jueves, 09 de julio del 2020 Fecha
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Caos y complejidad, normalidad y sencillez: Las partes de un todo

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

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Todos hemos oído hablar, con más o menos frecuencia, de “Sistemas Complejos”, aquí mismo en estas páginas, la palabra sale a relucir con cierta frecuencia y, no me extraña que “la palabreja” cree una barrera, dado que, que para muchas personas, “complejo” significa “complicado” y suponen automáticamente que, si un sistema es complicado, será difícil de comprender. La naturaleza posee una fuerte tendencia a estructurarse en forma de entes discretos excitables que interactúan y que se organizan en niveles jerárquicos de creciente complejidad, por ello, los sistemas complejos no son de ninguna manera casos raros ni curiosidades sino que dominan la estructura y función del universo.

Claro que, no siempre ese temor a lo difícil y complicado, está justificado y, tal suposición no es, necesariamente correcta. En realidad, un sistema complejo es tan solo un sistema que está formado por varios componentes más sencillos que ejercem entre sí una interacción mutua que, naturalmente, tiene sus consecuencias. Si miramos la imagen de arriba, vemos una inmensa y hermosa Nebulosa que está formada por una serie de “cosas” sencillas como lo son el gas hidrógeno y el polvo interestelar entre otros y, en presencia de energías, la gravedad y otros parámetros, ahí ocurren cosas tales como, el nacimiento de estrellas y la aparición de mundos…entre otras.

Los grandes triunfos de la Ciencia se han logrado, en gran medida, descomponiendo los sistemas complejos en sus componentes simples, es decir, estudiar por partes lo que allí está presente (en caso necesario, como primera aproximación, dando el paso suplementario de pretender que todos los componentes son más sencillos de lo que son en realidad) para llegar a comprender el todo.

En el ejemplo clásico del éxito que ha logrado este planteamiento para conocer el mundo que nos rodea, buena parte de la química puede entenderse mediante un modelo en el que los componentes simples son átomos, y para eso importa poco de qué están formados los núcleos. Ascendiendo un nivel, las leyes que describen el comportamiento del dióxido de Carbono encerrado en una caja pueden entenderse pensando en unas moléculas más o menos esféricas que rebotan unas contra otras y contra las paredes de su contenerdor, y poco importa que cada una de estas moléculas esté formada por un átomo de Carbono y dos de Oxígeno unidos entre sí. Ambos sistemas son complejos, en sentido científico, pero fáciles de entender

A veces en la vida nuestro mundo se oscurece, todo lo que nos rodea es dudoso y retorcido, oímos pasos que nos siguen, siempre han estado ahí, … No sabemos a quién pueden pertenecer y, a nuestro alrededor hay cosas que no podemos ver.

No siempre sabemos ver el mundo que nos rodea. El que miremos no significa que estemos viendo lo que realmente hay delante de nuestros ojos y, muchas veces, no son los ojos los únicos que pueden “ver” lo que hay más allá de lo que la vista puede alcanzar. Anoche, hasta una hora avanzada, estuve releyendo el Libro “Así de Simple” de John Gribbin, y, pareciéndome interesante os saqué un pequeño resumen del comienzo. Aquí os lo dejo.

El mundo que nos rodea parece ser un lugar complicado. Aunque hay algunas verdades sencillas que parecen eternas (las manzanas caen siempre hacia el suelo y no hacia el cielo; el Sol se levanta por el este, nunca por el oeste), nuestras vidas, a pesar de las modernas tecnologías, están todavía, con demasiada frecuencia, a merced de los complicados procesos que producen cambios drásticos y repentinos. La predicción del tiempo atmosférico tiene todavía más de arte adivinatorio que de ciencia; los terremotos y las erupciones volcánicas se producen de manera impredecible y aparentemente aleatorias; las fluctuaciones de la economía siguen ocasionando la bancarrota de muchos y la fortuna de unos pocos.

Sobre la posición de la salida del sol

                                              Sobre la posición de la salida del Sol

Desde la época de Galileo (más o menos, a comienzos del siglo XVII) la ciencia ha hecho progresos –enormes-, ignorando en gran medida estas complejidades y centrándose en cuestiones sencillas, intentando explicar por qué las manzanas caen al suelo y por qué el Sol se levanta por el este. Los avances fueron de hecho tan espectaculares que hacia mediados del siglo XX ya se había dado respuesta a todas las cuestiones sencillas. Conceptos tales como la teoría general de la relatividad y la mecánica cuántica explicaron el funcionamiento global del universo a escalas muy grandes y muy pequeñas respectivamente, mientras el descubrimiento de la estructura del ADN y el modo en que éste se copia de una generación a otra hizo que la propia vida, así como la evolución, parecieran sencillas a nivel molecular. Sin embargo, persistió la complejidad del mundo a nivel humano –al nivel de la vida-. La cuestión más interesante de todas, la que planteaba cómo la vida pudo haber surgido a partir de la materia inerte, siguió sin respuesta.

Un descubrimiento así no podía dejar al mundo indiferente. En unos años el mundo científico se puso al día y la revolución genética cambió los paradigmas establecidos. Mucha gente aún no está preparada para aceptar el comienzo de una era poderosa en la que el ser humano tiene un control de sí mismo mayor al habitual. Había nacido la Ingeniería genética.

No debe extrañarnos que sea precisamente a escala humana donde se den las características más complejas del universo. Las que se resisten más a rendirse ante los métodos tradicionales de la investigación científica. Realmente, es posible que seamos lo más complejo que existe en el universo. La razón es que, a escalas más reducidas, entidades tales como los átomos se comportan individualmente de un modo relativamente sencillo en sus interacciones mutuas, y que las cosas complicadas e interesantes surgen, cuando se unen muchos átomos de maneras complicadas e interesantes, para formar organismos tales como los seres humanos.

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    ¿Que pensamientos rondaran por esa cabecita?

Pero este proceso no puede continuar indefinidamente, ya que, si se unen cada vez más átomos, su masa total aumenta hasta tal punto que la Gravedad aplasta toda la estructura importante y la aniquila. Un átomo, o incluso una molécula tan simple como la del agua, es algo más sencillo que un ser humano, porque tiene poca estructura interna; una estrella, o el interior de un planeta, es también algo más sencillo que un ser humano porque la gravedad aplasta cualquier estructura hasta aniquilarla. Esta es la razón por la cual la ciencia puede decirnos más sobre el comportamiento de los átomos y el funcionamiento interno de las estrellas o los planetas que sobre el modo en que las personas nos comportamos.

Sí, hemos podido llegar a conocer lo que ocurre en el Sol, y sabemos de sus procesos interiores y exteriores, de las ráfagas de partículas que en sus épocas activas, nos envía continuamente hacía la superficie del planeta y, que no sólo provoca esas bonitas Auroras, sino que, su intensa radiación y magnetismo incide en todos los atilugios que tenemos para leer los datos de… ¡tántas cosas!

Cuando los problemas sencillos se rindieron ante el empuje de la investigación, fue algo natural que los científicos abordaran rompecabezas más complicados que iban asociados con sistemas complejos, para que por fin fuera posible comenzar a comprender el funcionamiento del mundo a una escala más humana compleja y, para ello, hubo que esperar hasta la década de 1960, que fue cuando aparecieron los poderosos y rápidos (para lo que se estilaba en aquella época) ordenadores electrónicos. Estos nuevos inventos empezaron a ser conocidos por un público más amplio entre mediados y finales de la década de 1980, primero con la publicación del libro, ahora convertido en un clásico, Order out of Chaos, de Ilya Prigogine e Isabelle Stergers, y luego, con Chaos, de James Gleick.

Las personas sencillas que, aunque tengan una educación aceptable, no están inmersas en el ámbito de la ciencia, cuando oyen hablar de Complejidad y Caos en esas áreas, sienten, de primeras, una especie de rechazo por aquello que (ellos creen) no van a comprender. Sin embargo, la cuestión no es tan difícil como a primera vista pudiera parecer, todo consiste en tener la posibilidad de que alguien, de manera “sencilla” (dentro de lo posible), nos explique las cosas dejando a un lado las matemáticas que, aunque describen de manera más amplia y pura aquellos conceptos que tratamos, también es verdad que, no siempre, están al alcance de todos. Un conocimiento básico de las cosas más complicadas, es posible. También la relatividad general y la mecánica cuántica, se consideraron, cuando eran nuevas, como unas ideas demasiado difíciles para que cualquiera las entendiera, salvo los expertos –pero ambas se basan en conceptos sencillos que son inteligibles para cualquier persona lega en la materia, siempre que esté dispuesta a aceptar su parte matemática con los ojos cerrados-. E la misma manera, el Caos y la Complejidad, también pueden ser entendidos y, si tenemos la suerte de tener un buen interlocutor que nos sepa explicar, aquellos conceptos básicos sobre los que se asientan tanto el Caos como la Complejidad, veremos maravillados como, de manera natural, la luz se hace en nosotros y podemos entender lo que antes nos parecía inalcanzable.

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Se cree que las galaxias se han formado por la acumulación gravitacional de gas, algún tiempo después de la época de la recombinación. Las nubes de gas podrían haber comenzado a formar estrellas, quizás como resultado de las colisiones mutuas. El tipo de galaxia generado podría depender del ritmo al que el gas era transformado en estrellas, formándose las elípticas cuando el gas se convertía rápidamente en estrellas, y las espirales si la transformación de estrellas era lo suficientemente lenta como para permitir crecer de forma significativa un disco de gas.

http://apod.nasa.gov/apod/image/1003/m78_torregrosa.jpg

Nubes moleculares en Orión que son los materiales primigenios para complejidades futuras

Las galaxias evolucionan al convertir progresivamente su gas remanente en estrellas, si bien no existe probablemente una evolución entre las diferentes tipos de la clasificación del conocido sistema de Hubble. No obstante, algunas galaxias elípticas pudieron haberse creado por la colisión y posterior fusión de dos galaxias espirales.

NGC 5426 y NGC 5427 son dos galaxias espirales de tamaños similares involucradas en una danza espectacular. No es seguro que esta interacción culmine en una colisión y a la larga en la fusión de las dos galaxias, aunque éstas ya han sido ya afectadas. Conocidas ambas con el nombre de Arp 271, su danza perdurará por decenas de millones de años, creando nuevas estrellas como resultado de la mutua atracción gravitacional entre las galaxias, un tirón observable en el borde de las estrellas que ya conectan a ambas. Ubicada a 90 millones de años-luz de distancia hacia la constelación de Virgo (la Virgen), el par Arp 271 tiene unos 130.000 años-luz de extensión. Fue descubierta originalmente en 1785 por William Herschel. Muy posiblemente nuestra Vía Láctea sufrirá una colisión similar en unos cinco mil millones de años más con la galaxia vecina Andrómeda, que ahora está ubicada a cerca de 2,6 millones de años-luz de la Vía Láctea.

Sí, mirando las imagenes nos da la sensación de que está por llegar cierto Caos y Complejidad a la región del universo en la que se sitúan las dos galaxias.

Tenemos que entender que, algunos sistemas (“sistema” no es más que una palabra de la jerga científica para asignar cualquier cosa, como un péndulo que oscila, o el sistema solar, o el agua que gotea de un grifo) son muy sensibles a sus condiciones de partida, de tal modo que una diferencia mínima en el “impulso” inicial que les damos ocasiona una gran diferencia en cómo van a acabar, y existe una retroalimentación, de manera que lo que un sistema hace afecta a su propio comportamiento. Así, a primera vista, parece que la guía es sencilla y, nos puede parecer mentira que así sea. Sin embargo, esa es la premisa que debemos tener en cuenta. Nos podríamos preguntar: ¿Es realmente verdad, que todo este asunto del Caos y de la Complejidad se basaba en dos ideas sencillas –la sensibilidad de un sistema a sus condiciones de partida, y la retroalimentación-¿ La respuesta es que sí.

La mayor parte de los objetos que pueden verse en el cielo nocturno son estrellas, unos pocos centenares son visibles a simple vista. Una estrella es una bola caliente principalmente compuesta por hidrógeno gaseoso. El Sol es un ejemplo de una estrella típica y común. La gravedad impide que el gas se evapore en el espacio y la presión, debida a la alta temperatura de la estrella, y la densidad impiden que la bola encoja. En el corazón de la estrella, la temperatura y la densidad son lo suficientemente altas para sustentar a las reacciones de fusión nuclear, y la energía, producida por estas reacciones, hace su camino a la superficie y la irradia al espacio en forma de calor y luz. Cuando se agota el combustible de las reacciones de fusión, la estructura de la estrella cambia. El proceso de producir elementos, cada vez más pesados, a partir de los más livianos y de ajustar la estructura interna para balancear gravedad y presión, es llamado evolución estelar.

Observar una estrella a través del telescopio permite conocer muchas de sus importantes propiedades. El color de una estrella es un indicador de su temperatura y ésta, a su vez, depende de una combinación entre la masa de la estrella y su fase evolutiva. Usualmente, las observaciones también permiten encontrar la luminosidad de la estrella o la tasa con la cual ella irradia energía, en forma de calor y luz.

Todas las estrellas visibles a simple vista forman parte de nuestra galaxia, la Vía Láctea. La Vía Láctea es un sistema compuesto por unos cien mil millones de estrellas, junto con una considerable cantidad de material interestelar. La galaxia tiene forma de un disco chato sumergido en un halo débil y esférico. La gravedad impide que las estrellas se escapen y, sus movimientos, hacen que el sistema no colapse. La Vía Láctea no posee un límite definido, la distribución de las estrellas decrece gradualmente con distancias crecientes del centro. El SDSS detecta estrellas más de un millón de veces más débiles que las que podemos ver a simple vista, lo suficientemente lejos para ver la estructura de la Vía Láctea.

De algún modo, esto es como decir que “todo lo que hay” sobre la teoría especial de la relatividad es que la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores. Sin embargo, la complejidad de la estructura que se levanta sobre este hecho sencillo resulta asombrosa y requiere algunos conocimientos matemáticos para poder apreciarla plenamente. Claro que, eso no quita para que, un buen comunicador le pueda transmitir a otras personas mediante explicaciones sencillas lo esencial de la relatividad especial y general y también, sobre la esencia de la mecánica cuántica, y, de la misma manera, podríamos hablar del Caos y de la Complejidad. Debemos ser conscientes de que, el Caos, puede surgir a partir del Orden y que, la Complejidad, siempre llega a través de la sencillez de un comienzo. Podemos estar al borde del Caos y, de manera milagrosa ver que también a partir de él surge la normalidad y lo nuevo que no en pocas ocasiones pueden ser nuevas formas de vida. De la misma manera, las transformaciones de los elementos sencillos, bajo ciertas condiciones, llegan a adquirir una complejidad inusitada que, de alguna manera, es necesaria para que en este mundo que nos rodea, existan seres que como nosotros, sean el ejemplo más real y de más alto nivel que está presente en el Universo. Y, de la misma manera que nosotros estamos aquí, en un minúsculo sistema solar habitando un pequeño planeta que reúne todas las condiciones necesarias para la vida, de la misma forma digo, estarán poblados otros muchos planetas de otros muchos sistemas solares repartidos por nuestra Galaxia y por las otras que, a cientos de miles pululan por el Universo, y, todos esos seres “racionales”, se preguntaran las mismas cosas que nosotros y estarán interesados en descubrir los mismos misterios, los mismos secretos de la Naturaleza que, presintiendo que existen, tienen la intuición de que serán las respuestas esperadas para solucionar muchos de los problemas e inseguridades que ahora, en nuestro tiempo, nos aquejan.

Claro que, la mente nunca descansa. Acordaos de Aristarco de Samos que, en el siglo III a. C., ya anunció que la Tierra orbitaba alrededor del Sol y, Copérnico, que se llevó el premio, no lo dijo hasta el año 1543. Esto nos viene a demostrar que, a pesar de la complejidad del mundo, lo realmente complejo está en nosotros, en nuestras mentes que, presienten lo que pueda ser, intuyen el por qué de las cosas, fabrican pensamientos que, mucho más rápidos que la luz, llegan a las galaxias lejanas y, con los ojos de la mente pueden, atisbar aquellas cosas de las que, en silencio, ha oído hablar a su intuición dentro de su mente siempre atenta a todo aquello que puede ser una novedad, una explicación, un descubrimiento.

vista de la tierra y el sol de la órbita (la imagen de la tierra tomada de http://visibleearth.nasa.gov) Foto de archivo - 4911867

Vista de la Tierra y el Sol de la órbita

Ahora estamos centrados en el futuro aquí en la Tierra pero, sin dejar de la mano ese futuro que nos espera en el espacio exterior. Es pronto aún para que el hombre vaya a las estrellas pero, algún día, ese será su destino y, desde ya, debe ir preparándose para esa aventura que sólo está a la espera de tener los medios tecnológicos necesarios para hacerla posible. Mientras tanto, jugamos con las sondas espaciales que enviamos a planetas vecinos para que, nos vayan informando de lo que están hechos aquellos mundos –grandes y pequeños- que, en relativamente poco tiempo, serán visitados por nuestra especie para preparar el salto mayor.

emilio silvera

Repòrtaje periodístico sobre Marte

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Vida en otros mundos    ~    Comentarios Comments (0)

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Publica ABC-Ciencia

EXOMARS El lugar de Marte donde Europa buscará señales de vida

 

La Agencia Espacial Europea (ESA) ha elegido las dos zonas candidatas para el aterrizaje del robot de la misión ExoMars en 2021

Robot de exploración ExoMars 2020 y plataforma rusa de superficie (al fondo)

  Robot de exploración ExoMars 2020 y plataforma rusa de superficie (al fondo) – ESA

Imagen relacionada

Aunque la misión ExoMars («Exobiology on Mars») será recordada sobre todo por el fracaso del aterrizaje del módulo de aterrizaje Schiaparelli, en octubre de 2016, la misión estrella para explorar Marte de la Agencia Espacial Europea (ESA) sigue adelante. Recientemente la agencia escogió los dos lugares del planeta rojo donde posiblemente posará el rover de exploración ExoMars 2020. Este robot perforará hasta dos metros del subsuelo y estudiará la habitabilidad del planeta (las probabilidades de que haya vida), haciendo un sofisticado análisis de moléculas orgánicas.

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La ESA ha escogido para el aterrizaje dos lugares que en el pasado fueron muy abundantes en agua: dos elipses de 120 por 19 kilómetros en la zona de Oxia Planum y Mawrth Vallis. Ambos son interesantes desde el punto de vista científico y además son lisos y carecen de elementos que puedan dificultar el aterrizaje, el despliegue y la salida del rover.

Ambos regiones serán estudiadas ahora con más detalle y en 2019 se escogerá el lugar definitivo de aterrizaje. El lanzamiento del rover está previsto para julio de 2020, y se espera que aterrice en Marte en 2021.

Junto al rover de exploración, la ESA desplegará una plataforma científica estacionaria rusa. Mientras tanto, el satélite «Trace Gas Orbiter», TGO, que lleva orbitando el planeta rojo desde octubre de 2016, funcionará como estación repetidora, y llevará a cabo su misión científica, en la que básicamente tratará de averiguar si el origen del gas metano de la atmósfera de Marte es biológico.

Imagen relacionada

En busca de huellas de vida

 

Por primera vez, el robot podrá extraer muestras del subsuelo marciano, situadas a hasta dos metros de distancia. Esto resulta clave, ya que la superficie marciana es un entorno hostil para los organismo vivos debido a la potente radiación solar y cósmica. Por eso, gracias a la exploración bajo tierra, el robot tiene más posibilidades de encontrar muestras conservadas.

Las dos zonas escogidas están al norte del ecuador marciano, en una región llena de canales que preservan un rico registro geológico de la historia pasada del planeta, que hace miles de millones de años estaba cubierto de agua. Esto es muy importante, porque el propósito final de ExoMars es buscar huellas de vida pasada en Marte.

Mapa del terreno de Oxia Planum
Mapa del terreno de Oxia Planum- NASA/JPL-Caltech/Arizona State University; analysis: IRSPS/TAS-I

 

En Oxia Planum hay muchos canales ricos en arcillas formados en condiciones húmedas hace 3.900 millones de años.

Región de Mawrth Vallis
Región de Mawrth Vallis- ESA/DLR/FU Berlin

 

Por otro lado, en Mawrth Vallis hay un gran canal en cuyo entorno también hay sedimentos distribuidos en capas y que muestra una gran diversidad mineral. Ambos rasgos sugieren la presencia sostenida de agua durante varios cientos de millones de años, incluso quizás en estanques localizados.

Curvatura del Espacio-Tiempo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Densidad Crítica    ~    Comentarios Comments (0)

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Así representan algunos como sería el camino para burlar la velocidad de la luz y desplazarnos por el espaciotiempo a distancias inmensas en tiempos y espacios más cortos. Es el famoso agujero de gusano o el doblar el espacio trayendo hacia tí el lugar que deseas visitar.

Hay que entender que el espacio–tiempo es la descripción en cuatro dimensiones del universo en la que la posición de un objeto se especifica por tres coordenadas en el espacio y una en el tiempo. De acuerdo con la relatividad especial, no existe un tiempo absoluto que pueda ser medido con independencia del observador, de manera que eventos simultáneos para un observador ocurren en instantes diferentes vistos desde otro lugar. El tiempo puede ser medido, por tanto, de manera relativa, como lo son las posiciones en el espacio (Euclides) tridimensional, y esto puede conseguirse mediante el concepto de espacio–tiempo. La trayectoria de un objeto en el espacio–tiempo se denomina por el nombre de línea de universo. La relatividad general nos explica lo que es un espacio–tiempo curvo con las posiciones y movimientos de las partículas de materia.

Los modelos de universo que pudieran ser, en función de la Densidad Crítica (Ω) sería plano, abierto o cerrado. La Materia tiene la palabra.

La curvatura del espacio–tiempo es la propiedad del espacio–tiempo en la que las leyes familiares de la geometría no son aplicables en regiones donde los campos gravitatorios son intensos. La relatividad general de Einstein, nos explica y demuestra que el espacio–tiempo está íntimamente relacionado con la distribución de materia en el universo, y nos dice que el espacio se curva en presencia de masas considerables como planetas, estrellas o galaxias (entre otros).

En un espacio de sólo dos dimensiones, como una lámina de goma plana, la geometría de Euclides se aplica de manera que la suma de los ángulos internos de un triángulo en la lámina es de 180°. Si colocamos un objeto masivo sobre la lámina de goma, la lámina se distorsionará y los caminos de los objetos que se muevan sobre ella se curvaran. Esto es, en esencia, lo que ocurre en relatividad general.

Los Modelos Cosmológicos son variados y todos, sin excepción, nos hablan de una clase de universo que está conformado en función de la materia que en él pueda existir, es decir, eso que los cosmólogos llaman el Omega negro. La Materia determinará en qué universo estamos.

En los modelos cosmológicos más sencillos basados en los modelos de Friedmann, la curvatura de espacio–tiempo está relacionada simplemente con la densidad media de la materia, y se describe por una función matemática denominada métrica de Robertson–Walker. Si un universo tiene una densidad mayor que la densidad crítica, se dice que tiene curvatura positiva, queriendo decir que el espacio–tiempo está curvado sobre sí mismo, como la superficie de una esfera; la suma de los ángulos de un triángulo que se dibuje sobre la esfera es entonces mayor que 180°. Dicho universo sería infinito y se expandiría para siempre, es el universo abierto. Un universo de Einstein–de Sitter tiene densidad crítica exacta y es, por consiguiente, espacialmente plano (euclideo) infinito en el espacio y en el tiempo.

La geometría del espacio-tiempo en estos modelos de universos está descrita por la métrica de Robertson-Walker y es, en los ejemplos precedentes, curvado negativamente, curvado positivamente y plano, respectivamente (Alexander AlexandrovichFriedmann). Y, las tres epresentaciones gráficas de los espacios que dan lugar a los tres posibles formas de universo antes referida en función de la densidad crítica que hará un universo plano, un universo abierto o un universo curvo y cerrado.

Hemos mencionado antes la relatividad del tiempo que para el mismo suceso será distinto en función de quién sea el que cronometre; por ejemplo, el tiempo transcurre más despacio para el astronauta que en nave espacial viaja a velocidades próximas a c, la velocidad de la luz. Según la teoría de la relatividad especial de Einstein, en el caso antes señalado, el tiempo del astronauta viajero avanza más lentamente en un factor que denotamos con la ecuación , cuando lo mide un sistema de referencia que viaja a una velocidad v relativa al otro sistema de referencia; c es la velocidad de la luz. Este principio ha sido verificado de muchas maneras; por ejemplo, comparando las vidas medias de los muones rápidos, que aumentan con la velocidad de las partículas en una cantidad predicha en este factor de la anterior ecuación.

gemelos en el tiempo

Un ejemplo sencillo de la dilatación del tiempo es la conocida paradoja de los gemelos. Uno viaja al espacio y el otro lo espera en la Tierra. El primero hace un viaje a la velocidad de la luz hasta Alfa de Centauri y regresa. Cuando baja de la nave espacial, tiene 8’6 años más que cuando partió de la Tierra. Sin embargo, el segundo gemelo que esperó en el planeta Tierra, al regreso de su hermano, era ya un  anciano jubilado. El tiempo transcurrido había pasado más lento para el gemelo viajero. Parece mentira que la velocidad con la que podamos movernos nos puedan jugar estas malas pasadas.

Otra curiosidad de la relatividad especial es la que expresó Einstein mediante su famosa fórmula de E = mc2, que nos viene a decir que masa y energía son dos aspectos de una misma cosa. Podríamos considerar que la masa (materia), es energía congelada. La bomba atómica demuestra la certeza de esta ecuación.

Durante diez dias del mes de enero de 1999 astrofísicos italianos y estadounidenses efectuaron un experimento que llamaron Boomerang. El experimento consistió en el lanzamiento de un globo con instrumentos que realizó el mapa mas detallado y preciso del fondo de radiación de microondas (CMB) obtenido hasta el momento. Su conclusión: el universo no posee curvatura positiva o negativa, es plano.

La densidad crítica está referida a la densidad media de materia requerida para que la gravedad detenga la expansión de nuestro universo. Así que si la densidad es baja se expandirá para siempre, mientras que una densidad muy alta colapsará finalmente. Si tiene exactamente la densidad crítica ideal, de alrededor de 10-29 g/cm3, es descrito por el modelo al que antes nos referimos conocido como de Einstein–de Sitter, que se encuentra en la línea divisoria de estos dos extremos. La densidad media de materia que puede ser observada directamente en nuestro universo representa sólo el 20% del valor crítico. Puede haber, sin embargo, una gran cantidad de materia oscura que elevaría la densidad hasta el valor crítico. Las teorías de universo inflacionario predicen que la densidad presente debería ser muy aproximada a la densidad crítica; estas teorías requieren la existencia de materia oscura.

 Los cosmólogos y astrofísicos, en sus obervaciones, notaron que las galaxias se alejaban las unas de las otras a mayor velocidad de la que correspondería en función de la materia que se puede ver en el Universo, había algo que las hacía correr más de la cuenta, así que, el primero en poner nombre all fenómeno que se ha dado en llamar  “materia oscura” fue el astrofísico suizo Fritz Zwicky, del Instituto Tecnológico de California (Caltech) en 1933. Con su invento (intuición), dejó zanjado el tema que traía de cabeza a todos los cosmólogos del mundo, encantados con que al fín, las cuentas cuadraran.

Mencionamos ya la importancia que tiene para diseñar un modelo satisfactorio del universo, conocer el valor de la masa total de materia que existe en el espacio. El valor de la expansión o de la contracción del universo depende de su contenido de materia. Si la masa resulta mayor que cierta cantidad, denominada densidad crítica, las fuerzas gravitatorias primero amortiguarán y luego detendrán eventualmente la expansión. El universo se comprimirá en sí mismo hasta alcanzar un estado compacto y reiniciará, tal vez, un nuevo ciclo de expansión. En cambio, si el universo tiene una masa menor que ese valor, se expandirá para siempre. Y, en todo esto, mucho tendrá que decir “la materia oscura” que al parecer está oculta en alguna parte.

El  símbolo Ω (parámetro de densidad) lo utilizan los cosmólogos para hablar de la densidad del universo.

Ω =r /rcrit

Tenemos así que para Ω>1 tenemos que el universo se contraería en un futuro Big Crunch, para Ω<1 e universo debería expandirse indefinidamente (Big Rip) y para Ω=1 el universo se debería expandir pero deteniéndose su expansión asintóticamente.

Además Las observaciones del fondo de microondas como las WMAP dan unas observaciones que coinciden con lo cabría esperar si la densidad total del universo fuera igual a la densidad crítica.

Conforme a lo antes dicho, la densidad media de materia está referida al hecho de distribuir de manera uniforme toda la materia contenida en las galaxias a lo largo de todo el universo. Aunque las estrellas y los planetas son más densos que el agua (alrededor de 1 g/cm3), la densidad media cosmológica es extremadamente baja, como se dijo antes, unos 10-29 g/cm3, o 10-5 átomos/cm3, ya que el universo está formado casi exclusivamente de espacios vacíos, virtualmente vacíos, entre las galaxias. La densidad media es la que determinará si el universo se expandirá o no para siempre.

No dejamos de enviar ingenios al espacio para tratar de medir la Densidad Crítica y poder saber en qué clase de universo nos encontramos: Plano, cerrado o abierto.

En presencia de grandes masas de materia, tales como planetas, estrellas y galaxias, está presente el fenómeno descrito por Einstein en su teoría de la relatividad general, la curvatura del espacio–tiempo, eso que conocemos como gravedad, una fuerza de atracción que actúa entre todos los cuerpos y cuya intensidad depende de las masas y de las distancias que los separan; la fuerza gravitacional disminuye con el cuadrado. La gravitación es la más débil de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Isaac Newton formuló las leyes de la atracción gravitacional y mostró que un cuerpo se comporta gravitacionalmente como si toda su masa estuviera concentrada en su centro de gravedad. Así, pues, la fuerza gravitacional actúa a lo largo de la línea que une los centros de gravedad de las dos masas (como la Tierra y la Luna, por ejemplo).

Todos conocemos la teoría de Einstein y lo que nos dice que ocurre cuando grandes masas, como planetas, están presentes: Curvan el espacio que lo circundan en función de la masa. En la imagen se quiere representar tal efecto.

En la teoría de la relatividad general, la gravitación se interpreta como una distorsión del espacio que se forma alrededor de la masa que provoca dicha distorsión, cuya importancia iría en función de la importancia de la masa que distorsiona el espacio que, en el caso de estrellas con gran volumen y densidad, tendrán una importancia considerable, igualmente, la fuerza de gravedad de planetas, satélites y grandes objetos cosmológicos, es importante.

Esta fuerza es la responsable de tener cohexionado a todo el universo, de hacer posible que existan las galaxias, los sistemas solares y que nosotros mismos tengamos bien asentados los pies a la superficie de nuestro planeta Tierra, cuya gravedad tira de nosotros para que así sea.

Un sistema solar en el que los planetas aparecen cohexionados alrededor del cuerpo mayor, la estrella. Todos permanecen unidos gracias a la fuerza de Gravedad que actúa y los sitúa a las adecuadas distancias en función de la masa de cada uno de los cuerpos planetarios.

No obstante, a escala atómica la fuerza gravitacional resulta ser unos 1040 veces más débil que la fuerza de atracción electromagnética, muy potente en el ámbito de la mecánica cuántica donde las masas de las partículas son tan enormemente pequeñas que la gravedad es despreciable.

No pocas veces hemos querido utilizar la fuerza electromagnética para crear escudos a nuestro alrededor, o, también de las naves viajeras, para evitar peligros exteriores o ataques. Es cierto que, habiéndole obtenido muchas aplicaciones a esta fuerza, aún nos queda mucho por investigar y descubrir para obtener su pleno rendimiento.

La gravitación cuántica es la teoría en la que las interacciones gravitacionales entre los cuerpos son descritas por el intercambio de partículas elementales hipotéticas denominadas gravitones. El gravitón es el cuanto del campo gravitacional. Los gravitones no han sido observados, aunque se presume que existen por analogía a los fotones de luz.

Para saber dónde se encuentra una partícula hay que iluminarla. Pero no se puede utilizar cualquier tipo de luz: hay que usar luz cuya longitud de onda sea por lo menos, inferior a la partícula que se desea iluminar. Pero sucede que cuanto más corta es la longitud de onda, más elevada es la frecuencia, de modo que esa luz transporta una muy elevada energía. Al incidir sobre la partícula ésta resulta fuertemente afectada.
El científico puede finalmente averiguar donde esta la partícula, pero a cambio de perder toda información acerca de su velocidad. Y a la inversa, si consigue calcular la velocidad, debe renunciar a conocer su posición exacta.

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La superficie de un cuerpo negro es un caso límite, en el que toda la energía incidente desde el exterior es absorbida, y toda la energía incidente desde el interior es emitida. No existe en la naturaleza un cuerpo negro, incluso el negro de humo refleja el 1% de la energía incidente.

Se denomina cuerpo negro a aquel cuerpo ideal que es capaz de absorber o emitir toda la radiación que sobre él incide. Las superficies del Sol y la Tierra se comportan aproximadamente como cuerpos negros.

La teoría cuántica es un ejemplo de talento que debemos al físico alemán Max Planck (1.858 – 1.947) que, en el año 1.900 para explicar la emisión de radiación de cuerpo negro de cuerpos calientes, dijo que la energía se emite en cuantos, cada uno de los cuales tiene una energía igual a hv, donde h es la constante de Planck (E = hv o ħ = h/2π) y v es la frecuencia de la radiación. Esta teoría condujo a la teoría moderna de la interacción entre materia y radiación conocida como mecánica cuántica, que generaliza y reemplaza a la mecánica clásica y a la teoría electromagnética de Maxwell.  En la teoría cuántica no relativista se supone que las partículas no son creadas ni destruidas, que se mueven despacio con respecto a la velocidad de la luz y que tienen una masa que no cambia con la velocidad. Estas suposiciones se aplican a los fenómenos atómicos y moleculares y a algunos aspectos de la física nuclear. La teoría cuántica relativista se aplica a partículas que viajan cerca de la velocidad de la luz, como por ejemplo, el fotón.

                                           La radiación está presente en todos los objetos y cuerpos

Por haberlo mencionado antes me veo obligado a explicar brevemente el significado de “cuerpo negro”, que está referido a un cuerpo hipotético que absorbe toda la radiación que incide sobre él. Tiene, por tanto, una absortancia y una emisividad de 1. Mientras que un auténtico cuerpo negro es un concepto imaginario, un pequeño agujero en la pared de un recinto a temperatura uniforme es la mejor aproximación que se puede tener de él en la práctica.

La radiación de cuerpo negro es la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro. Se extiende sobre todo el rango de longitudes de onda y la distribución de energía sobre este rango tiene una forma característica con un máximo en una cierta longitud de onda, desplazándose a longitudes de onda más cortas al aumento de temperaturas (ley de desplazamiento de Wien).

Existen en el Universo configuraciones de fuerzas y energías que aún no podemos comprender. La vastedad de un Universo que tiene un radio de 13.700 millones de años, nos debe hacer pensar que, en esos espacios inmensos existen infinidad de cosas y se producen multitud de fenómenos que escapan a nuestro entendimiento. Son fuerzas descomunales que, como las que puedan emitir agujeros negros gigantes, estrellas de neutrones magnetars y explosiones de estrellas masivas en supernovas que, estando situadas a miles de millones de años luz de nuestro ámbito local, nos imposibilita para la observación y el estudio a fondo y sin fisuras, y, a pesar de los buenos instrumentos que tenemos hoy, siguen siendo insuficientes para poder “ver” todo lo que ahí fuera sucede.

¡El Universo! Todo lo que existe.

emilio silvera

Una vieja entrevista con Kip thorne

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Kip Thorne posa frente a la sede de la Royal Society de Londres antes de la entrevista
Kip Thorne posa frente a la sede de la Royal Society de Londres antes de la entrevista / CARMEN VALIÑO (EL PAÍS)

Kip Thorne (Logan, EE UU, 1940) es uno de los mayores expertos mundiales en agujeros negros. Últimamente también se ha convertido en una estrella de la divulgación como asesor de Interstellar, la película que plantea una expedición humana a un agujero de gusano, seguida de una caída en un agujero negro, seguida de un viaje hacia la quinta dimensión. La semana pasada, este físico teórico del Instituto Tecnológico de California acudió a Londres para la presentación de la medalla Stephen Hawking, impulsada por el Festival Starmus. Después de la ceremonia, el físico explicó a Materia sus próximos proyectos.

Simulación de lente gravitacional por un agujero negro que distorsiona la imagen de una galaxia en el fondo

Pregunta. ¿Por qué cree que los agujeros negros son tan atractivos para la gente?

Respuesta. Bueno, son misteriosos, son extraños, llevan la marca personal de Stephen Hawking… Para los científicos, son únicos. Aunque se crearon por la implosión de una estrella, la materia desaparece en la singularidad en el centro del agujero negro. Por eso están hechos solo de tiempo y espacio curvos, no tienen materia, son completamente diferentes de ti y de mí.

P. Para Interstellar hizo cálculos reales de qué sucede si caes en un agujero negro. ¿Qué es lo más interesante que descubrió?

R. Lo más excitante fue ver cuál sería el aspecto de Gargantúa, el agujero negro. Es maravillosa, con ese halo alrededor y el disco que lo cruza. Otra cosa muy interesante es cuando Cooper [Matthew McConaughey] entra en el agujero negro. En ese momento dice: estoy cruzando el horizonte de sucesos [el punto de no retorno en un agujero negro]. Claro, nada escapa de un agujero negro, ni siquiera la luz, por lo que de frente no verías nada, pero, si miras atrás y ya estás dentro de él, sí verías el universo exterior. Y es una imagen maravillosa en la que el disco de gas caliente en torno al agujero negro es un anillo en el cielo que contiene al universo.

Los agujeros negros están hechos de tiempo y espacio curvo, no tienen materia, son completamente diferentes de ti y de mí”

 

P.¿Y qué pasa después?

R. Pues sabemos que hay tres singularidades diferentes dentro de un agujero negro. Una singularidad es un punto en el que la curvatura del espacio-tiempo se hace infinitamente fuerte. Hay una singularidad descubierta por tres físicos teóricos rusos alrededor de 1970. Si caes en esa, estás totalmente destruido, te haces trizas de forma caótica y salvaje. Una segunda singularidad está hecha de todas las cosas que caen al agujero negro después de ti. Este material cae durante miles de millones de años, pero el tiempo va tan lento dentro de un agujero negro que todo ese material se te cae encima en una fracción de segundo, como si fuera una plancha. No me gustaría que eso me pasase. Cooper encuentra la tercera singularidad, que es la más débil de todas. Esta singularidad la causa todo lo que cayó al agujero negro antes que tú. Una fracción pequeña de todo ese material rebotará como si fuera una piedra que da saltos sobre el agua de un estanque. Esa pequeña fracción de toda la materia que cayó al agujero negro sale despedida y saca con él a Cooper en una fracción de segundo. Así que hay una posibilidad de que sobrevivas a un agujero negro.

P. ¿Qué será lo siguiente para usted en este campo?

Las leyes de la gravedad cuántica nos dirán si es posible viajar en el tiempo”

 

R. Stephen Hawking, Lynda Obst, una productora de Hollywood, y yo, hemos escrito nueve borradores de una nueva película. Es muy diferente de Interstellar. Estamos empezando a hablar con posibles guionistas y estudios sobre ella. Es aún en un momento inicial del proyecto

P. ¿De qué tratará?

R. Algo que aprendí de Christopher Nolan es que no dices nada a la gente sobre una película antes de tiempo. Vas filtrando la información en el momento adecuado para aumentar la expectación, así que por ahora solo puedo decir esto. Y que tendrá física interesante.

P. ¿Cuál es el próximo gran reto en la física de los agujeros negros?

R. Hay algo que nunca hemos visto: cómo se comportan dos agujeros negros que chocan y crean una tormenta en el espacio-tiempo. La colisión hace que, por un breve periodo, el paso del tiempo acelere, desacelere, vuelva a acelerar… todo de una forma salvaje, caótica. Esto deforma el espacio en una dirección y otra, que gire en el sentido de las agujas del reloj y después al revés, crea vórtices que curvan el espacio y que luchan unos con otros. Hemos visto esto muy recientemente en simulaciones por ordenador y empezamos a entender cómo se comporta una tormenta en la que el tiempo y el espacio oscilan de forma salvaje. Nunca lo hemos observado, pero lo vamos a hacer muy pronto.

P. ¿Cómo?

R. Cuando estos agujeros negros chocan crean ondas en el tejido del espacio-tiempo que se llaman ondas gravitacionales. Estas nos darán suficiente información como para ir hacia atrás en el tiempo partiendo de la onda que vemos y las simulaciones y probar si estas predicen de forma correcta lo que está pasando.

P. ¿Cuándo esperan captarlas?

LIGO celebrates 1st anniversary of GW detection

R. Para hacerlo hemos construido los detectores LIGO. El equipo comenzó su primera tanda de búsquedas de ondas gravitacionales con los detectores avanzados en septiembre de 2015 y seguirá haciéndolo hasta enero de 2016. Estos detectores, incluso en la primera búsqueda, son tan sensibles que pueden captar un choque de agujeros negros a 1.000 millones de años luz de la Tierra, es decir, un décimo de la distancia hasta el límite del universo observable. Si tenemos suerte, captaremos algo en la primera búsqueda.

P. ¿Cuál es la próxima gran frontera de la física?

civilizaciones

Es muy probable que haya civilizaciones más avanzadas que las nuestras”

 

R. Entender las leyes de la gravedad cuántica que derivan de combinar la relatividad/a/”>Relatividad General con la física cuántica. No entendemos esas leyes bien, podría ser alguna variante de la teoría de cuerdas o la teoría M. Si tuviera que hacer una predicción diría que ese es el camino por el que iremos. Una vez entendamos esas leyes nos contarán de una forma muy clara el nacimiento del universo, qué pasa en la singularidad dentro de un agujero negro y si es posible retroceder en el tiempo.

P. ¿Cree que eso abrirá los viajes en el tiempo?

R. Abrirá una puerta a los viajes en el tiempo… o la cerrará [risas].

P. En uno de sus libros especulaba que si la humanidad quiere sobrevivir debería irse a un agujero negro ¿Cree que es es nuestro futuro?

R. Hará falta mucho tiempo hasta que los humanos podamos explorar un agujero negro. Pero es verdad que en el giro de un agujero negro hay una enorme cantidad de energía rotacional que la naturaleza extrae para producir los gigantes brotes que salen de los núcleos de las galaxias. Los humanos de una civilización avanzada podrían usarlos como una descomunal fuente de energía mucho más potente que la fusión nuclear que sucede en el interior de las estrellas.

P. ¿Piensa que hay otras formas de vida inteligente en el universo?

R. Es muy probable que haya vida inteligente en el universo, civilizaciones más avanzadas que las nuestras. Pero las distancias entre las estrellas son tan enormes que el viaje interestelar es cada vez más difícil. Dudo mucho que otra civilización haya visitado la Tierra, pero creo que es muy probable que nos comuniquemos con ellos algún día, quizás antes de que yo muera, quizás no. Buscar señales de civilizaciones extraterrestres es una de los empeños científicos más importantes que hay.

P. ¿Qué fue lo más importante que nos dejó Albert Einstein, la Relatividad General de la que se cumplen ahora 100 años?

R. Nos dio una ley que controla las leyes de la naturaleza. Es el principio de relatividad, que dice que sean cuales sean las leyes de la naturaleza, tienen que ser la mismas vistas por cualquier persona en cualquier lugar del universo si se están moviendo libremente. Creo que ese puede ser el mayor logro intelectual de todos los tiempos.

Hasta aquí aquella entrevista. A partir de ahora, con el descubrimiento publicado, comenzaremos una nueva etapa sobre el conocimiento del Universo que, de seguro., nos traerá muchyas sorpresas.

¿Será único nuestro Universo?

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Quinteto de Stephan

Como nunca nadie pudo estar en otro Universo, tenemos que imaginarlos y basados en la realidad del nuestro, ralizamos conjeturas y comparaciones con otros que podrìan ser. ¿Quién puede asegurar que nuestro Universo es único? Realmente nadie puede afirmar tal cosa e incluso, estando limitados a un mundo de cuatro dimendiones espacio-temporales, no contamos con las físicas necesarias para poder captar (si es que lo hay), ese otro universo paralelo o simbiótico que presentimos junto al nuestro y que sospechamos que está situado en ese “vacío” que no hemos llegado a comprender. Sin embnargo, podríamos conjeturar que, ambos universos, se necesitan mutuamente, el uno sin el otro no podría existir y, de esa manera, estaríamos en un universo dual dentro de la paradoja de no poder conocernos mutuamente, al menos de momento, al carecer de los conocimientos necesarios para ello.

Es curioso como un equipo de astrónomos y cosmólogos estudiante la expansión del Universo y tratando de buscar la verdadera causa de dicho comportamiento (las galaxias se alejan las unas de las otras sin una razón aparente, toda vez que, la cantidad de materia bariónica percibida, no sería suficiente para arrastrarlas de esa manera), de manera denodada y pertinaz buscan el por qué se expande el universo de esa manera que no pueden explicar y, en dicha tarea, dicen haber percibido, más allá del supuesto “borde de nuestro Universo” la presencia de algo grande.

Lo único que se me ocurre pensar es en la presencia de otro universo que tira del nuestro por la fuerza de gravedad que genera y, al final del camino, como ocurre con las galaxias, terminiran fusionandose los dos universos. Es simplemente lo que ocurre con las galaxias pero, a escala mayor.

Imagináis la grandiosidad que está presente en una sola Galaxia como la nuestra. Así el poeta, hablando consigo mismo exclamó:

¡Oh mundo de mundos!

¡Oh vida de vidas!

¿Cuál es tu centro?

¿Dónde estamos nosotros?

¿Habrá más de lo que vemos?

¿Debemos prestar atención a las voces que oímos en nuestras mentes?

El Universo (al menos el nuestro), nos ofrece algo más, mucho más que grandes espacios vacíos, oscuros y fríos. En él podemos ver muchos lugares luminosos llenos de estrellas, de mundos y… muy probablemente de vida. Sin embargo, tenemos la sospecha de que, aparte del nuestro, otros universos podrían rondar por ahí y conformar un todo de múltiples Universos de caracterísiticas diversas y no en todos, sería posible la de estrellas y como consecuencia la Vida.

En nuestras ánsias de querer saber sobre “esa verdad” que incansables perseguimos, hemos realizados innumerables excursiones por todos los senderos conocidos y otros nuevos que hemos dejado abiertos intentanto llegar a entender y explicar si, las fuerzas fundamentales de la Naturaleza y, las Constantes Universales pudieran estar presentes, en otros Universos de la misma manera que en el nuestro. La conclusión ha sido que no. Otros Universos (si existen) podrían ser iguales al nuestro y también, muy diferentes y todo dependería de su momento inicial que es el que determina la de Universo quen será cualquier universo que pudiera llegar a existir.

No es fácil imaginar cómo serían esos otros universos y como llegar a ellos, o, que criaturas los poblarán

Hemos visto como los cosmólogos contemplan activamente la naturaleza de “otros mundos” en los que las constantes harían la vida imposible. Esto nos plantea la cuestión más profunda de si estos otros mundos “existen” en algún sentido y, si es así, qué los hace diferentes del mundo que vemos nosotros. También ofrece una alternatica al vijeo argumento de que el aparente buen ajuste del mundo para que posea todas aquellas propiedades requeridas para la vida es de alguna forma de un diseño especial. Pues si existen todas las alternativas posibles, debemos encontrarnos necesariamente habitando en una de las que permiten que exista la vida. Y podríamos ir aún más lejos y aventurar la conjetura de que podríamos esperar encontrarnos en el tipo más probable de Universo que sustenta la vida.

“Si pudiéramos saber que nuestro propio Universo era sólo uno entre un número indefinido de ellos, con propiedades cambiantes, quizá podríamos invocar una solución análoga al principio de la selección natural; que sólo en ciertos universos, entre los que se incluye el nuestro, se dan las condiciones apropiadas para el surgir de la vida, y a menos que se satisfaga esta condición en otros universos no podría existir observadores para advertir tal hecho.”

 

 

¡No saben lo que se pierden! ¡Pobres universos!

Una de las dificultades de concebir siquiera semejantes multiversos de todos los universos posibles es que hay muchas cosas que podrían ser diferentes. De nuestro estudio de las matemáticas sabemos que existen lógicas diferentes a la que utilizamos en la práctica, en la que los enunciados son o verdaderos o falsos. Análogamente, hay diferentes estructuras matemáticas; diferentes leyes de la Naturaleza posible ; diferentes valores para las constantes de la Naturaleza; diferentes números de dimensiones de espacio y de tiempo; diferentes de partida para el Universo; y diferentes resultados aleatorios para secuencias complejas de sucesos. Frente a ello, la colección de todos los mundos posibles tendría que incluir, como mínimo, todas las permutaciones y combinaciones posibles de estas diferentes cosas. Obtener una comprensión de todo este maremagnum sería pedirnos demasiado (al menos por el momento).

Claro que, concebir Universos con más que el nuestro…se nos hace muy cuesta arriba. Nuestras mentes son tridimensionales y, hemos al añadido de esa cuarta dimensión temporal que nos trajo la relatividad especial pero, cuando tratamos de ir más allá, no asimilamos bien y la visión de ese “mundo” de domensiones extra, no caben en nuestra cabeza. Sin embargo, los números sí lo permiten y pueden configurar mundos de 10, 11 y hasta 26 dimendiones y, en ese mundo teórico-matemático, sí pueden convivir todas las fuerzas de nuestro Universo y allí podemos respuestas que, en nuestro Universo cotidiano cuatridimensional, no podemos hallar.

Lo cierto es que, ya hemos visto lo que puede suceder si se realizaran algunos de esos otros mundos posibles, mundos con más dimensiones u otros valores de las constantes cruciales. Sin embargo, no sabemos si estos diferentes mundos son realmente posibles. Está muy bien contemplar cambios en las constantes de la Naturaleza y las cantidades que definen la forma y el tamaño del Universo. Pero ¿hay realmente universos alternativos permitidos o son tan posibles como los círculos cuadrados? Podría ser que la “Teoría de Todo” sea muy restrictiva cuando se trate de dar permiso de planificación para otros universos.

                          Por imaginar que no quede. Nuestras mentes construyen escenarios que…

El hecho de que podamos concebir muchos universos alternativos, definidos por otros valores de las constantes de la Naturaleza, quizá sea simplemente un reflejo de nuestra ignorancia acerca de “la prisión” en la quen está confinada la consistencia lógica que exige una Teoría de Todo. Cuando se trata de comntemplar otros universos tenemos dos formas de abordar el problema. Existe la aproximación conservadora que produce mundos alternativos haciendo pequeños cambios en las propiedades de nuestro mundo; pequeños cambios en los valores de algunas de las constantes de la Naturaleza, propiedades ligeramente diferentes del Universo astronómico, quizá, pero no cambios en las propias leyes de la Naturaleza. Normalmente estos muestran que si “los pequeños cambios” son demasiado grandes hay consecuencias adversas para la existencia de la vida tal como la conocemos. Nuestro tipo de vida puede seguir existiendo si hubiera un cambio de una parte en cien mil millones en el valor de la constante de estructura fina, pensamos nosotros, pero no si hubiera un cambio de una parte entre diez.

 

¿Quién sabe? Con unas constantes diferentes podríamos tener cualquir clase de Universo incluso ¿Alguno en la sombra? Claro que grandes cambios pueden alterar otras cosas como las leyes, la lógica matemática subyacente o el de dimensiones del espacio tiempo. Tiene que concebir tipos de “vida” que ni podemos imaginar, serían completamente nuevos y que podrían existir en ambientes tan diferentes al nuestro que, incluso, teniendolos a nuestro lado, no lo podríamos ver y, claro, al llegar a este punto nos suscita tener que hacer un examen más detallado de qué entendemos por vida, dado que esa vida de ese otro universo, sería tan vida como la del nuestro.

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Ante todas estas ideas… al ver escenas de nuestro mundo como la que arriba contemplamos, no puedo dejar de imaginar lo que pensarían seres de otros mundos que nos pudieran estar observando. Fabricamos “colmenas” que nos sirven de habitad y que están adecuadas a las de nuestro mundo. En otros mundos mucho mayores, de tener presente la vida, dada su enorme gravedad, ésta tendría que ser pequeña ¿De insectos quizá?

 

No sería nada agradable visitar otro Universo en cuyos mundos sólo vivieran insectos de dos metros, o, aquellos otros que, poblados de sofisticados robots tuvieran una Sociedad constituida sobre una continuada replicación y su único objetico sería el de poblar mundos y más mundos en los que, como sería lógico pensar, no cabrían otros seres que, como nosotros, vinieran de un origen natural que serían, seguramente, los seres primigenios del planeta que construyeron a los que hoy dominan esos mundos.

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Haber podido conquistar algunos conocimientos que nos hablan de la inmensidad del Universo, de la diversidad de infinitas estrellas y de la multiplicidad de mundos que existen en las galaxias que pueblan el Cosmos, no podemos dejar de imaginar los mundos que, con propiedades diferentes a las de la Tierra, puedan albergar a criaturas que, unas veces habrán alcanzado la consciencia y otras no. Cuando podamos alcanzar la tecnología necesaria para visitar otros mundos que orbitan a estrellas similares y diferentes al Sol, entonces, y sólo entonces, podremos comprender que la vida en el Universo es de muchas maneras y que no estamos solos en tan vasto espacio.

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                        Cientos de miles de millones de estrellas y de mundos y… de formas de vida

Negarlo no lo podemos negar y, hasta es muy probable que sí puedan existir esos otros Universos. Sin embargo, yo me quedo con el nuestro que, poco a poco,  se va dejando descorrer el velo que esconde sus secretos y estamos llegando a un nivel aceptable de comprensión de lo que su Naturaleza pudiera ser. Ningún Universo como el nuestro para vivir y tratar de llevar a cabo nuestros proyectos de futuro. Y, si finalmente nos vemos abocados a tener que “mudarnos” a uno de esos otros Universos, lo esencial será comprobar antes que, las son exactas o muy parecidas a las del nuestro,

Este escenario evolutivo de nuestro Universo tiene la característica clave de que las físicas en el pasado no eran las mismas que las actuales o las futuras. Hubo épocas en que la vida no podía existir porque había demasiado calor para los átomos; hubo épocas previas a las estrellas y habrá un tiempo en el que todas las estrellas hayan muerto. En este escenario hay un intervalo preferido de la historia cósmica durante el que es más probable que los observadores evolucionen por primera vez y hagan sus observaciones del Universo y, si hemos hecho nuestra tarea, también sabremos de esos otros universos que nos pudieran acoger en ese momento final del nuestro.

¡Es todo tan complicado! ¡Sabemos tan poco!

 

¿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.

El “Principio Copernicano”, invocado frecuentemente en la Cosmología moderna, insiste en la homogeneidad del Universo, negando cualquier primacía de posición o propiedades asociadas con la existencia humana. En cualquier parte del Universo podrán estar presentes los seres vivos.

El “Principio Copernicano” como habréis deducido ya, toma su nombre de la propuesta de Copérnico (ya anteriormente formulada por Aristarco) de desplazar a la Tierra de la posición central ocupada en el sistema de Tolomeo, aunque tal centralidad se debiese a la falta de paralaje estelar y no a una sobrevaloración de nuestra existencia en el planeta.

El paso siguiente lo dio Shapley hace un siglo, al mostrar que tampoco el Sol ocupa el centro de la Via Láctea. Finalmente, el Universo “finito pero ilimitado” de Einstein niega la posibilidad de encontrar un centro en su volumen tridimensional, y afirma la equivalencia de posición de todos los puntos del espacio. No tiene sentido preguntar dónde estamos en el continuo expandirse de un Universo que contiene probablemente más de 100.000 millones de galaxias, y que vuelve a la insignificancia aun la majestuosa estructura de la Vía Láctea, nuestra ciudad cósmica.

Sin embargo, a partir de la década de los años 30, se da una reacción interesante, que afirma, cada vez con argumentos más fuertes y detallados, que el Hombre está en un tiempo y un lugar atípicos y privilegiados en muchos respectos, que obligan a preguntarnos si nuestra existencia está ligada en un modo especial a características muy poco comunes en el Universo. Esta pregunta adquiere un significado especial al considerar las consecuencias previsibles (según las leyes físicas) de cualquier alteración en las condiciones iniciales del Universo. Con un eco de las palabras de Einstein¿tuvo Dios alguna alternativa al crear?. No solamente debemos dar razón de que el Universo exista, sino de que exista de tal manera y con tales propiedades que la vida inteligente puede desarrollarse en él. Tal es la razón de que se formule el Principio Antrópico, en que el Hombre (entendido en el sentido filosófico de “animal racional”, independientemente de su hábitat y su morfología corporal) aparece como condición determinante de que el Universo sea como es.

     No hemos logrado ese contacto pero…llegará y, al menos yo, no las tengo todas conmigo.

Las primeras sugerencias de una conexión entre vida inteligente y las propiedades del Universo en su momento actual aparecen en las relaciones adimensionales hechas notar por Eddington: la razón de intensidad entre fuerza electromagnética y fuerza gravitatoria entre dos electrones, entre la edad del Universo y el tiempo en que la luz cruza el diámetro clásico de un electrón, entre el radio del Universo observable y el tamaño de una partícula subatómica, nos da cifras del orden de 10 elevado a la potencia 40. El número de partículas nucleares en todo el cosmos se estima como el cuadrado de ese mismo número. ¿Son éstas coincidencias pueriles o esconden un significado profundo?. La hipótesis de los grandes números sugiere que el Hombre solamente puede existir en un lugar y momento determinado, cuando tales coincidencias se dan, aunque nadue hasta el momento ha podido dar una explicación de estas relaciones.

        Arthur Eddintong

Eddintong, un gran astrónomo, nos ayudo a comprender mucho mejor el Universo y sus ideas germinaron en el saber de esa ciencia que nos lleva a conocer el inmenso entorno al que pertenecemos.

Si la carga del electrón, la masa del protón o la velocidad de la luz, variaran tan sólo una diesmilésima parte… ¡La vida tal como la conocemos no existiría! Es decir, estamos ante el problema del ajuste fino que significa que las las constantes fundamentales de un modelo físico para el universo deben ser ajustados de forma precisa para permitir la existencia de vida. Sobre estas constantes fundamentales no hay nada en la teoría que nos indique que deban tomar esos valores que toman. Podemos fijarlas de acuerdo con las observaciones, pero esto supone fijarlas de entre un rango de valores colosal. Esto da la impresión de cierta arbitrariedad y sugiere que el universo podría ser una realización improbable entre tal rango de valores. He ahí el problema.

El principio antrópico nos invita al juego mental de probar a “cambiar” las constantes de la naturaleza y entrar en el juego virtual de ¿qué hubiera pasado si…? Ya hemos hablado aquí muchas otras veces de lo que pasaría si el valor de las constantes fueran diferentes.

                                     ¿Viviríamos en un mundo de revés?

Especulamos con lo que podría haber sucedido si algunos sucesos no hubieran ocurrido de tal o cual manera para ocurrir de esta otra. ¿Qué hubiera pasado en el planeta Tierra si no aconteciera en el pasado la caída del meteorito que acabó con los dinosaurios? ¿Habríamos podido estar aquí hoy nosotros? ¿Fue ese cataclismo una bendición para nosotros y nos quitó de encima a unos terribles rivales?

Fantasean con lo que pudo ser…. Es un ejercicio bastante habitual; sólo tenemos que cambiar la realidad de la historia o de los sucesos verdaderos para pretender fabricar un presente distinto. Cambiar el futuro puede resultar más fácil, nadie lo conoce y no pueden rebatirlo con certeza. ¿Quién sabe lo que pasará mañana?

 

                   ¿Serán ellos y no nosotros los que dominen el futuro?

Siempre estamos imaginando el futuro que vendrá. Los hombres tratan de diseñarlo pero, finalmente, será el Universo el que tome la última palabra de lo que deba ser. Por mucho que nosotros nos empeñemos, las estructuras del Universo nunca podrán ser cinceladas por nuestras manos ni por nuestros ingenios, sólo las inmensas fuerzas de la Naturaleza puede transformar las estrellas, las galaxias o los mundos…lo demás, por muy bello que pudiera ser, siempre será lo artificial.

Lo que ocurra en la naturaleza del universo está en el destino de la propia naturaleza del cosmos, de las leyes que la rigen y de las fuerzas que gobiernan su mecanismo sometido a principios y energías que, en la mayoría de los casos se pueden escapar a nuestro actual conocimiento.

Lo que le pueda ocurrir a nuestra civilización, además de estar supeditada al destino de nuestro planeta y de nuestro Sol, incluso de nuestro Sistema Solar y de  la Galaxia, de alguna manera,  también está en manos de los propios individuos que forman esta civilización y que, con sensibilidades distintas y muchas veces dispares, hace impredecibles los acontecimientos que puedan provocar individuos que participan con el poder individual de libre albedrío. Fijaos hoy mismo lo que puede dar de sí esa insensata polémica (que dura ya milenios) entre los palestinos y los israelitas.

Siempre hemos sabido especular con lo que pudo ser o con lo que podrá ser si… Lo que en la mayoría de las veces, es el signo de cómo queremos ocultar nuestra ignorancia. Bien es cierto que sabemos muchas cosas pero, también es cierto que son más numerosas las que no sabemos.

Cuando el Sol agote todo su combustible nuclear, estará acercándose el final de la Tierra como planeta que albergó la vida. Los cambios serán irreversibles, los océanos se evaporarán y sus aguas hirvientes comenzarán a llenar la atmósfera de gases. La Gigante roja engullirá a los planetas Mercurio, Venus y probablemente se quedará muy cerca de la Tierra calcinada y sin vida.

Sabiendo que el destino irremediable de nuestro mundo, el planeta Tierra, es de ser calcinado por una estrella gigante roja en la que se convertirá el Sol cuando agote la fusión de su combustible de hidrógeno, helio, carbono, etc, para que sus capas exteriores de materia exploten y salgan disparadas al espacio exterior, mientras que, el resto de su masa se contraerá hacia su núcleo bajo su propio peso, a merced de la gravedad, convirtiéndose en una estrella enana blanca de enorme densidad y de reducido diámetro. Sabiendo eso, el hombre está poniendo los medios para que, antes de que llegue ese momento (dentro de algunos miles de millones de años), poder escapar y dar el salto hacia otros mundos lejanos que, como la Tierra ahora, reúna las condiciones físicas y químicas, la atmósfera y la temperatura adecuadas para acogernos.

Resultado de imagen de Nebulosas planetarias

cualquiera de estas figuras podría ser nuestro sol dentro de 5.000 millones de años

En el inmenso Universo, 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.

Pero el problema no es tan fácil y se extiende a la totalidad del universo que, aunque mucho más tarde, también está abocado a la muerte térmica, el frío absoluto si se expande para siempre como un universo abierto y eterno, o el más horroroso de los infiernos, si estamos en un universo cerrado y finito en el que, un día, la fuerza de gravedad, detendrá la expansión de las galaxias que comenzarán a moverse de nuevo en sentido contrario, acercándose las unas a las otras de manera tal que el universo comenzará, con el paso del tiempo, a calentarse, hasta que finalmente, se junte toda la materia-energía del universo en una enorme bola de fuego de millones de grados de temperatura, el Big Crunch. Eso daría lugar a otro Big Bang, a otro universo. Sin embargo, según los datos de que se dispone hoy, no parece que el Big Crunch pueda suceder.

     Un universo replegándose sobre sí mismo…no parece probable


El irreversible final está entre los dos modelos que, de todas las formas  que lo miremos, es negativo para la Humanidad (si es que para entonces aún existe). En tal situación, algunos ya piensan en la manera de escapar a tan terrible futuro. Claro que, ahora no podemos saber si finalmente, nuestro Universo se fundirá con otro como consecuencia de la expansión (el otro también se expande hacia nosotros) y, como se fusionan las galaxias, también deben hacerlo los universos. Si eso es así (que no se sabe), quizá todo diera lugar a un nuevo “amanecer” para la Humanidad.

Stephen Hawking ha llegado a la conclusión de que estamos inmersos en un multiuniverso, esto es, que existen infinidad de universos conectados los unos a los otros. Unos tienen constantes de la naturaleza que permiten vida igual o parecida a la nuestra, otros posibilitan formas de vida muy distintas y otros muchos no permiten ninguna clase de vida.

Este sistema de inflación autorreproductora nos viene a decir que cuando el universo se expande (se infla) a su vez, esa burbuja crea otras burbujas que se inflan y a su vez continúan creando otras nuevas más allá de nuestro horizonte visible. Cada burbuja será un nuevo universo, o mini-universo en  los que reinarán escenarios diferentes o diferentes constantes y fuerzas.

                           ¿Quién puede saber de lo que seremos capaces mañana?


El posible escenario futuro ha sido explorado y el resultado hallado es que, podrían exisitr otros universos en cada uno de esos universos, puede haber muchas cosas diferentes; pueden terminar con diferentes números de dimensiones espaciales o diferentes constantes y fuerzas de la naturaleza, pudiendo unos albergar la vida y otros no. ¡Qué locura!

El reto que queda para los cosmólogos es calcular las probabilidades de que emerjan diferenta universos a partir de esta complejidad inflacionaria ¿Son comunes o raros los universos como el nuestro? Existen, como para todos los problemas planteados, diversas conjeturas y consideraciones que influyen en la interpretación de cualquier teoría cosmológica futura cuántico-relativista. Hasta que no seamos capaces de exponer una teoría que incluya la relatividad general de Einstein (la gravedad-cosmos) y la mecánica cuántica de Planck (el cuanto-átomo), no será posible contestar a ciertas preguntas.

                           Hablando de universos paralelos, Douglas Adams nos dice:

“Lo primero que hay que comoprender sobre los universos paralelos… es que no son paralelos. Es importante comprender que ni siquiera son, estrictamente hablando, universos, pero es más fácil si uno lo intenta y lo comprende un poco más tarde, después de haber comprendido que todo lo que ha comprendido hasta el momento no es verdadero.”

 

 

 

 

La teoría de cuerdas tiene un gancho tremendo. Te transporta a un mundo de 11 dimensiones, universos paralelos, y partículas formadas por cuerdecitas casi invisibles vibrando a diferentes frecuencias. Además, te dice que no se trata de analogías sino de la estructura más profunda de la realidad, y que ésta podría ser la teoria final que unificara por fin a toda la física. ¿No estaremos hablando de Filosofía?

Todas las soluciones que buscamos parecen estar situadas en teorías más avanzadas que, al parecer, sólo son posibles en dimensiones superiores, como es el caso de la teoría de supercuerdas situada en 10, 11 ó 26 dimensiones. Allí, si son compatibles la relatividad y la mecánica cuántica, hay espacio más que suficiente para dar cabida a las partículas elementales, las fuerzas gauge de Yang-Mill, el electromagnetismo de Maxwell y, en definitiva, al espacio-tiempo y la materia, la descripción verdadera del universo y de las fuerzas que en él actúan.

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Científicamente, la teoría del hiperespacio lleva los nombres de Teoría de Kaluza-Klein y supergravedad. Pero en su formulación más avanzada se denomina Teoría de Supercuerdas, una teoría que desarrolla su potencial en nueve dimensiones espaciales y una de tiempo: diez dimensiones. Así pues, trabajando en dimensiones más altas, esta teoría del hiperespacio puede ser la culminación que conoce dos milenios de investigación científica: la unificación de todas las fuerzas físicas conocidas. Como el Santo Grial de la Física, la “teoría de todo” que esquivó a Einstein que la buscó los últimos 30 años de su vida (sin tener las herramientas matemáticas necesarias para ello).

CAMINO HACIA EL UNIVERSO

                                  ¿Quién sabe si los caminos hacia otros universos no estarán ya imaginados?

Es cierto, los mejores siempre han buscado el Santo Grial de la Física. Una Teoría que lo pueda explicar todo, la más completa que, mediante una sencilla ecuación, responda a los misterios del Universo. Claro que tal hazaña, no depende siquiera de la inteligencia del explorador que la busca, es más bien un problema de que las herramientas necesarias (matemáticas) para hallarla, aún no han sido inventadas.

Durante el último medio siglo, los científicos se han sentido intrigados por la aparente diferencia entre las fuerzas básicas que mantienen unido al cosmos: la Gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil. Los intentos por parte de las mejores mentes del siglo XX para proporcionar una imagen unificadora de todas las fuerzas conocidas han fracasado. Sin embargo, la teoría del hiperespacio permite la posibilidad de explicar todas las fuerzas de la naturaleza y también la aparentemente aleatoria colección de partículas subatómicas, de una forma verdaderamente elegante.  En esta teoría del hiperespacio, la “materia” puede verse también como las vibraciones que rizan el tejido del espacio y del tiempo. De ello se sigue la fascinante posibilidad de que todo lo que vemos a nuestro alrededor, desde los árboles y las montañas a las propias estrellas, no son sino vibraciones del hiperespacio.

 

            Queremos llegar a manejar los mundos, las galaxias, el universo…

Antes mencionábamos los universos burbujas nacidos de la inflación y, normalmente, el contacto entre estos universos burbujas es imposible, pero analizando las ecuaciones de Einstein, los cosmólogos han demostrado que podría existir una madeja de agujeros de gusano, o tubos, que conectan estos universos paralelos.

Aunque muchas consecuencias de esta discusión son puramente teóricas, el viaje en el hiperespacio puede proporcionar eventualmente la aplicación más práctica de todas: salvar la vida inteligente, incluso a nosotros mismos, de la muerte de este universo cuando al final llegue el frío o el calor.

Esta nueva teoría de supercuerdas tan prometedora del hiperespacio es un cuerpo bien definido de ecuaciones matemáticas. Podemos calcular la energía exacta necesaria para doblar el espacio y el tiempo o para cerrar agujeros de gusano que unan partes distantes de nuestro universo. Por desgracia, los resultados son desalentadores. La energía requerida excede con mucho cualquier cosa que pueda existir en nuestro planeta. De hecho, la energía es mil billones de veces mayor que la energía de nuestros mayores colisionadores de átomos. Debemos esperar siglos, o quizás milenios, hasta que nuestra civilización desarrolle la capacidad técnica de manipular el espacio-tiempo  utilizando la energía infinita que podría proporcionar un agujero negro para de esta forma poder dominar el hiperespacio que, al parecer, es la única posibilidad que tendremos para escapar del lejano fin que se avecina. ¿Que aún tardará mucho? Sí, pero el tiempo es inexorable, la debacle del frío o del fuego llegaría.

                  ¿Doblar el Hiperespacio…? ¡Encontrar la manera de burlar la velocidad de la luz!

No existen dudas al respecto, la tarea es descomunal, imposible para nuestra civilización de hoy, ¿pero y la de mañana?, ¿no habrá vencido todas las barreras? Creo que el hombre es capaz de plasmar en hechos ciertos todos sus pensamientos e ideas, sólo necesita tiempo:

¡El Tiempo! ¿Tendremos mucho por delante? ¿Sabremos aprovecharlo?

emilio silvera