domingo, 09 de agosto del 2020 Fecha
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Las galaxias y la Vida… ¡Reducen la entropía!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo dinámico    ~    Comentarios Comments (1)

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       Estamos en un planeta lleno de vida y tal maravilla se nos olvida con frecuencia

Nuestro planeta, la Tierra, forma parte del Universo, y, es una prueba indiscutible de que sus componentes biológicos y físicos forman parte de una única red que funciona de un modo autorregulado, y, de esa forma, mantiene las condiciones que son ampliamente adecuadas para la existencia de vida, pero que sufren fluctuaciones a todas las escalas (incluidos los ritmos de alternancia de glaciaciones y periodos interglaciales, así como las extinciones masivas). En un sentido real, la Tierra es el lugar que alberga una red de vida multiforme, y la existencia de esta red (Gaia) sería visible para cualquier forma de vida inteligente que hubiera en Marte o en cualquier otro planeta y que fuera capaz de aplicar la prueba conocida de Lovelock y buscar señales de reducción de la entropía.

                       Lo que podemos encontrar en el Espacio Interestelar nos puede sorprender

                La vida es un signo de entropía negativa cuando se replica, y, en estos lugares se forman moléculas precursoras de la vida.

Ni la NASA, tomó nunca la prueba de Lovelock lo suficientemente en serio como para aplicarla a la búsqueda de vida en el Sistema Solar; pero si se lo tomó en serio para buscar vida más allá del Sistema Solar. Ahora, parece que han recapacitado y han enviado a Marte y otros lugares de nuestro entorno, una pléyade de ingenios que ya nos han enviado datos de imágenes de cómo son otros mundos y de las posibilidades que en ellos pueden existir de que la vida esté presente. De momento han encontrado hielo de agua, han diluido porciones de la tierra marciana en agua y debidamente tratada, han hallado la presencia de magnesio, sodio, potasio y cloruros.  En algunos lugares, como Titán, por ejemplo,  hay más que evidencia de agua porque las sales están allí con otros elementos esperanzadores y una atmósfera prometedora. Además han encontrado los compuestos químicos necesarios para la vida como la conocemos. y, lo sorprendente de estos lugares (también Marte) es que no son un mundos extraños, sino que, en muchos aspectos, son iguales que la Tierra fue en el pasado o podrá ser en el futuro. Por eso es importante que los estudiémos.

                                                           En alguna ocasión me he referido al comentario que hizo Darwin:

“… los materiales primigenios… en alguna pequeña charca caliente, tendrían la oportunidad de hacer el y organizarse en sistemas vivos…”

 

Hasta que supimos que existían otros sistemas planetarios en nuestra Galaxia, ni siquiera se podía considerar esta posibilidad como una prueba de que la vida planetaria fuera algo común en la Vía Láctea. Pero ahora se sabe que más de cien estrellas de nuestra zona de la galaxia tienen planetas que describen órbitas alrededor de ellas. Casi todos los planetas descubiertos hasta ahora son gigantes de gas, como Júpiter y Saturno (como era de esperar, los planetas grandes se descubrieron primero, por ser más fáciles de detectar que los planetas pequeños), sin embargo,  es difícil no conjeturar que allí, junto a esos planetas, posiblemente estarán también sus hermanos planetarios más pequeños que, como la Tierra, pudieran tener condiciones para generar la vida en cualquiera de sus millones de formas, incluso desconocidas para nosotros como ocurre aquí mismo en nuestro planeta.

Si la vida se replica como aquella primera célula vida surgida del Protoplasma vivo que dió lugar al surgir de la vida primigenia, entonces, se produce la Entropía Negativa. Así ocurre también en las galaxias que producen estrellas nuevas.

Supertierras que son fáciles de detectar por su inemnsas masas pero, los planetas terrestres también están por ahí, orbitando a miles y miles de estrellas y a la distancia adecuada poder contener la vida. Los elementos más abundantes del Universo: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON). Están ahí, dispersos por las Nebulosas que forman sus materiales en estrellas y mundos.

Lee Smolin, de la Universidad de Waterloo,  Ontario, ha investigado la relación existente entre, por una parte, las estrellas que convierten unos elementos más sencillos en algo como el CHON y arroja esos materiales al espacio, y, por otra parte, las nubes de gas y polvo que hay en éste, que se contrae para formar nuevas estrellas y mundos.

Nuestro hogar dentro del espacio, la Vía Láctea, es una entre los cientos de miles de millones de estructuras similares dispersas por todo el Universo visible, y parece ser una más, con todas las características típicas – de tipo medio en cuanto a tamaño, composición química, etc.- La Vía Láctea tiene forma de disco plano, con alrededor de cien mil años luz de diámetro, y está formada por doscientos mil millones de estrellas que describen órbitas en torno al centro del disco.

El Sol, en realidad, sólo es importante para nosotros al ser el cuerpo central de nuestro Sistema Solar, y con mucho, la estrella más cercana al planeta Tierra y la única que se puede estudiar con todo lujo de detalles. Se clasifica como una estrella G2V: una estrella amarilla con una temperatura efectiva de 5.770 K ( espectral G2) y una enana de la secuencia principal (clase de luminosidad V). Los detalles de su composición son sobradamente sabidos por todos y cabe destacar su abundancia de hidrógeno – 71% en masa- y de helio el 27% y elementos más pesados hasta completarlo. Por lo tanto, nuestro Sol no destaca por nada entre esa multitud de de cientos de miles de millones de estrellas.

Recorre su órbita a una distancia del centro que viene a ser más o menos dos tercios del diámetro. En el centro de la Galaxia las estrellas forman una protuberancia, de tal modo que desde el exterior daría la sensación de estar viendo un enorme huevo frito, en el que la protuberancia sería la yema. Sin embargo, el modo en que este disco gira revela que todo el material brillante (materia bariónica) que compone la parte visible de la Vía Láctea queda sujeto por el tirón gravitatorio que la propia masa galáctica genera. Otros hablan de una materia invisible que no brilla ni emite radiación y que viene a ser más o menos diez veces mayor que la materia visible de la Galaxia y que suponen diseminada en un halo situado alrededor de ella, extendiéndose mucho más allá del borde del disco de estrellas brillantes.

Descubrir qué es realmente esta materia oscura (si existe, yo prefiero llamarla no luminosa o materia escondida) constituye un tema de crucial interés para los astrónomos, pero no entraremos en eso, ya que, para lo que estamos tratando, no tiene importancia. Muchas galaxias en forma de disco se caracterizan por una especie de serpentinas que se alejan en espiral desde su centro, lo que hace que se les aplique el nombre de galaxias espirales. Es fácil estudiar las pautas que siguen los llamados “brazos espirales”, porque las galaxias se encuentran relativamente cerca unas de otras, si comparamos estas distancias con sus tamaños.

     Una fuerza misteriosa hace que las figuras se repitan en las formas de los objetos

Andrómeda (que no es la que arriba vemos), la galaxia espiral más cercana comparable a la Vía Láctea, se encuentra con respecto a nosotros a una distancia de poco más de dos millones de años luz; parece una gran distancia, pero la galaxia de Andrómeda es tan grande (un poco mayor que la Vía Láctea) que, incluso a esa distancia, vista desde la Tierra cubre un trozo de cielo del tamaño de la Luna, y puede observarse a simple vista en una noche despejada y sin luz lunar, si nos situamos lejos de las ciudades y de otras fuentes de emisión de luz.

Los brazos espirales, que son una característica tan llamativa en galaxias como la nuestra, son visibles porque están bordeados por estrellas calientes de gran masa que relucen con mucho brillo. Esto significa que también son estrellas jóvenes, ya que no hay estrellas viejas que tengan gran cantidad de masa.

 [M42 - La Gran Nebulosa de Orión]

                                                                             La hermosa Orión

No hay misterio alguno en cuanto al modo en que mantienen esa forma espiral. Se debe exclusivamente a un fenómeno de retroalimentación.  Las nubes gigantescas a partir de las cuales se forman las estrellas pueden contener hasta un millón de veces la masa del Sol cuando empieza a contraerse gravitatoriamente para formar estrellas. Cada nube que se contrae produce, no una sola estrella de gran tamaño, sino todo un conglomerado de estrellas, así como muchas estrellas menores. Cuando las estrellas brillantes emiten luz, la energía de esta luz estelar (especialmente en la parte ultravioleta del espectro) forma una burbuja dentro de la nube, y tiende a frenar la formación de más estrellas. Sin embargo, una vez que las estrellas de gran masa han recorrido sus ciclos vitales y han explotado, sembrando además el material interestelar con elementos de distintos tipos, la onda expansiva ejerce presión sobre las nubes interestelares cercanas y hace que éstas comiencen a contraerse.

Las ondas procedentes de distintas supernovas, al entrecruzarse unas con otras, actúan mutuamente barrer el material interestelar y formar nuevas nubes de gas y polvo que se contraen produciendo más estrellas y supernovas, en un ejemplo clásico de interacción que se mantiene por sí sola en la que intervienen una absorción de energía (procedentes de las supernovas) y una retroalimentación.

Si la nube es demasiado densa, su interna se contraerá gravitatoriamente de manera rápida, formando unas pocas estrellas grandes que recorren sus ciclos vitales rápidamente y revientan la nube en pedazos antes de que puedan formarse muchas estrellas. Esto significa que la generación siguiente de estrellas nace de una nube más delgada, porque ha habido pocas supernovas que barrieran material formando pedazos densos. Si la nube es tan delgada que su densidad queda por debajo de la densidad óptima, nacerán muchas estrellas, y habrá gran cantidad de explosiones supernovas, lo cual producirá gran número de ondas de choque que barrerán el material interestelar, acumulándolo en nubes más densas.

       Sí, siento debilidad por esta Nebulosa que, para los astrónomos, es un gran laboratorio espacial

De esta manera, por ambas partes, las retroalimentaciones operan para mantener un equilibrio aproximadamente constante entre la densidad de las nubes y el de supernovas (y estrellas de tipo Sol) que se producen en cada generación. La propia pauta espiral resulta del hecho de que la galaxia realiza movimiento de rotación y está sometida al tirón gravitatorio que crea la fuerza de marea proveniente de esa materia no luminosa.

Claro que, la materia interestelar es variada. Existen nubes de gas y polvo fríos, que son ricas en interesantes moléculas y se llaman nubes moleculares gigantes; a partir de estas nubes se forman nuevas estrellas (y planetas). Hay nubes de lo que consideraríamos gas “normal”, formadas por átomos y moléculas de sustancias tales como el hidrógeno, y quizá tan caliente como una habitación cerrada toda la noche y con la temperatura de dos cuerpos dormidos y emitiendo calor. Además, hay regiones que se han calentado hasta temperaturas extremas mediante la energía procedente de explosiones estelares, de tal modo que los electrones han sido arrancados de sus átomos formar un plasma cargado de electricidad.

La densidad de materia entre las estrellas es escasa, dado que estas la obsorbieron y la que había están convertidas en cuerpos homogéneos que brillan y generan calor transformando el material más sencillo en otro más complejo y pesado. También, alrededor de estas estrellas se forman los mundos.

Dentro del medio interestelar las densidades varían. En la modalidad más común, la materia existente las estrellas es tan escasa que sólo hay un átomo por cada mil centímetros cúbicos de espacio: en la modalidad más densa, las nubes que están a punto de producir nuevas estrellas y nuevos planetas contienen un millón de átomos por centímetro cúbico. Sin embargo, esto es algo muy diluido si se compara con el aire que respiramos, donde cada centímetro cúbico contiene más de diez trillones de moléculas, pero incluso una diferencia de mil millones de veces  en densidad sigue siendo un contraste espectacular.

La cuestión es que, pocos investigadores destacaron allá por 1.990 en que todos estos aspectos –composición, temperatura y densidad- en el medio interestelar dista mucho de ser uniforme. Por decirlo de otra manera más firme, no está en equilibrio, y parece que lo que lo mantiene lejos del equilibrio son unos pocos de procesos asociados con la generación de las pautas espirales.

Esto significa que la Vía Láctea (como otras galaxias espirales) es una zona de reducción de la entropía. Es un sistema auto-organizador al que mantienen lejos del equilibrio, por una parte, un flujo de energía que atraviesa el sistema y, por otra, como ya se va viendo, la retroalimentación. En este sentido, nuestra Galaxia supera el test de Lovelock para la vida, y además prestigiosos astrofísicos han argumentado que las galaxias deben ser consideradas como sistemas vivos.

Creo que llevan toda la razón. También la Tierra, como sistema cerrado, es “un sistema vivo” (Gaia) que, se recicla y renueva mediante los fenómenos naturales que podemos ahora contemplar y, hasta comprender.

Imagen artística del sistema planetario Gliese 876. Dos planetas gigantes orbitan la estrella (Imagen de Lynette Cook)

Algunas veces nos preguntamos por qué las cosas son como son y si, cuando obtenemos una respuesta en términos de algún principio científico, seguimos preguntando: ¿por qué ese principio es verdadero? y, si como un crio maleducado, insistimos una y otra vez, preguntando ¿por qué?, ¿por qué?, ¿por qué?, entonces, más tarde o más temprano, alguien nos llamará reduccionista. Algunas personas otorgan diferentes sentidos a esa palabra, sin embargo, supongo que una caracterísitca común de la idea que todo el mundo tiene del reduccionismo es un sentido de jerarquía, de que algunas verdades son menos fundamentales que otras a las que las anteriores pueden ser reducidas, como la la química puede ser reducida a la física.

Antes comentaba sobre los elementos más abundantes del Universo: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno (CHON), y os decía que Lee Smolin, de la Universidad de Waterloo, Ontario, ha investigado la relación existente entre, por una parte, las estrellas que convierten unos elementos más sencillos en algo como el CHON y arroja esos materiales al espacio, y, por otra parte, las nubes de gas y polvo que hay en éste, que se contrae para formar nuevas estrellas, nuevos mundos y… ¡nuevas formas de vida!

emilio silvera

La relatividad especial

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Relativista    ~    Comentarios Comments (3)

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En cualquier parte que podamos buscar información nos dirán:

“Henri Poincqaré, matemático francés, sugirió a finales del siglo XIX que el principio de relatividad establecido desde Galileo (la invariancia galileana) se mantiene para todas las leyes de la naturaleza. Joseph Larmor y Hendrik Lorentz descubrieron que las ecuaciones de Maxwell, la piedra angular del electromagnetismo, eran invariantes solo por una variación en el tiempo y una cierta unidad longitudinal, lo que produjo mucha confusión en los físicos, que en aquel tiempo estaban tratando de argumentar las bases de la teoría del éter, la hipotética substancia sutil que llenaba el vacío y en la que se transmitía la luz. El problema es que este éter era incompatible con el principio de relatividad.”

 

 

Resultado de imagen de Las transformaciones de Lorentz

 

 

 

En su publicación de 1905 en electrodinámica, Henri Poincaré y Albert Einstein explicaron que, con las transformaciones hechas por Lorentz, este principio se mantenía perfectamente invariable. La contribución de Einstein fue el elevar a este axioma a principio  y proponer las transformaciones de Lorentz como primer principio. Además descartó la noción de tiempo absoluto y requirió que la velocidad de la luz en el vacío sea la misma para todos los observadores, sin importar si éstos se movían o no. Esto era fundamental para las ecuaciones de Maxwell, ya que éstas necesitan de una invarianza general de la velocidad de la luz en el vacío.

Como en otras ocasiones, aquí dejamos una muestra de la velocidad de la luz cuando viaja desde la Tierra a la Luna. Podemos ver como la linea amarilla (la luz) recorre el camino que las separan y el Tiempo que tarda en recorrerlo.

La aparición de la Teoría de la relatividad fue tan poco convencional como su autor. El ya famoso artículo que escribió en 1905 (con el apoyo de los trabajos de los arriba mencionados) y que enunciaba por primera vez la teoría, era algo rústico y sencillo y no mencionaba o contenía cita  científico-literaria alguna, tampoco mencionaba ayuda de ninguna persona a excepción de su amigo Besso, que dicho sea de paso no era científico (él, por aquel entonces, no conocía a científico alguno). La primera conferencia de Einstein explicando la Teoría, en Zurich,  no fue dada en ninguna universidad sino en el salón del Sindicato de Carpinteros, duró más de una hora, y luego repentinamente se interrumpió para preguntar la hora, explicando que no tenía reloj. Sin embargo, a pesar de los modestos comienzos, allí comenzó a reformarse los conceptos del espacio y del tiempo.

Lo cierto es que, con su teoría de la relatividad, Einstein finalmente resolvió la paradoja que se había presentado a los dieciseis años, por la que las ecuciaones de Maxwell pierden su validez si uno atrapa un haz de luz a la velocidad de la luz. Lo hizo mediante la conclusión de que no se puede acelerar la velocidad de la luz, de que la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores, cualquiera que sea su movimiento relativo. Si un astronáuta que vuela hacia la estrella más cercana a una velocidad del cincuenta por ciento de la de la luz, , midiera la velocidad de la luz a bordo de la nave, el resultado sería exactamente igual que el que daría la medición de otro colega suyo situado en la Tierra.

Podrían ocurrir fenómenos que ni podemos imaginar pero, quedándonos en lo que más llama la atención al público en general, podríamos conseguir que el tiempo … ¡Se ralentizara y pasara más despacio para el viajero relativista! Si miráis el  diagrama del Minkouski os hablará de los fenómenos que se pueden producir al viajar a la velocidad de la luz, cuando el Tiempo se ralentiza.

Diferentes sistemas de referencia para el mismo fenómeno. Claro que, en la teoría están presentes factores y trabajos que no se mencionan y, la fórmula.

siguiente:   \gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - v^2/c^2}} es el llamado factor de Lorentz  donde c\, es la velocidad de la luz en el vacío. Contrario a nuestro conocimiento actual, en aquel momento esto era una completa revolución, debido a que se planteaba una ecuación para transformar al tiempo, cosa que para la época era imposible. En la mecánica clásica, el tiempo era un invariante. Y para que las mismas leyes se puedan aplicar en cualquier sistema de referencia se obtiene otro tipo de invariante a grandes velocidades (ahora llamadas relativistas), la velocidad de la luz. Los sucesos  que se realicen en el sistema en movimiento S’ serán más largos que los del S. La relación entre ambos es esa \gamma . Este fenómeno se lo conoce como dilatación del tiempo. Si se dice que el tiempo varía a velocidades relativistas, la longitud también lo hace.

En el gráfico se escenifica la contracción de Lorentz

Para cuantificar aquella extraña situación, Einstein se vio obligado a emplear la contracción de Lorentz (En aquel momento no conocía a Lorentz al que más tarde consideraría “el hombre más grande y más noble de nuestro tiempo… una obrta de arte viviente.)” En manos de Einstein, las ecuciones de Lorentz esopecifican que, cuando aumenta la velocidad a la que se desplaza un observador, sus dimensiones, y la de la nave espacial y todo aparato de medición que haya a bordo, se contrae a lo largo de su movimiento en la cantidad requerida para hacer que la medición de la velocidad de la luz sea siempre la misma.

Esta era la razón de que Michelson y Morley no hallasen ningún  rastrodel “arrastre del éter”. En verdad, el éter es superfluo, al igual que el espacio y el tiempo absolutos de Newton, pues no hay ninguna necesidad de un marco de referencia inmóvil. “Al concepto de reposo absoluto no le corresponde ninguna propiedad de los fenómenos, ni en la mecánica ni en la electromecánica.” Lo importante son los sucesos observables, y no puede observarse ningún suceso hasta que la luz (o las ondas de radio o cualquier otra forma de radiación electromagnética) que lleve noticias de él no llegue al observador. Einstein reemplazó el espacio de Newton por una red de haces de luz; la de ellos era una red absoluta dentro de la cual el espacio mismo se vuelve flexible.

Los observadores en movimiento experimentan también una lentificación del paso del tiempo. Un astronáuta que viaje al 90 por 100 de la velocidad de la luz sólo envejecerá a la mitad de rápido que su colega de la Tierra. Ya conocéis la paradoja de los gemelos en la que se explica tal fenómeno.

http://universitam.com/academicos/wp-content/uploads/2011/01/i-relativity.gif

También en aquel primer artículo Einstein nos habló sobre la igualdad entre la masa y la energía. Él demostró que la masa de un cuerpo aumenta cuando absorbe energía. Se sigue de ello que su masa disminuye cuando irradia energía. Esto es verdadero no sólo para una nave espacial que se desplaza hacia las estrellas, sino también para un objeto en reposo. Una máquina fotográfica pierde algo (muy poco) de masa cuando el flash se dispara, y la gente cuya fotografía se saca se vuelve también, un poco más masiva al absorber sus cuerpos aquella radiación perdida por la máquina. Masa y energía son intercambiables.

m = E/c2

donde m es la masa del objeto, E su energía y c la velocidad de la luz. Al formular esta ecuación particularmente sencilla, que unifica los conceptos de energía y materia, y relaciona ambos con la velocidad de la luz, Einstein inicialmente estaba interesado en la masa. En cambio, si despejamos la energía, adquiere una forma más familiar y presagiosa:

en la Isla de los Museos (Berlín). Festejando el Año mundial de la Física en 2005, en el centenario de la publicación de la ecuación más famosa del mundo. Contemplada desde esta perspectiva, la teoría dice que la materia es energía congelada. Esto, por supuesto, es la clave de la fuerza nuclear y, en manos de los astrofísicos, la ecuación sería usada para descubrir los procesos termonucleares en el corazón de las estrellas.

Pero pese a todos sus variados logros, la relatividad especial no decía nada de la gravitación y, su autor, la veía incompleta. Aquella teoría sin la presencia de la otra gran fuerza más conocida del universo se veíoa desvalída: Había que vincularla con la masa inercial. La resistencia al cambio que ofrecen los objetos en estado de movimiento, su “peso” por decirlo así. La gravitación actúa sobre los objetos según su masa gravitacional, esto es, su “peso”. Todos sabem,os lo que es la masa inercial y de ella, tendremos que hablar cuando acometamos la p´çagina sobre la relatividad general. Dejemos aquí el apunte de que, la masa inercial y la gravitación de cualquier objeto son iguales. También se podría decir que, es la masa de los cuerpos que pueblan el universo, la que moldea y modela la geometría del del Cosmos, del espacio-tiempo.

Terminemos con la misma imagen del comienzo. Causalidad e imposibilidad de movimientos más rápidos que la luz. Previo a esta teoría, el concepto de causalidad estaba determinado: para una causa existe un efecto. Anteriormente, gracias a los postulados de Laplace,  se creía que para todo acontecimiento se debía obtener un resultado que podía predecirse. La revolución en este concepto es que se “crea” un cono de luz de posibilidades (Véase gráfico adjunto).

Se observa este cono de luz y ahora un acontecimiento en el cono de luz del pasado no necesariamente nos conduce a un solo efecto en el cono de luz futuro. Desligando así la causa y el efecto. El observador que se sitúa en el vértice del cono ya no puede indicar qué causa del cono del pasado provocará el efecto en el cono del futuro.

Asumiendo el principio de causalidad obtenemos que ninguna partícula de masa positiva puede viajar más rápido que la luz. A pesar que este concepto no es tan claro para la relatividad general. Pero no solo el principio de causalidad imposibilita el movimiento más rápido que el de la luz. Ya hablaremos de ello.

emilio silvera

La expansión acelerada del Universo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Algo de lo que pasó desde el Big Bang    ~    Comentarios Comments (2)

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Unos comentario de Kike y Nelson me han traído a la memoria este trabajo que se presentó aquí hace algún tiempo y que viene a comentar sobre lo mismo que ellos decían. Lo cierto es que, aunque la versión más aceptada hasta el momento, es el Modelo del Big Bang, que justo es reconocerlo, coincide con las observaciones realizadas, algunos, sin embargo, no lo tienen tan claro y dudan de que, a partir de un punto de infinita densidad y energía saliera todo esto que llamamos universo.

El Premio Nobelk de Física de 2011 se otorgó a los tres físicos que arriba podeis contemplar “por el descubrimiento de la expansión acelerada del universo gracias a observaciones de supernovas lejanas”. Es sin duda una de los hallazgos más extraordinarios que nos ha ofrecido la cosmología desde el descubrimiento del fondo cósmico de radiación de microondas. Gracias a estas observaciones, ahora sabemos que el universo no sólo se expande sino que lo hace de forma acelerada, en contra de lo esperado si estuviera compuesto de materia ordinaria.

(Es curioso que, después de que los premios fuesen concedidos a estos físicos, ha salido un español que, según dice y ha sido publicado, tenía registrado el trabajo, o uno similar, al que ha valido el novel de 2.011 a estos de arriba. La polémica está en marcha).

 

Esta imagen compuesta muestra conglomerado de galaxias 1E 0657-56. Este conglomerado se formó despues del choque de dos grandes grupos de galaxias, el suceso más energético que se conoce en el universo luego del Big Bang. Lo cierto es que, cuando ese punto (singularidad) del que surgió todo, es decir, el nacimiento del Universo, mediante el llamado Big Bang, la expansión del universo fue exponencial y ciertamente tuvo que ser máyor que c, lo cual nos lleva a pensar en cómo pudieron formarse las galaxias, si todo se estaba expandiendo a tal velocidad, la materia no tendría que haberse podido aglomerar (juntar) para formarlas. ¡Es todo tan extraño!

Los astrónomos dicen que han encontrado las mejores pruebas hasta la fecha sobre la “Materia Oscura”, la misteriosa sustancia invisible que se cree constituye la mayor parte de la masa del universo. En la imagen de arriba han querido significar, diferenciándola en colores, las dos clases de materia, la bariónica y la oscura que, en este caso, sería la azulada -según dicen-. Sin embargo, la imagen no refleja la proporción que dicen existe entre la una y la otra.

Resultado de imagen de Lanzamos una pelota hacia arriba

Para poder comprender este resultado tan extraordinario, podríamos poner un ejemplo sencillo: Por ejemplo, si lanzamos una pelota con fuerza hacia arriba, ésta sale despedida en la medida de la fuerza que la impulsó, y, llegado a un punto, la Gravedad que ejerce la Tierra sobre ella, la hará caer de nuevo. Sin embargo, si lanzamos la pelota con mucha más fuerza, ésta podría vencer la gravedad terrestre y salir al espacio exterior y escapar a velocidades cada vez menores. Sin embargo, lo que han observado los investigadores que han recibido el Nobel en 2011, es que el universo no se comporta de esta manera. En lugar de frenarse conforme se expande, el universo parece expandirse de forma acelerada. En la analogía de la pelota, es como si esta, una vez escapara de la Tierra, se alejara con una velocidad cada vez mayor. De esta realidad observada, se deduce de manera clara que, sobre el Universo, está actuando una fuerza desconocida que lo atrae y supera la atracción gravitacional de toda la materia que contiene conocida por nosotros.

Pero antes de describir las observaciones, recapitulemos sobre lo que sabemos del universo hasta ahora. La expansión del universo fue descubierta en los años 20 del pasado siglo por Vesto Slipher, Knut Lundmark, Georges Lemaítre y Edwin Hubble. El ritmo de exdpansión depende del contenido de energía, y un universo que contiene sólo materia termina frenándose gracias a la fuerza de gravedad.

                  Las galaxias se alejan las unas de las otras ganando velocidad

Las observaciones de la recesión de las galaxias, así como de las abundancias de elementos ligeros, pero sobre todo del fondo de radiación de microondas, nos han permitido construir una imagen del universo en expansión, a partir de un origen extremadamente caliente y denso, que se va enfriando conforme se expande. Hasta hace unas décadas se creía que esa expansión era cada vez más lenta y se especulaba sobre la posibilidad de que eventualmente el universo “recolapsara”. Sin embargo, las observaciones de la luz que nos llega de supernovas a distancias astronómicas, de hasta siete mil millones de años-luz -hechas por dos colaboraciones independientes: El Supernovae Cosmology Project,  liderado por Saul Perlmutter, y el High Redshift Supernova Project,  de Brian Schmidt y Adam Riess- mostraron que actualmente el ritmo de expansión está acelerándose, en lugar de decelerarse.

Estas observaciones han sido posible gracias  a que las supernovas de tipo Ia son explosiones extraordinariamente violentas que se ven a enormes distancias y afortunadamente siguen un patrón de luminosidad característico, llegando a su máximo pocos días después de la explosión y a partir de ahí lentamnete decreciendo en luminosidad hasta que dejamos de verla. La relación entre la máxima luminosidad y el período de decrecimiento se puede calibrar con supernovas cercanas, de manera que midiendo estos períodos para muchas supernovas podemos deducir su distancvia a nosotros y de ahí el ritmo de expansión del universo desde el momento en que la supernova explotó hace miles de millones de años. Las medidas de las supernovas lejanas muestran no sólo que el universo se está expandiendo aceleradamente hoy día, sino también que en el pasado lo hacia de forma decelerada, lo que concuerda con nuestras predicciones basadas en la Teoría de Einstein.

En el contexto del Modelo estándar cosmológico, la aceleración se cree causada por la energía del vacío -a menudo llamada “energía oscura”- una componente que da cuenta de aproximadamente el 73% de toda la densidad de energía del universo. Del resto, cerca del 23%, sería debido a una forma desconocida de materia a la que llamamos “materia oscura”. Sólo alrededor del 4% de la densidad de la energía correspondería a la materia ordinaria, es decir, la que llamamos Bariónica, esa que emite radiación, la luminosa y de la que estamos nosotros constituidos, así como las estrellas, los mundos y las galaxias. Es, precisamente esa luz, la que nos permite adentrarnos en lo más profundo del universo desconocido, lejano y oscuro para poder saber, sobre estos misterios.

En nuestras vidas cotidianas, los efectos de la energía de vacío son ínfimos, diminutos, pero aún así detectables en pequeñas correcciones a los niveles de las energías de los átomos. En Teorías de campos relativistas, la energía de vacío está dada por una expresión matemáticamente idéntica y físicamente indistinguible de la famosa constante cosmológica, o por el contrario varia con el tiempo, algo que tendría consecuencias importantísimas para el destino del universo y que es un tema de investigación candente en cosmología, con varios experimentos propuestos para detectarlo.

Tipos de espacio según la densidad crítica del universo. Es decir, dependiendo del valor de Omega, tendremos un universo abierto, cerrado o plano. De momento, todos los indicios nos dicen que estamos  en un universo plano que se expandirá para siempre.

En fin amigos, el tema es interesante y lo continuaremos en otro momento…

Le he robado un rato al trabajo para dejar esta página en el Blog por estimarla de interés para que todos, estén al día de los últimos descubrimientos en relación al universo en el que vivímos y de lo que los científicos nos cuentan de vez en cuando que, no siempre (creo), coincide con la realidad.

emilio silvera

Entrevista en El Español

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Entrevista científica    ~    Comentarios Comments (0)

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Física Teórica

Viatcheslav Mukhanov: “Solo hay un dios para un físico y es el experimento”

Es uno de los físicos teóricos más fundamentales del último siglo, ha recibido los galardones más prestigiosos y ha hecho tanto por la comprensión del universo como Stephen Hawking. Por eso, probablemente, usted nunca antes haya leído su nombre.

El físico ruso, tras la entrevista con EL ESPAÑOL.

El físico ruso, tras la entrevista con EL ESPAÑOL. Fundación BBVA

¿Qué ha hecho Viatcheslav Mukhanov por todos nosotros? Principalmente, predecir cómo se formó toda la materia del universo tras el Big Bang. Su teoría de la fluctuación cuántica como origen de todas las galaxias es ahora parte de los libros de física y sin embargo, su notoriedad está a millones de años luz de la de Stephen Hawking, con quien compartió hace unos meses el premio Fronteras del Conocimiento en Física.

Por otro lado, la historia de Mukhanov es la de uno de tantos científicos rusos que huyeron del país tras la perestroika para poder seguir haciendo avanzar a sus disciplinas. Empleado desde hace unos años en la universidad Ludwig Maximilian de Munich, este físico ha obtenido todos los reconocimientos posibles salvo el Nobel de Física. Es decir, ha ganado todos los premios que un físico teórico puede llegar a ganar.


Mukhanov recibe a EL ESPAÑOL en una visita a Madrid para impartir una conferencia en la Fundación BBVA. Departir con él es como plantarse en mitad de un río de montaña con un escurridor de espaguetis. Hay que enfrentarse a una personalidad huracanada, que verbaliza en un inglés torrencial con arranques de mal genio, borbotones en ruso, carcajadas a destiempo y pinceladas de alemán, con la esperanza de que al final acabaremos hallando en el cedazo varias pepitas de oro.

Cuando usted hizo su gran contribución a la comprensión del universo, ¿fue bien recibida en aquella época?

A nadie le importó mucho.[Risas] No éramos una comunidad muy grande, podías contar a los cosmólogos: uno, dos, tres, cinco. En la URSS había varios porque es donde Zel’dovich creó escuela y allí comenzaron a darse varias hipótesis interesantes. Por supuesto, una cosa son hipótesis y otra son hechos probados. La cosmología era un campo interesante en aquella época, pero al principio no había prácticamente hechos. Para mí fueron suficientes para defender mi tesis doctoral. Por supuesto, en las fluctuaciones siempre hay contradicciones pero los astrofísicos no saben mucho de las series cuánticas así que a nadie le importó.

Todo eran hipótesis plausibles pero que pueden ser solamente blablabla. Cuando François Englert y Robert Brout escribieron su famoso paper cuatro años antes de que lo hicieran los americanos nadie prestó atención. La cosmología sólo empezó a tener un poco de éxito en los años noventa, no sólo por la radiación de fondo de microondas sino porque en aquellos años se empezaron a construir telescopios grandes, uno detrás de otro, algo que diez años antes era inimaginable. Recuerdo que en los ochenta pasé un único mes en el llamado “mayor telescopio ruso”.

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¿Dónde estaba ese telescopio?

Antes era territorio de la Federación Rusa pero hoy sería Kirguistán o algo así, Chechenia, el Cáucaso. Pregunté entonces por qué lo habían puesto en un lugar tan malo para la observación, ¿por qué no en Armenia? Me dijeron que era una decisión condicionada políticamente e hice una broma diciendo que preveía que en diez años la URSS caería y que lo siguiente sería elegir Kazajistán para lanzar los cohetes.[Risas]

Los años 90 fueron fantásticos para la cosmología y la astrofísica porque comenzaron a construirse instrumentos. No era aún física tal y como yo la entiendo. Cuando era joven no solía pensar así porque cuando eres joven básicamente piensas lo que tu jefe te dice que pienses, porque respetas a tu jefe y lo que hace. Pero cuando vas creciendo aprendes que básicamente solo hay un dios en física, y es el experimento. Aparte de eso no hay autoridad que deba ser aceptada. Por ejemplo, Lemaître hablaba de la creación del universo a partir de fluctuaciones cuánticas o lo que sea, pero era sobre todo blablabla porque una de las cosas importantes de la física es que debe haber fórmulas nuevas, que nadie ha visto antes, y que te permiten medir un par de números. Pero Lemaître hablaba con Einstein de la creación del universo criticando las técnicas humanas, eso es una basura completa, algo que solo puede salir de la boca de un sacerdote, porque Lemaître era un sacerdote. ¿Cómo mides la autoridad? Por supuesto Einstein tenía más autoridad pero quizá estaba equivocado, hubo muchos casos en los que Einstein lo estuvo, no nos preocupemos, la gente es gente, no son dioses. La gente no puede vivir sin autoridad, por eso buscan la autoridad máxima, pero la autoridad más alta es la naturaleza, el experimento.

Usted no había cumplido los 30 cuando hizo su gran descubrimiento. ¿Qué atributos debe tener un científico joven? Ha mencionado antes el respeto a los jefes.

No, no debes seguir a tus jefes, es lo que intentaba decir. Resulta útil de alguna forma, pero un científico no debe seguir a nadie más allá de su propia curiosidad. Por ejemplo, Ginzburg fue un guía muy bueno en este sentido, porque cuando fui a buscarle para empezar mi doctorado con él, porque mi anterior director emigró por motivos políticos, me dio libertad total, porque… ¿cuál es la mejor manera de enseñar a nadar a un niño? Tirarlo en mitad de un lago, si sale adelante es bueno, si no… lo siento.

[Más risas]

Quizá con un niño no sea muy justo, pero en física, y especialmente en física teórica, sí lo es.

¿Cuál es el equivalente en física a tirar a un niño en mitad de un lago?

Significa poner a un estudiante en un campo, le das unas instrucciones particulares, le dices el problema y lo que esperas de él y el resto debe hacerlo todo él solito. He conocido a varios físicos que hicieron el doctorado con Julian Schwinger, por ejemplo Walter Kohn, Sheldon Glashow o Bryce DeWitt, y los tres me dijeron lo mismo sobre su director: que habían visto a Schwinger dos veces durante todo el doctorado. La primera vez durante 20 minutos en los que Schwinger formuló el problema y la segunda tres años más tarde. Guiar a los estudiantes de una forma muy detallada destruye su originalidad y destruye su personalidad, se vuelven como unos técnicos en física, y los físicos teóricos no son técnicos, deben tener originalidad. Y de hecho, enseñar a ser original no es nada trivial: puedes enseñar a jugar al ajedrez o cómo ensamblar cosas, pero esto es diferente. En física fundamental tienes que venir con ideas nuevas, y si hay un campo donde miles de personas están buscando ideas nuevas, la única forma es salir de esta masa de gente, no trabajar en el mainstream.

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¿Cree que lo del genio solitario sigue vigente en una época donde prima la colaboración?

No puedes decir eso de que alguien es un genio. Ser un genio ahora equivale a tener unos atributos técnicos excepcionales, como esos niños que multiplican números más rápido que un ordenador, pero normalmente esto es un producto del entrenamiento. Imagínese un sitio lleno de oro, todo el mundo llega, se lleva el oro, el resto llega al sitio pero ya no hay oro. Esto es lo que pasa en física, un campo se vuelve popular cuando no hay prácticamente nada que hacer. Uno tiene que encontrar su propio campo, y esto, claro, tiene sus dificultades.

¿Cómo están las cosas ahora para los científicos en Rusia? Porque buena parte de su generación emigró, ¿hay una nueva generación ahora tirando del carro?

No, por desgracia no puedo decir que en Rusia la situación de la ciencia sea brillante. Por supuesto, no estoy allí por lo que no puedo hablar desde dentro, pero desde fuera, no veo tanta gente buena en física teórica que aparezca, que viaje… desde mi punto de vista lo que el gobierno ruso está haciendo con la ciencia es completamente erróneo, por no decir nada peor. Creo que la gente no comprende que destruir este tipo de cosas es muy fácil, la ciencia es extremadamente delicada, y construirla de nuevo lleva mucho tiempo. La física en Rusia fue construida gracias a las investigaciones militares y las grandes escuelas matemáticas de los años veinte, tras la Revolución, pero ya no queda nada de aquello.

Leí algunas quejas de los académicos rusos el año pasado, cuando el ministro de ciencia fue sustituido por una historiadora experta en Stalin, pero no he seguido mucho el tema. ¿Ha empeorado la situación?

Mucho peor. En general, poner a distribuir el dinero para investigación a algún Putin de la vida, que quizá ni siquiera sabe bien las tablas de multiplicar, es una estupidez. Acabará financiando sólo ciencias aplicadas y no básicas porque busque resultados inmediatos, con lo que acabará siendo como tener un cuerpo pero sin sangre dentro.

Ahora la gente está tratando de formalizar la ciencia de una forma ridícula. ¡Número de citaciones! ¡Índice de impacto! Todo estos criterios formales me parecen basura, porque la gente se concentra en satisfacer estos criterios en lugar de hacer ciencia. Y todo el dinero que recibes depende de este sinsentido formal. La única evaluación de un trabajo científico debe ser la que hagan los colegas, no hay otra manera que la opinión de los expertos.

¿Y cómo motiva a sus jóvenes investigadores? Porque al final les van a exigir publicaciones.

No quiero obligar a nadie a la fuerza a venir a mi campo. Normalmente les digo que no hace falta que se dediquen a esto, salvo en el caso de que, si no lo hacen, el resto de su vida serán más infelices. Si pueden sobrevivir sin hacer física teórica les animo a dedicarse a otra cosa, su vida será más sencilla y ganarán más dinero y más fácilmente.

Insisto. Hay físicos jóvenes que quieren serlo pese a todo, pero aún así, lo que les piden es publicar y publicar.

Absolutamente. Todo el mundo comprende esto, hasta los niños. Nadie, de hecho, quiere decir no a esta dinámica, ¿entiende? Es un movimiento político. Por ejemplo, algo que odio, y obviamente no porque esté en contra de las mujeres, es cuando dicen que debe haber igualdad en el número de hombres y mujeres en física teórica. ¿Por qué no aplican la misma situación a la lingüística, donde el número de mujeres es superior? En astronomía ya estamos más o menos en un 50-50, ¿pero por qué los políticos no empiezan con ellos mismos? Creo que eso mejoraría muchísimo la calidad de la política si el Gobierno fuera en un 50% mujeres, pero cuando nos obligan a tener paridad en nuestros laboratorios están llevando la democracia al absurdo, ¿entiende? Porque hay esta tendencia a compensar a aquellas personas que fueron discriminadas en el pasado, pero la memoria de la gente nunca llega tan lejos. ¡Cien años! Lo que habría que hacer es olvidarse de ello y empezar con una base justa, sin redistribuir artificialmente los derechos como compensación, de esa forma la gente sería más razonable. También, fíjese que la mejor política actual es una mujer, Frau Merkel, ¡quien además fue física y de la Alemania Democrática! La mejor canciller que ha habido en Alemania, el único país donde los científicos no se quejan de no tener suficiente dinero para investigar. En Italia o en España la situación es catastrófica, porque sus políticos no entienden que la inversión en ciencia es ridícula, unos cuantos cientos de millones, ¡eso no es nada!

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                                            Mukhanov

 

Se está hablando mucho del futuro de la astronomía a raíz de la detección de las ondas gravitacionales. Ahora, el éxito de la misión de prueba LISA Pathfinder de la ESA parece indicar que el boom de esta nueva disciplina puede llegar antes de lo que pensábamos.

Verá, esta es la situación de las ondas gravitacionales. En primer lugar, uno no debería decir que el experimento LIGO detectó ondas gravitacionales, porque fueron detectadas mucho antes, en un sistema binario y con mucha más evidencia disponible. En este momento, sólo hay un evento que haya, digamos, superado el nivel de ruido. Cuando el evento es uno, no podemos hablar aún ni de estadística, ¿entiende? Por ejemplo, un acto de reencarnación es algo que no puede probarse ni desmentir que haya ocurrido. Cuando hablamos de física, algo debería convertirse en estadísticamente relevante.

Totalmente. Y volviendo a la pregunta…

La detección de ondas gravitacionales es una de las cosas más importantes actualmente en física fundamental. El experimento LIGO empezará pronto a trabajar con el detector italiano Virgo, lo que permitirá identificar con más exactitud de dónde proceden los eventos. Por otro lado, el proyecto LISA, previsto para 2034, está funcionando a la perfección por lo que espero que la ESA reconsidere sus planes y los adelante un poco. No hay muchas cosas por hacer en física fundamental, pero las ondas gravitacionales y la astronomía son los dos campos con un futuro más brillante.

¿Y a qué se van a dedicar estos investigadores de aquí a 2034?

Principalmente, a observar el llamado “universo local”, el que hay a nuestro alrededor. No es como las observaciones con radiación de fondo de microondas, en las que observas la radiación de cuando el universo sólo tenía 300.000 años, esto tiene más que ver con aprender cosas sobre detalles y procesos que están ocurriendo ahora en las galaxias. Ya sabemos mucho sobre lo que ocurre por aquí cerca, así que en 20 años sabremos mucho más.

¿Y cree que seremos capaces de detectar eventos más pequeños? Porque ahora necesitamos que dos agujeros negros enormes se fusionen para enterarnos.

Déjeme ser correcto, porque la mayoría de los periodistas toman estas cosas como un hecho probado, pero todavía debería estar más probado. ¿Por qué? Lo que vemos ahora mismo es una fusión de dos agujeros negros de 30 masas solares… eso no parece muy natural, ¿comprende? Porque desde el punto de vista de la astrofísica supone un gran dolor de cabeza explicar la existencia de este tipo de cosas, y sólo es un evento, ¿vale? Un poco por encima del nivel de ruido. Por tanto, ahora, que fueran dos agujeros negros parece, para la mayoría, la explicación más plausible. Pero antes de llegar a esta conclusión única deberíamos, en mi opinión, ver más eventos como este, para estar seguros que no la estamos jodiendo.

Es decir, seguir el método científico.

Sí, seguir el método científico, porque ahora, en el llamado “periodismo científico” parece haber una tendencia que yo llamo Tendencia Americana del McDonald’s en la que se trata de vender mierda a un precio muy alto, como usted ya sabe. En este sentido, el New York Times es espectacular. Escribí una vez a este Overbye

¿Dennis Overbye, el corresponsal de astronomía y cosmología del Times?

Creo que ya no publica. Le escribí diciéndole: ‘Pensaba que el New York Times era más serio que periódicos soviéticos como Pravda, pero ahora no lo parece’. Fue porque armaron un escándalo con lo del BICEP, que ellos llamaban “el colapso del BICEP”, que fue dañino no sólo para los miembros del experimento sino para toda la comunidad de experimentalistas que llevaban 15 años trabajando muy duro.

[En 2014, el experimento BICEP2 del Centro de Astrofísica de Harvard lanzó un comunicado diciendo que habían detectado ondas gravitacionales primordiales, procedentes del Big Bang. Un análisis posterior del Instituto Max Planck de Alemania demostró que era una señal errónea causada por una nube de polvo galáctico].

Cuando salieron los resultados del Planck, todo lo que la gente quería saber es si el BICEP llevaba razón o no, omitiendo la detección más espectacular de una polarización, hecha por el Planck con un nivel de precisión increíble, pero a nadie le importó.

Entiendo.

Usted entiende lo que digo. Por tanto, uno tiene que ser cuidadoso al formular ese tipo de cosas. Por supuesto, un científico tiene que trabajar para el público pero no todo lo que interesa al público es interesante para la ciencia. Me gusta hablar con escolares, ese es mi culmen. Es bueno inspirar a las nuevas generaciones para que se dediquen a la ciencia, pero el resto de la sociedad no debe olvidar que cualquier cosa que tienen, todos esos dispositivos, es gracias a la ciencia.