la Tierra para apoderarse de nuestras riquezas y destruir a la Humanidad, o, en el mejor de los casos, esclavizarla.

Habrá mundos por ahí fuera con mariposas como las de la Tierra y diferentes también. Decir que no, sería arriesgado, decir que sí… una conjetura pero, sin embargo, no decir nada… ¡Es tan poco arriesgado!

Son cuestiones que nos hemos planteado y que, conociendo la realidad del Universo que nos acoge, ambas, podrían ser una realidad. Decir qué mundos pueden estar ahí fuera, es fácil: Todos los mundos que podamos imaginar. Decir que clase de seres podríamos encontrarnos en ellos, es fácil: Todos los que podamos imaginar y, muchos más.

Cuando la Ciencia creció también lo hizo el materialismo, y con él la creencia en una pluralidad de mundos.

Toda clase de maravillas nos pueden esperar ahí fuera, en la diversidad de mundos que, cuando seámos mayores y vayamos al espacio, nos podremos encontrar. Mientras tanto, tenemos que dejar volar nuestra imaginación para que nos muestre mundos soñados que podrían ser.

En Inglaterra, en el año 1636, un clérigo protestante llamado John Wilkins publicó un libro en el que conjeturaba que la Luna era habitable. Descartes, cuya teoría de los torbellinos cósmicos prefiguró algunos aspectos de la Gravitación universal de Newton se preguntaba si “en otras partes no existirán innumerables criaturas de cualidades superiores a las nuestras”. Pero ningún autor hizo más por dar al concepto de universo diversificado y fértil una sensación de deleite que el joven cartesiano francés Bernard de Fontanelle, cuya obra Conversaciones sobre la pluralidad de los mundos que fue publicada en 1686 y consiguió tener fascinados a muchos lectores desde entonces.

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Hay números mágicos que no tienen dimensión

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (7)

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Si vamos hacia atrás en el tiempo y estamos rememorando los avances que la Humanidad logró en los últimos tiempos, caigo en la cuenta de que, poco a poco hemos sido capaces de identificar una colección de números mágicos y misteriosos arraigados en la regularidad de la experiencia.

¡Son las constantes de la Naturaleza!

Dan al Universo su carácter distintivo y lo hace singular, distinto a otros que podría, nuestra imaginación, inventar.

Estos números misteriosos, a la vez que dejan al descubierto nuestros conocimientos, también dejan al desnudo nuestra enorme ignorancia sobre el Universo que nos acoge.  Pues, las medimos con una precisión cada vez mayor y modelamos nuestros patrones fundamentales de masa y tiempo alrededor de su invariancia, no podemos explicar sus valores.

Nunca nadie ha explicado el valor numérico de ninguna de las constantes de la Naturaleza. ¿Os acordáis del 137? Ese número puro, adimensional que guarda los secretos del electrón (e) de la luz (c) y del cuanto de acción (h).

Hemos descubierto otras nuevas, hemos relacionado las viejas y hemos entendido su papel crucial para hacer que las cosas sean como son, pero la razón de sus valores sigue siendo un secreto profundamente escondido.

Buscar esos secretos profundamente ocultos, implica que, necesitamos desentrañar la teoría más profunda de todas y la más fundamental de las leyes de la Naturaleza: Definir si las constantes que las definen están determinadas y conformadas por alguna consistencia lógica superior o si, por el contrario, sigue existiendo un papel para el azar.

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