martes, 21 de enero del 2020 Fecha
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Estructuras fundamentales de la Naturaleza

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Conocer la Naturaleza    ~    Comentarios Comments (1)

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                                                                    Una molécula de Agua y otra de Amoníaco

Hemos llegado a poder discernir la relación directa que vincula el tamaño, la energía de unión y la edad de las estructuras fundamentales de la Naturaleza. Una molécula es mayor y más fácil de desmembrar que un átomo; lo mismo podemos decir de un átomo respecto al núcleo atómico, y de un núcleo con respecto a los quarks que contiene.

La cosmología  sugiere que esta relación resulta del curso de la historia cósmica, que los quarks se unieron primero, en la energía extrema del big bang original, y que a medida que el Universo se expandió, los protones y neutrones compuestos de quarks se unieron para formar núcleos de átomos, los cuales, cargados positivamente, atrajeron a los electrones cargados con electricidad negativa estableciéndose así como átomos completos, que al unirse formaron moléculas.

Si es así, cuanto más íntimamente examinemos la Naturaleza, tanto más lejos hacia atrás vamos en el tiempo.   Alguna vez he puesto el ejemplo de mirar algo que nos es familiar, el dorso de la mano, por ejemplo, e imaginemos que podemos observarlo con cualquier aumento deseado.

Con un aumento relativamente pequeño, podemos ver las células de la piel, cada una con un aspecto tan grande y  complejo como una ciudad, y con sus límites delineados por la pared celular.  Si elevamos el aumento, veremos dentro de la célula una maraña de ribosomas serpenteando y mitocondrias ondulantes, lisosomas esféricos y centríolos, cuyos alrededores están llenos de complejos órganos dedicados a las funciones respiratorias, sanitarias y de producción de energía que mantienen a la célula.

http://www.nfcol.net/NEUROCOL_files/celula.jpg

Ya ahí tenemos pruebas de historia.  Aunque esta célula particular solo tiene unos pocos años de antigüedad, su arquitectura se remonta a más de mil millones de años, a la época en que aparecieron en la Tierra las células eucariota o eucarióticas como la que hemos examinado.

Para determinar dónde obtuvo la célula el esquema que le indicó como formarse, pasemos al núcleo y contemplemos los delgados contornos de las macromoléculas de ADN segregadas dentro de sus genes.  Cada una contiene una rica información genética acumulada en el curso de unos cuatro mil millones de años de evolución.

Almacenado en un alfabeto de nucleótidos de  cuatro “letras”- hecho de moléculas de azúcar y fosfatos, y llenos de signos de puntuación, reiteraciones para precaver contra el error, y cosas superfluas acumuladas en los callejones sin salida de la historia evolutiva-, su mensaje dice exactamente cómo hacer un ser humano, desde la piel y los huesos hasta las células cerebrales.

Si elevamos más el aumento veremos que la molécula de ADN está compuesta de muchos átomos, con sus capas electrónicas externas entrelazadas y festoneadas en una milagrosa variedad de formas, desde relojes de arena hasta espirales ascendentes como largos muelles y elipses grandes como escudos y fibras delgadas como puros.  Algunos de esos electrones son recién llegados, recientemente arrancados átomos vecinos; otros se incorporaron junto a sus núcleos atómicos hace más de cinco mil millones de años, en la nebulosa de la cual se formó la Tierra.

Si elevamos el aumento cien mil veces, el núcleo de un átomo de carbono se hinchará hasta llenar el campo de visión.   Tales núcleos átomos se formaron dentro de una estrella que estalló mucho antes de que naciera el Sol.  Si podemos aumentar aún más, veremos los tríos de quarks que constituyen protones y neutrones.

Los quarks han estado unidos desde que el Universo sólo tenía unos pocos segundos de edad y ahora están en nosotros y en todos los objetos del universo, chicos o grandes, todo lo material está hecho de Quarks y Leptones desde una bacteria hasta una galaxia. Por supuesto, también nuestro cerebro y las neuronas que crean pensamientpos.

Al llegar a escalas cada vez menores, también hemos entrado en ámbitos de energías de unión cada vez mayores.  Un átomo puede ser desposeído de su electrón aplicando sólo unos miles de electrón-voltios de energía.  Sin embargo, para dispersar los nucleones que forman el núcleo atómico se requieren varios millones de electrón-voltios, y para liberar los quarks que constituyen cada nucleón se necesitaría cientos de veces más energía aún.

Introduciendo el eje de la historia, esta relación da testimonio del pasado de las partículas: las estructuras más pequeñas, más fundamentales están ligadas por niveles de energía mayores porque las estructuras mismas fueron forjadas en el calor del big bang.

Esto implica que los aceleradores de partículas, como los telescopios, funcionen como máquinas del tiempo.  Un telescopio penetra en el pasado en virtud del tiempo que tarda la luz en desplazarse entre las estrellas; un acelerador recrea, aunque sea fugazmente, las condiciones que prevalecían en el Universo primitivo.

Hemos llegado a dominar técnicas asombrosas que nos facilitan ver aquello que, prohibido para nuestro físico, sólo lo podemos alcanzar mediante sofisticados aparatos que bien nos introduce en el universo microscópico de los átomos, o, por el contrario nos llevan al Universo profundo y nos enseña galaxias situadas a cientos y miles de millones de años-luz de la Tierra.

Cuando vemos esos objetos cosmológicos lejanos, cuando estudiamos una galaxia situada a 100.000 mil años-luz de nosotros, sabemos que nuestros telescopios la pueden captar gracias a que la luz de esa galaxia, viajando a 300.000 Km/s llegó a nosotros después de ese tiempo, y, muchas veces, no es extraño que el objeto que estamos viendo ya no exista o si existe, que su conformación sea diferente habiéndose transformado en diferentes transiciones de fase que la evolución en el tiempo ha producido.

En el ámbito de lo muy pequeño, vemos lo que está ahí en ese momento pero, como se explica más arriba, en realidad, también nos lleva al pasado, a los inicios de cómo todo aquello se formó y con qué componentes que, en definitiva, son los mismos de los que están formadas las galaxias, las estrellas y los planetas, una montaña y un árbol y, cualquiera de nosotros que, algo más evolucionado que todo lo demás, podemos contarlo aquí.

Estas y otras muchas maravillas son las que nos permitirán, en un futuro relativamente cercano, que podamos hacer realidad muchos sueños largamente dormidos en nuestras mentes.

emilio silvera

Vamos hacia el futuro

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en el futuro    ~    Comentarios Comments (1)

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Avance en metamateriales

 

Recreación de una lámina de grafeno
Recreación de una lámina de grafeno- Archivo

Un equipo internacional de investigadores, entre ellos algunos de la Universidad de Columbia en Nueva York o el Instituto Nacional Japonés de Ciencia de Materiales, ha conseguido medir la refracción negativa de los electrones en el grafeno. Se trata de una propiedad de algunos metamateriales artificiales que se puede utilizar para crear nuevos dispositivos ópticos, como una lente perfecta. Se podría utilizar también para constituir la base de un interruptor electrónico que consuma cantidades muy pequeñas de energía.

Las ondas gravitacionales, el descubrimiento del año
Las ondas gravitacionales, el descubrimiento del año- Archivo

La revista especializada Physics World ha escogido los diez grandes avances de la Física de este año y, como no podía ser de otra forma, ha destacado en el primer puesto de la lista la detección de las ondas gravitacionales por la colaboración LIGO con sede en Estados Unidos. El hallazgo se produjo el 14 de septiembre de 2015 y fue anunciado el pasado febrero, casi exactamente cien años después de que Albert Einstein postulara por primera vez su teoría general de la relatividad. Un segundo conjunto de ondas gravitacionales fue descubierto por el mismo instrumento el 26 de diciembre de 2015 y dado a conocer en junio de este año. En ambos casos, las señales procedían de los últimos instantes de la «danza gravitatoria» de dos lejanos agujeros negros que, tras millones de años orbitándose mutuamente, se fusionaban en uno solo.

Las ondas gravitacionales son pequeñas deformaciones en el tejido del espacio-tiempo que recorren todo el Cosmos a la velocidad de la luz. Las mediciones también anuncian el comienzo de una nueva era para la astronomía, que abre una nueva ventana para observar el Universo.

El gato vivo, muerto y en dos cajas

 

El gato de Schrödinger, en dos cajas al mismo tiempo

 

El gato de Schrödinger, en dos cajas al mismo tiempo- Michael S Helfenbein/Yale University

 

El gato de Schrödinger es una famosa especie teórica del mundo cuántico. Está confinado en el interior de una caja que, cuando se abre, libera un gas tóxico que le provoca la muerte. Pero como es un felino cuántico, está regido por el principio de superposición, según el cual las partículas, como átomos o fotones, pueden existir en varios estados a la vez. Por ello, durante un instante, justo en el momento de abrir la caja, el gato está vivo y muerto a la vez. Pero el pasado mes de mayo investigadores de la Universidad de Yale complicaron aún más la historia en la revista «Science». Según explicaban, el animal no solo estará vivo y muerto a la vez, sino también en dos cajas distintas al mismo tiempo.

A por el reloj más preciso del mundo

 

El reloj nuclear será mucho más estable y preciso que el atómico
El reloj nuclear será mucho más estable y preciso que el atómico- Archivo

Científicos alemanes dieron a conocer el pasado mes de mayo en la revista «Nature» el desarrollo de un método para la detección directa de la transición nuclear del torio-229, lo que abre la puerta al desarrollo de un reloj nuclear, mucho más estable y, por lo tanto, más preciso, que el atómico.

 

 

Un gravímetro sensible, pequeño y barato

 

El nuevo gravímetro
El nuevo gravímetro- Giles Hammond

Un equipo de la Universidad de Glasgow (Reino Unido) anunciaba este año la construcción de un gravímetro altamente sensible, barato y compacto. Este pequeño dispositivo realiza mediciones muy precisas de la gravedad de la Tierra y podría ser desplegado en aviones no tripulados para ayudar en una variedad de tareas de exploración minera, ingeniería civil y seguimiento de la actividad de los volcanes. Aunque es cierto que no es tan sensible como los mejores sensores disponibles, podría ser producido por un coste muchísimo menor y también es significativamente más pequeño y ligero que los dispositivos actuales.

El nuevo instrumento se basa en una pieza de silicio de unos 10 mm de largo que se encuentra en la parte superior de dos puntales flexibles.

Próxima b, el planeta más cercano que puede ser habitable

 

Recreación artística de la superficie de Próxima b

 

Recreación artística de la superficie de Próxima b- ESO/M Kornmesser

 

Un equipo internacional de astrónomos, liderado por el español Guillem Anglada-Escudé, de la Universidad de Queen Mary en Londres, anunciaba en agosto en la revista «Nature» el descubrimiento de Próxima b, un planeta potencialmente habitable en la órbita de la estrella Próxima Centauri, la más cercana al Sistema Solar, a poco más de cuatro años luz. Este mundo es probablemente rocoso, un poco más masivo que el nuestro y se encuentra en la región en torno a su estrella que le permitiría albergar agua líquida sobre su superficie. Podría convertirse en el primer objetivo para un futuro viaje interestalar.

Un paso más hacia el ordenador cuántico

 

 

Entrelazamiento cuántico
Entrelazamiento cuántico- Archivo

Investigadores de la británica Universidad de Oxford y del laboratorio NIST en Boulder, Colorado (EE.UU), fueron capaces de medir el entrelazamiento cuántico entre pares de dos tipos diferentes de iones. El trabajo, que fue realizado en forma independiente por los dos grupos, es un paso importante hacia la creación de ordenadores cuánticos basados en iones.

 

 

Un microscopio «muy grande»

 

Imagen del embrión de un ratón. En el rectángulo, ampliado a la izquierda, detalle del ojo

 

Imagen del embrión de un ratón. En el rectángulo, ampliado a la izquierda, detalle del ojo- Gail McConnell/University of Strathclyde

Investigadores de la Universidad de Strathclyde (Glasgow, Escocia) han creado una nueva lente de microscopio que ofrece la combinación única de un gran campo de visión con una alta resolución. Llamado mesolens, el dispositivo permite crear imágenes en 3D de muestras biológicas mucho más grandes de lo que antes era posible, al tiempo que proporciona detalles a nivel subcelular. La posibilidad de ver los especímenes enteros en una sola imagen podría ayudar en el estudio de muchos procesos biológicos y garantizar que detalles importantes no se pasen por alto. Con esta lente, los científicos pudieron observar con todo lujo de detalle doce embriones de ratón de un día de edad.

 

Primera simulación cuántica de física de partículas

 

Choque de partículas
Choque de partículas- CERN

 

Físicos de la Universidad de Innsbruck y del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) en la Academia de Ciencias de Austria realizaron la primera simulación cuántica de la física de partículas. El trabajo fue descrito en la revista «Nature».

Las partículas elementales, los bloques de construcción de la materia y sus propiedades, se describen por el Modelo Estándar de la Física de Partículas. Pero muchos aspectos de esta teoría todavía no se entienden porque su complejidad hace que sea difícil investigarlos con los ordenadores clásicos.

Y una vez leídos todos estos avances, lo único que os puedo decir es que…

 

 

 

Todos ellos no son más que piezas del rompecabeza que estamos tratando de encajar, cada pieza en su lugar adecuado, para que nos permita, por fin, viajar a las estrellas y colonizar otros mundos que nos aseguren la supervivencia cuando el Sol, agotado su combustible nuclear de fusión, se convierta en gigante roja primero y enana blanca después. Para cuando eso ocurra… ¡No podremos seguir aquí!

Buestro futuro (el de nuestra especie), está en las estrellas, en otros mundos.