lunes, 17 de enero del 2022 Fecha
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¡La Naturaleza! ¿Será igual en todas partes?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en La Naturaleza...El Universo    ~    Comentarios Comments (0)

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¿Estamos ahora en condiciones de comprender por qué, si existieran animales en otros planetas capaces de moverse a través de sus mares, de su atmósfera o de sus tierras, sería muy probable que, también ellos, tengan simetría bilateral? En otro planeta, igual que en la Tierra, atuarían los mismos factores que darían lugar a la mencionada simetría. La Gravedad produciría diferencias esenciales entre arriba y abajo, y la locomoción originaría marcadas diferencias entre frente y dorso. La ausencia de asimetrías fundamentales en el entorno permitiría que la simetría izquierda derecha de los cuerpos permaneciera inalterada.

      La bailarina se desplaza con gracia y agilidad gracias a la asimetría izquierda derecha que posee

¿Podemos ir más allá? ¿Podemos esperar semejanzas más concretas entre la vida extraterrestre y la vida tal como la conocemos? Creo que sí, que de la misma manera que existen planetas como la Tierra que tendrán paisajes parecidos a los que podemos contemplar en nuestro mundo, de igual forma, dichos planetas podrán albergar formas de vida que, habiéndo surgido en condiciones similares a las nuestras de Gravedad, Magnetismo, Radiación… Habrán seguido el mismo camino que tomamos nosotros y los otros seres que en la fauna terrestre nos acompañan.

También las extrañas cristuras abisales pueden disfrutar de simetrías izquierda derecha para poder desenvolverse en su medio

En los extraños mares de otros planetas, sin tener en cuenta la composición química, es difícil imaginar que la evolución de lugar a una forma más sencilla de locomoción que la que se produce ondulando colas y aletas. Que la propia evolución encontraría este tipo de propulsión viene avalado por el hecho de que, incluso en la Tierra, esta evolución se ha produción de manera totalmente espontánea e independiente. Los peces desarrollaron la propulsión cola-aleta; después, ellos mismos evolucionaron hasta convertirse en tipos anfibios que se arrastraban por tierra firme hasta llegar a ser reptiles.

Ornitorrinco: ¿Mamífero, Ave o Reptil? Lo cierto es que, sin movernos de aquí, podemos ver los mismos extraños animales que nos podríamos encontrar en cualquier lugar situado en lejanos sistemas planetarios alumbrados por otras estrellas distintas a nuestro Sol. Allí como aquí en la Tierra, las mismas leyes, las mismas fuerzas, los mismos principios y los midsmos ritmos que el Universo impone por el inmenso Cosmos, estarían presentes.

Algunos  reptiles fueron evolucionando y dieron lugar a a los mamíferos. Pero cuando algunos de estos últimos regresaron al mar (los que luyego han sido ballenas y focas, por ejemplo), sus piernas volvieron a evolucionar hacia las formas de las aletadestinadas a la propulsión por el medio acuatico y a la navegación.

De la misma manera, cuesta imaginarse una manera más sencilla de volar por el aire que no sea utilizando las alas. De nuevo, también en la Tierra ha habido una evolución independiente y paralela de las alas. Los reptiles las desarrollaron a causa de la evolución, y llegaron a volar.


Los Pterodáctilos desaparecieron hace unos 100 millones de años pero eran simétricos


Lo mismo hicieron los insectos. Algunos mamíferos, como la ardilla voladora, desarrollaron alas para planear. El murciélago, otro mamífero, desarrolló unas alas excelentes. Algunas especies de peces, que saltan por encima del agua para evitar ser capturadas, se han provisto de alas de planeo.

                                 ¡La Naturaleza! ¿Qué no será posible para ella?

En tierra firme, ¿existe algún modelo más sencillo por el cual un animal puede desplazarce que no sea mediante apendices articulados? Las patas de un perro, desde el punto de vista mecánico, no se diferencian demasiado de las de una mosca, pese a haber sufrido evoluciones completamente independientes una de otra. Evidentemente, la rueda es también, una máquina muy sencilla, útil para desplazarce por tierra, pero hay buenas razones técnicas que dificultan su evolución.

Recuerdo haber visto con los chicos cuando eran pequeños, aquella película en la que L. Frank Baum, en Ozma de Oz, inventó una raza de hombres, llamada “los rodadores” , con cuatro piernas como un perro pero que, cada una de ellas terminaba con una ruedecilla que les hacía correr velozmente para causar el pánico en la pequeña protagonista de la fantástica historia. Y, de la misma manera, si nos paramos a observar la Naturaleza y las criaturas que en ella han llegado a sugir, el asombro de tan fantástico logro, nos llega a dejar sin habla.

Pese a que ningún animal utiliza ruedas para autopropulsarce a través del suelo o del aite, sí existen bacterias que se mueven por los líquidos haciendo rodar sus flagelos a modo de propulsores.

Existen mecanismos de rotación en el interior de las células para esparcir filamentos retorcidos de ADN. Algunos aniumales unicelulares se desplazan a través del agua haciendo que ruede todo su cuerpo. Si estudiamos el mundo microscópico de esos infinitesimales seres, nos quedaríamos maravillados de la inmensa diversidad de mecanismos que utilizan para poder realizar sus actividades cotidianas.

Órganos sensoriales como los ojos y nariz también deben ser como son si la vida evoluciona hacia algún tipo de actividad inteligente avanzada. Las ondas electromagnéticas son ideales para dar al cerebro un cuidadoso “mapa” del mundo exterior. Las ondas de presión, transmitidas por moléculas, proporcionan pistas adicionales de gran valor sobre el entorno, y son captadas por los oídos. Las moléculas emanadas por una sustancia se detectan por la nariz.

                                        Por ahí fuera, cualquier cosa que podamos imaginar… ¡Podría ser posible!

No es imposible que puedan  existan culturas avanzadas extraterrestres inteligentes en las que el olfato y el gusto no sean solamente los sentidos dominantes, sino que también sean los que proporcionan los principales medios de comunicación entre individuos. Hasta hace muy pocos años,  los biólogos no han descubierto que, en especies animales terrestres, se transmite una gran cantidad de información mediante una transferencia directa de sustancias que ahora se denominan feromonas.

Puesto que tanto  la luz como el sonido y las moléculas existen efectivamente en otros planetas, parece que la evolución debería crear también sentidos que explotaran éstos fenómenos como excelente medio de control de las circunstancias de la vida. Aquí en la Tierra, por ejemplo, el ojo no  ha tenido menos de tres desarrollos independientes entre sí: Los ojos de los vertebrados, los ojos de los Insectos y los de las diversas clases de moluscos.

                                                    ¡La Naturaleza! Esa maravilla

El pulpo, por ejemplo, tiene un ojo particularmente bueno (de hecho, en algunos aspectos es mejor que el nuestro); posse párpados, córnea, iris, pupíla, retina igual que el ojo humano, ¡aunque ha evolucionado de forma completamente independiente del ojo de los vertebrados! Es difícil encontrar un ejemplo más sorprendente de cómo la evolución, actuándo según dos líneas de desarrollo desconectadas, puede llegar a crear dos instrumentos nada sencillos que, en esencia, poseen la misma función e idéntica estructura.

Aunque nos parezcan muy diferentes (que lo son), lo cierrto que es que ambos estaríuan hechos de los mismos materiales. ¡Qué extraño resulta asimilar eso! Cuando tan diferentes son los dos seres que arriba podemos contemplar. Sin embargo, en el universo que nos acoge, todos los objetos inanimados o vivientes, todos sin excepción, están hechos de Quarks y Leptones, es decir, de materia bariónica, la que emite luz y radiación, la que podemos ver. Las estrellas y los mundos también están configurados de esas dos minúsculas partículas que forman los átomos de lo que todo esté hecho. ¡Ah! Nosotros, los seres vivos de la Tierra, estamos basados en el Carbono y, estoy casi seguro de que otros seres, situados en mundos lejanos… También.

Los ojos, igual que otros órganos sensoriales, tienen buenas razones para constituir un tipo de cara habitual. En primer lugar, constituye una gran ventaja que ojos, nariz y oídos estén situados cerca de la boca, pués así son de utilidad para buscar alimentos. Asimismo, resulta ventajoso que estén colocados en las proximidades del cerebro: la sensibilidad está allí, y debe reaccionar para conseguir alimentos, eludir peligros y atisbar el mundo que nos rodea transmitiendo, por medio de los sentidos al cerebro, lo que pasa a nuestro alrededor.

El propio cerebro, al evaluar e interpretar los impulsos sensoriales, lo hace mediante redes eléctricas: una especie de microcomputador de inmensa complejidad. Los filamentos nerviosos que conducen los impulsos eléctricos pueden ser esenciales para el cerebro de los seres vivos avanzados (de ello hemos hablado aquí con frecuencia).

Si la vida en otros planetas llega a alcanzar el nivel de inteligencia de nuestra especie en la Tierra, parece probable que tendría al menos, algunos rasgos humanoides. La ubicación de los dedos en los extremos de los brazos reporta, evidentemente, indudables ventajas. De la misma manera y para su seguridad, el valioso cerebro debe estar fuertemente encastado y, además, tan alejado del suelo como sea posible, su seguridad es esencial.

                         Sí, siempre hemos tratado de comunicarnos con seres de otros mundos

Imaginar podemos todo lo que a nuestras mentes pueda acudir, incluso seres con ojos en las puntas de los dedor pero, la Naturaleza es racional, no pocas veces decimos que es sabia y, si pensamos en todo lo que antes hemos heído y visto, no tenemos más remedio que aceptarlo: ¡La Naturaleza es realmente Sabia! y, lo mismo que aquí en la Tierra, habrá sabido conformar criaturas en esos mundos lejanos en los que, la diversidad, será tan abundante como lo es en nuestro propio planeta y, lo mismo que en él, en esos otros mundos estará presente la evolución y la adaptación medio que, en definitiva, son las reglas que rigen cuando la vida está presente.

emilio silvera

La partícula que es materia y antimateria a la vez

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (4)

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Un equipo de EEUU crea una exótica partícula cuya existencia se predijo hace más de 70 años

 

 

Imagen de microscopio del material observado con las nuevas partículas observadas / Princeton
El enigma Majorana

En 1937, un joven y brillante físico italiano llamado Ettore Majorana predijo la existencia de una partícula aparentemente imposible. No tenía carga y, por tanto, podía comportarse a la vez como si estuviese hecha de materia y antimateria. Hacía solo unos años que Paul Dirac, otro joven y brillante físico británico, había explicado la teoría moderna de la antimateria. Esta venía a decir que por cada elemento de materia conocida podía haber un reverso con carga opuesta hecha de antimateria. Así, un electrón tendría su positrón y un protón, su antiprotón. Cuando ambos entraban en contacto se desintegraban de forma violenta dejando escapar un estallido de radiación. La excepción era esa exótica partícula predicha por Majorana. Desde entonces, nadie ha conseguido observarla en la naturaleza. Su falta de carga haría que estas partículas, llamadas fermiones de Majorana, no interactuaran con la materia convencional con lo que serían muy difíciles de detectar. Hoy se piensa que partículas similares podrían ser las que componen la esquiva materia oscura, esa sustancia que compone el 23% del universo sin que nadie aún haya conseguido observarla de forma directa. Un año después de hacer su propuesta, como si fuese uno de sus fermiones indetectables, Ettore Majorana desapareció sin dejar rastro mientras viajaba en un barco hacia Nápoles.

Hoy, un equipo de investigadores de EEUU publica un estudio en el que demuestran haber observado fermiones de Majorana. Tal y como predijo el físico, se trata de partículas que se comportan como si estuviesen hechas de materia y antimateria al mismo tiempo y que serían a la vez una partícula y su propia antipartícula.

“Hemos tomado una imagen directa del fermión de Majorana”

 

El hallazgo no se ha hecho en un gran acelerador de partículas, como en el caso del bosón de Higgs, sino en un experimento controlado con materiales superconductores y observado con un microscopio de efecto túnel, que permite ver un material a nivel atómico. Los investigadores tomaron una finísima tira de hierro de un átomo de ancho y la enfriaron hasta rozar el cero absoluto (-273 grados). Fue entonces cuando, a cada extremo de la cadena, aparecieron los esquivos fermiones de Majorana.

“Hemos tomado una imagen directa del fermión de Majorana usando el microscopio de efecto túnel en lugar de detectar su existencia de forma indirecta”, explica a Materia Ali Yazdani, uno de los investigadores de Princeton autores del hallazgo. Sus resultados se publican hoy en la revista Science. En 2012, otro equipo europeo clamó haber observado los mismos fermiones. Pero su detección no era del todo directa y las señales observadas podían deberse a otras causas. Las nuevas pruebas “dan más más credibilidad” a la creación de partículas de Majorana, señala Llorenç Serra, del Instituto nstituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos (CSIC-UIB).

Ettore Majorana, el gran físico que desapareció misteriosamente

Pero, ¿son estas partículas realmente fermiones como los predichos por el desaparecido Majorana? Es una cuestión que enciende a los físicos que trabajan con detectores como el LHC o en grandes sensores para cazar neutrinos. Estos experimentos pueden observar partículas fundamentales naturales, producidas de forma espontánea en el universo o de forma provocada haciendo chocar protones a velocidades cercanas a la de la luz. Por el contrario, las partículas generadas en experimentos como el de Princeton deben su comportamiento a los átomos que las rodean, en este caso de hierro y plomo. No son partículas elementales sino una variante inferior que los físicos denominan “cuasipartículas”. La gran pregunta ahora es si las propiedades que se observan en estas cuasipartículas se dan también en el mundo de las partículas elementales.

Por ejemplo se piensa que el neutrino, que apenas interactúa con la materia, podría ser a la vez partícula y antipartícula. Esto explicaría cómo pudo surgir un universo como el que conocemos, pero nadie, por ahora, lo ha conseguido demostrar. Otras posibles partículas de Majorana aún no confirmadas y también esenciales para entender el universo serían los neutralinos, que compondrían la materia oscura, otro de los grandes interrogantes de la física actual.

“El hecho de que la naturaleza produzca cuasipartículas de Majorana resulta cuando menos sugestivo de que las partículas elementales que pueden serlo, como el neutrino, también lo serán”, opina Juan José Gómez-Cadenas. Este físico del CSIC dirige un experimento en Canfranc con el que pretende ser el primero en detectar a ese esquivo neutrino que es partícula y su contrario. “Da la impresión de que, también aquí se cumple la regla que dice que la naturaleza siempre opta por que si una cosa es posible, entonces va y la implementa”, resalta.

Yazdani añade que “quizás la clave del estudio sea que demostrar un concepto de forma experimental y con precisión en un sistema te puede dar confianza de que quizás esa misma idea juegue un papel en otro sistema”. Y añade “Esta política de preguntarse ‘¿por qué no? es probablemente la que inspiró a Majorana y ha sido clave en muchos hallazgos científicos”.

Después de 76 años, el destino del propio Majorana sigue siendo un misterio.”

Hasta aquí el arículo de El Pais.

Ettore Majorana (1906-¿1938?) solo publicó 10 artículos científicos, el último de ellos póstumo. Sin embargo, muchos lo comparan con Newton, con Galileo y con los grandes genios del siglo XX. Durante su vida muy pocos se dieron cuenta de su genio, salvo quizás Enrico Fermi (1901-1954), Premio Nobel de Física en 1938 por su teoría de la interacción débil, quien le dirigió la tesis de grado en 1929, y Emilio G. Segré (1905-1989), Premio Nobel de Física en 1959 por el descubrimiento del antiprotón, que fue su profesor en 1928. ¿Por qué Majorana es un mito y está considerado uno de los físicos más importantes e influyentes del siglo XX? Hay un tipo de fermiones que recibe su nombre, los fermiones de Majorana, en pie de igualdad con los fermiones de Dirac. Obviamente, solo un gran genio puede poner su nombre al lado de los de Fermi y Dirac. ¿Realmente Majorana fue uno de los padres de la física del siglo XX?

Las Matemáticas

La historia se articula fundamentalmente entorno a la relación de Ettore Majorana (1906-1938), un joven genio de las matemáticas puras, con el físico Enrico Fermi (1901 – 1954). En su primer encuentro, Fermi entra en un aula donde este joven se encuentra solo, escribiendo en una pizarra (la escena puede verse aquí). “¿Has probado tú esa solución?”, le pregunta. Ettore se vuelve ligeramente para ver a su interlocutor, y al momento sigue escribiendo, respondiendo “Fue difícil al principio, pero sólo fueron cuentas”. Fermi se sonríe con sorna (¿sólo cuentas?), y le pregunta sobre el tiempo que le llevó resolverlo. “Es verdad que me ha llevado bastante. Estuve toda una noche”, responde el joven. Fermi, con un tono un poco más severo, responde: “A nosotros nos llevó una semana. Y éramos tres”. A continuación le pregunta por sus intereses como estudiante. Hace ingeniería, aunque afirma no apasionarle demasiado, y explica cómo ve las cosas:

En realidad me gustan las matemáticas, pero me fastidia que todo el mundo se aproveche de ellas. Físicos, ingenieros, generales de artillería… El esfuerzo de resolver un problema debería bastar por sí mismo – un cálculo perfecto debería ser inmediatamente destruido.

El enigma Majorana

En ese instante, después de volver a echar un vistazo a la pizarra, Fermi comienza a borrarla. “¿Qué hace?”, le pregunta Ettore. “Destruyo un cálculo perfecto”, responde. Entonces Fermi le ofrece un libro, y le pide que elija lo que quiera. Ettore abre por una página al azar, y se lo devuelve. “No es fácil”, responde, pero claro, para eso es el gran Enrico Fermi, no le queda más remedio que resolver el ejercicio en cuestión, que resulta ser una integral definida. La escribe. Es la siguiente:

El enigma Majorana

Mientras Fermi escribe y llena la pizarra de cuentas, Ettore se sienta de espaldas a él sobre la tarima, y escribe en una pequeña libreta (del tamaño de los post-it, aproximadamente). Cuando la cámara muestra lo que ha escrito, mientras Fermi sigue llenando el encerado, vemos la integral, a continuación x = 2cosht, y directamente la expresión de una primitiva (ver la imagen):

El enigma Majorana

y mentalmente, como en otros momentos de la película, pensativo, acaba escribiendo el resultado: 1,21. Ha terminado mucho antes que Fermi, que sigue llenando la pizarra. Sonríe.

El enigma Majorana

Al poco, Fermi termina y exclama “¡Ya está hecho!” Y recuadra la solución, 1,21. Vemos la pizarra en la imagen, tal y como la haría cualquiera (cualquiera que sepa, por supuesto, que un cambio de variable posible para eliminar la raíz cuadrada es trigonométrico; recuérdense para deducir si necesitamos una razón circular o hiperbólica las identidades sen2x + cos2x = 1, o cosh2xsenh2x = 1). Fermi utiliza el teorema del cambio de variable, etc., etc. Entonces Ettore le lanza el cuadernillo para que compruebe cómo llegó a la misma solución en menor tiempo y necesitando menos espacio.

Si uno se toma la molestia de hacer el cálculo (es pesado, pero “non è difficile”, es un ejercicio de primero de ingeniería; perdón, de grado en ingeniería, aunque tal y como se han pensado estos nuevos estudios (que toman su nombre de una ciudad italiana, precisamente), probablemente ya no la haga nadie, y en el mejor de los casos, se la encomienden al ordenador), comprobará que el resultado de la primitiva (al menos el que me sale a mí) es:

El enigma Majorana ,

que en realidad vale 1.205234942 (y esto último sí lo he hecho con el ordenador). Hay un error en el argumento de la arcotangente, y no sabemos quien es esa misteriosa γ, que por más vueltas que le he dado, no se me ha ocurrido. Pero desde luego, pensando en cómo el cine representa las matemáticas, nada que ver con la integral trivialona de la película española comentada el mes pasado.

Adelanto hacia la computación cuántica

Más allá de los misterios del cosmos, la investigación en este campo tiene otra posible aplicación en el terreno de la computación cuántica. Esta disciplina pretende generar ordenadores millones de veces más potentes que los actuales aprovechando las propiedades cuánticas de ciertas partículas. El hecho de que los fermiones generados sean duales, a la vez materia y antimateria, les da una sorprendente estabilidad respecto a su entorno, lo que podría ayudar a usarlos para componer bits cuánticos más manejables que los que actualmente se diseñan basados en electrones, según una nota de prensa difundida por Princeton. “Son unos experimentos muy sólidos, que dan más credibilidad a que la física de partículas Majorana aparece en los sistemas de materia condensada”, opina Llorenç Serra, que investiga los efectos cuánticos de ciertos materiales en el Instituto nstituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos (CSIC-UIB). Serra coincide en que el tipo de materiales usados en este estudio, cadenas de hierro superconductoras, tienen potencial para mejorar la computación cuántica. “La gran ventaja que tienen”, dice, es que los fermiones de Majorana “están deslocalizados en los dos extremos del cable”. Esto, dice, “les hace robustos y un estado cuantico robusto frente a pérdidas de coherencia es imprescindible para un ordenador cuantico”.

Publica: emilio silvera