lunes, 18 de febrero del 2019 Fecha
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Fuerzas invisibles que inciden en nuestras vidas

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El saber: ¡Ese viaje interminable!    ~    Comentarios Comments (0)

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Es ampliamente sabido que el planeta Tierra actúa como un gran imán cuyas líneas de campo geomagnético surgen de un polo (el polo sur magnético) y convergen en el otro polo (polo norte magnético). El eje longitudinal de este imán tiene una desviación de aproximadamente 11^o con respecto al eje de rotación. Por ello, los polos del campo magnético generado no coinciden exactamente con los polos geográficos.

Este campo geomagnético es producido por la combinación de varios campos generados por diversas fuentes, pero en un 90% es generado por la exterior del núcleo de la Tierra (llamado Campo Principal o “Main Field”).

Por otra , la interacción de la ionosfera con el viento solar y las corrientes que fluyen por la corteza terrestre componen la mayor del 10% restante. Sin embargo, durante las tormentas solares (eventos de actividad solar exacerbada) pueden introducirse importantes variaciones en el campo magnético terrestre.

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        Las grandes tormentas solares inciden sobre nosotros y nuestras obras

Las fuerzas magnéticas y eléctricas están entrelazadas. En 1873, James Clerk Maxwell consiguió formular las ecuaciones completas que rigen las fuerzas eléctricas y magnéticas, descubiertas experimentalmente por Michael Faraday. Se consiguió la teoría unificada del electromagnetismo que nos vino a decir que la electricidad y el magnetismo eran dos aspectos de una misma cosa.

La interacción es universal, de muy largo alcance (se extiende entre las estrellas), es bastante débil. Su intensidad depende del cociente entre el cuadrado de la carga del electrón y 2hc (dos veces la constante de Planck por la velocidad de la luz). Esta fracción es aproximadamente igual a 1/137’036…, o lo que llamamos α y se conoce como constante de estructura fina.

En general, el alcance de una interacción electromagnética es inversamente proporcional a la masa de la partícula mediadora, en este caso, el fotón, sin masa.

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Muchas veces he comentado sobre la interacción gravitatoria de la que Einstein descubrió su compleja estructura y la expuso al mundo en 1915 con el de teoría general de la relatividad, y la relacionó con la curvatura del espacio y el tiempo. Sin embargo, aún no sabemos cómo se podrían reconciliar las leyes de la gravedad y las leyes de la mecánica cuántica (excepto cuando la acción gravitatoria es suficientemente débil).

La teoría de Einstein nos habla de los planetas y las estrellas del cosmos. La teoría de Planck, Heisemberg, Schrödinger, Dirac, Feynman y tantos otros, nos habla del comportamiento del átomo, del núcleo, de las partículas elementales en relación a estas interacciones fundamentales. La primera se ocupa de los cuerpos muy grandes y de los efectos que causan en el espacio y en el tiempo; la segunda de los cuerpos muy pequeños y de su importancia en el universo atómico. Cuando hemos tratado de unir ambos mundos se produce una gran explosión de rechazo. Ambas teorías son (al menos de momento) irreconciliables.

  • La interacción gravitatoria actúa exclusivamente sobre la masa de una partícula.
  • La gravedad es de largo alcance y llega a los más lejanos confines del universo conocido.
  • Es tan débil que, probablemente, nunca podremos detectar esta fuerza de atracción gravitatoria dos partículas elementales. La única razón por la que podemos medirla es debido a que es colectiva: todas las partículas (de la Tierra) atraen a todas las partículas (de nuestro cuerpo) en la misma dirección.

Todavía estamos buscando a la partícula mediadora de la fuerza Gravitatoria que une a toda la materia del universo, sea cual fuese la forma que pueda adoptar. Gases, líquidos, materia sólida y plasmas… ¡Todo está sometido a la fuerza de Gravedad! También las formas de vida que conocemos están sometidas a las cuatro fuerzas fundamentales del Universo y a sus constantes.

La partícula mediadora de la fuerza de Gravedad es el hipotético gravitón. Aunque aún no se ha descubierto experimentalmente, sabemos lo que predice la mecánica cuántica: que tiene masa nula y espín 2.

La ley general para las interacciones es que, si la partícula mediadora tiene el espín par, la fuerza cargas iguales es atractiva y entre cargas opuestas repulsiva. Si el espín es impar (como en el electromagnetismo) se cumple a la inversa.

Pero antes de seguir profundizando en estas cuestiones hablemos de las propias partículas subatómicas, para lo cual la teoría de la relatividad especial, que es la teoría de la relatividad sin fuerza gravitatoria, es suficiente.

Si viajamos hacia lo muy pequeño tendremos que ir más allá de los átomos, que son objetos voluminosos y frágiles comparados con lo que nos ocupará a continuación: el núcleo atómico y lo que allí se encuentra. Los electrones, que vemos “a gran distancia” dando vueltas alrededor del núcleo, son muy pequeños y extremadamente robustos. El núcleo está constituido por dos especies de bloques: protones y neutrones. El protón (del griego πρώτος, primero) debe su al hecho de que el núcleo atómico más sencillo, que es el hidrógeno, está formado por un solo protón. Tiene una unidad de carga positiva. El neutrón recuerda al protón como si fuera su hermano gemelo: su masa es prácticamente la misma, su espín es el mismo, pero en el neutrón, como su propio da a entender, no hay carga eléctrica; es neutro.

La masa de estas partículas se expresa en una unidad llamada mega-electrón-voltio o MeV, para abreviar. Un MeV, que equivale a 106 electrón-voltios, es la cantidad de energía de movimiento que adquiere una partícula con una unidad de carga (tal como un electrón o un protón) cuando atraviesa una diferencia de potencial de 106 (1.000.000) voltios. Como esta energía se transforma en masa, el MeV es una unidad útil de masa para las partículas elementales.

La mayoría de los núcleos atómicos contienen más neutrones que protones. Los protones se encuentran tan juntos en el interior de un núcleo tan pequeño que se deberían repeles sí fuertemente, debido a que tienen cargas eléctricas del mismo signo. Sin embargo, hay una fuerza que los mantiene unidos estrechamente y que es mucho más potente e intensa que la fuerza electromagnética: la fuerza o interacción nuclear fuerte, unas 102 veces mayor que la electromagnética, y aparece sólo hadrones para mantener a los nucleones confinados dentro del núcleo. Actúa a una distancia tan corta como 10-15 metros, o lo que es lo mismo, 0’000000000000001 metros.

La interacción fuerte está mediada por el intercambio de mesones virtuales, 8 gluones que, como su mismo indica (glue en inglés es pegamento), mantiene a los protones y neutrones bien sujetos en el núcleo, y cuanto más se tratan de separar, más aumenta la fuerza que los retiene, que crece con la distancia, al contrario que ocurre con las otras fuerzas.

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La luz es una manifestación del fenómeno electromagnético y está cuantizada en “fotones”, que se comportan generalmente como los mensajeros de todas las interacciones electromagnéticas. Así mismo, como hemos dejado reseñado en el párrafo anterior, la interacción fuerte también tiene sus cuantos (los gluones). El físico japonés Hideki Yukawa (1907 – 1981) predijo la propiedad de las partículas cuánticas asociadas a la interacción fuerte, que más tarde se llamarían piones. Hay una diferencia muy importante los piones y los fotones: un pión es un trozo de materia con una cierta cantidad de “masa”. Si esta partícula está en reposo, su masa es siempre la misma, aproximadamente 140 MeV, y si se mueve muy rápidamente, su masa parece aumentar en función E = mc2. Por el contrario, se dice que la masa del fotón en reposo es nula. Con esto no decimos que el fotón tenga masa nula, sino que el fotón no puede estar en reposo. Como todas las partículas de masa nula, el fotón se mueve exclusivamente con la velocidad de la luz, 299.792’458 Km/s, una velocidad que el pión nunca puede alcanzar porque requeriría una cantidad infinita de energía cinética. Para el fotón, toda su masa se debe a su energía cinética.

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    Una de las fuentes productoras de rayos cósmicos es el Sol

Los físicos experimentales buscaban partículas elementales en las trazas de los rayos cósmicos que pasaban por aparatos llamados cámaras de niebla. Así encontraron una partícula coincidente con la masa que debería tener la partícula de Yukawa, el pión, y la llamaron mesón (del griego medio), porque su masa estaba comprendida la del electrón y la del protón. Pero detectaron una discrepancia que consistía en que esta partícula no era afectada por la interacción fuerte, y por tanto, no podía ser un pión. Actualmente nos referimos a esta partícula con la abreviatura μ y el de muón, ya que en realidad era un leptón, hermano gemelo del electrón, pero con 200 veces su masa.

emilio silvera

¿Que es la Vida? ¿Dónde reside su origen?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo y la Vida    ~    Comentarios Comments (0)

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La Gran Fuente Prismática del Parque Nacional Yellowstone

Ciertamente, y así lo hemos podido constatar, en casi todos los rincones y grietas de este viejo mundo podemos encontrar formas de vida de una u otra conformación y están presentes en mil ambientes dispares y antagónicos, se nos presentan llenas de vida en una fantástica variedad de tamaños, formas, colores, sonidos  y olores. No pocas veces nos hemos preguntado aquí y se preguntaron sabios de la atigüedad: ¿Cómo empezó todo? ¿Evolucionaron todos los seres vivos a partir de una única molécula que contenía carbono, o a partir de varias moléculas diferentes, formadas sobre la Tierra con independencia las unas de otras? Claro que también está la posibilidad de que el germen de la vida, vieniera del espacio exterior en forma de esporas que aquí pudieron germinar. Lo cierto es que nadie puede decir que conoce la respuesta.
Lo único que tenemos claro es la importancia de estrellas y planetas y las transiciones de fase que se producen en la materia para llegar a poder alcanzar el nivel que conocemos como formas de vida que, sin importar en qué fase se puedan encontrar las distintas variedades, todas ellas, de alguna u otra manera, son motivo de asombro por las maravillas que para poder seguir viviendo en nuestro mundo, tienen que realizar llevando a cabo adaptaciones al medio que nos resultan inimaginables y, de tal manera es así que, sabiendo eso, sería una locura negar la presencia de vida en otros mundos.
Por primera vez en la Historia se ha podido acumular información suficiente en los ámbitos de la Biología, la Química y la Física y, no podemos dejar de lado la Geología,  que nos dan argumentos muy serios para justificar especulaciones muy firmes sobre el origen de la vida y, también, en los lugares que la podríamos encontrar.
Los tipos comunes de la tierra incluyen las aguas termales, las fumarolas y los géiseres. Relativo a las dimensiones del mar profundo, las áreas alrededor de las fuentes hidrotermales son biológicamente productivas, a menudo hospedando comunidades complejas alimentadas por los químicos disueltos en los fluidos que emiten.
La mayoría de los Bioquímicos y Geólogos de hoy están convencidos de que la vida sobre la Tierra empezó, hace algunos miles de millones de años, con la aparición en sus primitivos mares de una o más moléculas que contenían carbono, de algo parecido al ácido nucleíco, combinado tal vez con algo semejante a una proteína, y capaz de autoduplicarse. La aparición de dicha molécula (o moléculas) no requiere, según piensan estos científicos, la intervención de ningún poder sobrenatural, sino que es, un mecanismo de la Naturaleza que desemboca en esa inimaginable maravilla. Se puede explicar de manera muy satisfactoria mediante la aplicación de las leyes se la Física, combinadas con las leyes matemáticas del Azar, de probabilidades posibles dentro de los muchos multi-escenarios presentes en una inmensa diversidad que ofrece el Universo.
No podemos evitar (aunque me gustaría) que este punto de vista disguste a cierto númerode creyentes religiosos que creen, de manera ciega imbuida por la fe profunda que profesan, que fue un Creador, el que hizo posible la presencia de la vida en la Tierra, y, para ellos dejo constancia aquí de mi profundo respeto hacia esos pensamientos que, aunque no compartidos, si en cambio son por mí comprendidos.
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En algún momento del pasado de la Tierra, estimado en aproximadamente 2.500 – 3.500 millones de años, tuvo lugar lo que denominamos revolución oxigénica, durante la cual las cianobacterias produjeron tanto oxígeno que la atmósfera y los océanos quedaron literalmente saturados de este nuevo compuesto químico. Tal producción de oxígeno afectó drásticamente a la biósfera del planeta. Antes de la revolución oxigénica, pocos organismos estaban adaptados para vivir en presencia de oxígeno abundante; las moléculas de oxígeno actuaban como un veneno, reaccionando con las moléculas orgánicas complejas y degradándolas. Debido a esto, la mayor parte de la vida existente en ese momento debió quedar exterminada; las cianobacterias serían responsables de una gran extinción masiva.

Por otro lado, los elevados niveles de oxígeno que se acumularon en la atmósfera dieron como resultado una capa de ozono, de vital importancia para la vida como la conocemos ahora. El ozono filtra los perniciosos rayos ultravioletas, que tienen un efecto especialmente perjudicial para los ácidos nucleicos, impidiendo que lleguen a la superficie de la Tierra. Si lo miramos desde esa perspectiva, es muy probable que el desarrollo de la vida fuera de los océanos y más aún, de toda la vida como la conocemos, incluso la nuestra, haya sido posible solo gracias a la capa de ozono, y por ende, a las cianobacterias que aportaron el abundante oxígeno para generarla.

En los lugares más inhóspitos, donde materiales pesados contaminan las aguas, donde el PH es tan alto que imaginar la presencia de vida sería imposible… Y, sin embargo, ahí está presente, se nutre de minerales y consume veneno. Sin embargo, clases de vida son que, deja sin argumento a los posibles detractores de la vida en lugares remotos del espacio exterior. Si la vida está aquí ?qué motivos podemos esgrimir negar su presencia en otros lugares de parecido corte? Si la Naturaleza ha creado un mundo lleno de partículas subatómicas y ondas que funcionan obedeciendo a las leyes fundamentales y matemáticas-físicas de un universo en expansión evolutiva, ¿quién puede asegurar que, de la misma manera, no haya creado los mecanismos necesarios que, de la misma que se forman estrellas en las Nebulosas, se puedan formar toda clase de formas de vida en los mundos que las orbitan?
En realidad, nosotros, simplemente somos una pequeña ramita del árbol de la vida. Hoy en día, es defícil encontrar algún bioquímico o geólogo, incluso entre los religosos (que no sean fanáticos), que pueda abrigar la menor duda acerca de las lineas maestras de la teoría de la evolución. Existen discrepancias en los detalles, pero ninguna sobre los aspectos generales y esenciales. Cuando un organismo vivo produce una copia de sí mismo, ésta es casi siempre perfecta, pero no lo es en todos los casos. Existen agentes exteriores que pueden, de alguna manera, incidir en la presentación de anomalías si inciden sobre el nucleo de la hélice del ácido nucleico de algún de radiación (como la luz ultravioleta que proviene del Sol, los rayos cósmicos, o la radiación que procede de sustancias radiactivas de la propia Tierra) que hace que sus átomos queden dispuestas de manera ligeramente diferentes y sean proclives a la mutación.
No todas las mutaciones son perjudiciales y, cuando son beneficiosas, el mutante y su descendencia tienen las mejores posibilidades de supervivencia. Así, la “selección naturtal” produce cambios que permanecen durante largos períodos de tiempo, y dan lugar a la aparición de nuevas especies que se adaptan al entorno cambiante que exige, de esas mutaciones. La evolución es, sencillamente, el proceso por el cual el “Azar” -mutaciones aleatorias- coopera con la leyes de la Naturaleza para formas de vida mejores y mejor adaptadas al medio que nunca será permanente y, si los seres vivos no cambias: ¡Les espera la extinción!
           Los componentes de la vida están resparcidos por todo el Universo
Claro que, si creemos que la vida es ciudadana del universo sin fronteras, no debemos perder de vista la Panspermia, esas esporas viajeras que llegan a los mundos y en ellos, se posan y dejan pasar el tiempo para que, las condiciones locales, las radiaciones exteriores y propias del lugar, hagan su trabajo para que, con el tiempo suficiente por delante, puedan emerger y crecer hasta llegar a conformar seres con ideas y pensamientos. Como nos decía Einstein: “El Universo es igual en todas partes”. Y, si eso es así (que lo es), en todas las regiones del universo por muy alejadas que éstas puedan estar, rigen las mismas leyes y fuerzas fundamentales, brillan las estrellas de la secuencia principal de la misma manera para dar luz y calor a los mundos que, en las apropiadas condiciones, albergaran las formas de vida que su entorno pueda permitir.
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  Arriba podemos contemplar el remanente de Supernova que conocemos con el nombre de Nebulosa del Cangrejo
La explosión de una estrella masiva, al final de su ciclo en la secuencia principal, hace que aparezca lo que conocemos como Supernova. El material exterior de la estrella primitiva sale eyectado al espacio interestelar a una velocidad apreciable y forma una Nebulosa de incluso años luz de diámetro. Los materiales sencillos y simples se convierten, en ese proceso, en materiales complejos y más pesados. La estrella origen del suceso, según sea su masa primitiva, será una estrella de Neutrones o un agujero negro. Los remanentes que podremos ver muchos años después del suceso, serán filamentos de plasma creados por diversos elementos.
De la misma manera que las estrellas se transforman, también ocurre, de forma similar, con la materia inerte que, bajo ciertas condiciones  especiales, puede llegar a transformarse en materia viva. El salto es descomunal. ¡Desde la materia inerte a los pensamientos!
Mirando este gráfico sobre la evolución de la vida en nuestro planeta y observando nuestra muy reciente aparición en la historia de este proceso, hemos llegado al surgir de la vida -en el contexto temporal del universo- hace muy poco tiempo, y, sin embargo, nos hemos apropiado del planeta y nos creemos los “reyes del mundo”, en realidad, somos un eslabón más en la evolución de la vida. ¿Qué vendrá después de nosotros?
                   Nuestra ignorancia nos llevó siempre a especular con el origen de la vida en nuestro planeta
Podemos concluir diciendo que, hace 5.000 millones de años nacía nuestra estrella, el Sol. Luego, hace 4.600 millones de años se formaron planetas, entre ellos nuestra querida Tierra. Según el fósil, la vida se origino poco después, hace aproximadamente 4.000 millones de años. Los relámpagos y la luz ultravioleta del Sol descomponían las moléculas ricas en hidrógeno de la atmósfera, estas a su vez se reorganizaban espontáneamente produciendo moléculas más y más complejas convirtiendo a los mares primitivos en una verdadera sopa orgánica. Los cometas, asteroides y meteoritos aportaron mucha agua y muchos compuestos químicos orgánicos que fueron esenciales para el posterior desarrollo de la vida en la Tierra. Algunos científicos especulan inclusive que las primeras formas de vida en nuestro planeta, las bacterias, llegaron transportadas en el interior acuoso de los cometas. Otra posibilidad que no se puede ignorar es que esas primeras bacterias hallan llegado a bordo de meteoritos provenientes de Marte en épocas en las cuales el planeta rojo era muy parecido a la Tierra.

La Tierra desde el espacio

Mientras seguimos investigando sobre lo que la vida es, amigos míos, procuremos preservar su cuna: ¡La Tierra! Este “mar” de tranquilidad y perfecta simetría en el que se producen los precisos sucesos para que todo siga igual. Movimientos tectónicos, erupciones volcánicas, terremotos…Todo tiene un por qué y, me estoy oliendo que ese por qué, tiene mucha relación con el hecho de que la Vida, siga presente aquí, en un planeta privilegiado que, situado en la parte interior del Brazo de Orión, a 30 000 años-luz del Centro Galáctico, hace posible que eso que llamamos vida, persista y siga evolucionando para que observe el Universo y llegue a comprenderlo.

¡Cuánto trabajo nos queda por delante!

La pregunta que nos ha llevado siempre de cabeza en relación al Origen de la Vida, no ha podido ser contestada todavía con la certeza científica que todos deseamos. Mucho se ha investigado y los avances y logros del conocimiento humano sobre lo que la vida es, ha dado un gran paso hasta el punto de que en la actualidad podemos estar seguros de muchas cosas relacionadas con la vida y, continuamos uniendo los hilos y atando los cabos sueltos que nos lleven a saber cómo pudo surgir la vida en nuestro planeta y, sobre todo, comprender los procesos que durante miles de años se han producido con ayuda de agentes externos para que, esa evolución, fuese posible.

Desde que el Ser Humano comenzara a pensar, siempre ha estado de actualidad la temática y la inquietante pregunta: ¿De dónde y cómo pudo surgir la vida en nuestro planeta? Desde las brumas de la mitología, hasta los orígenes de la Ciencia hemos estado batallando con esa inquietante pregunta y, según creo, así seguiremos hasta la consumación de los siglos, toda vez que, mientras no lleguemos al nivel más alto que la vida tiene destinado, es decir, ¡convertirse en pura luz! ¡Fundirse con la energía del universo! Hasta entonces, no llegaremos a comprender lo que la vida es.

emilio silvera