viernes, 19 de julio del 2019 Fecha
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La Ciencia y la Religión son divergentes

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Artículo de Prensa    ~    Comentarios Comments (3)

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“Dios no nos ha creado a nosotros: los humanos hemos creado a Dios”

El investigador es uno de los dos únicos españoles que pertenecen a la Royal Society de Reino Unido y a la Academia Nacional de Ciencias de EE UU

El genetista Ginés Morata, en su laboratorio, en Madrid.

El genetista Ginés Morata, en su laboratorio, en Madrid. INMA FLORES

En la década de 1950, Ginés Morata era un niño aficionado a jugar al fútbol con una pelota de trapo en las calles de su pueblo, Rioja, una pequeña localidad almeriense golpeada por la posguerra y la emigración. Hace dos años, sin embargo, Morata viajó a Londres para firmar, con pompa, boato y tinta indeleble, en un libro inaugurado en 1660, junto a las rúbricas de Charles Darwin, Isaac Newton, Rita Levi-Montalcini y Albert Einstein. Había sido elegido miembro de la institución científica más antigua del mundo, la exclusiva Royal Society de Reino Unido. Y este sábado, con 74 años recién cumplidos, será presentado también como miembro de la prestigiosa Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos, en una ceremonia que se celebrará en Washington. Morata y su primer maestro, Antonio García Bellido, son los dos únicos españoles que han sido invitados a los dos templos de la ciencia mundial.

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Lo que ocurrió en las décadas transcurridas tras aquellas pachangas en las calles almerienses forma parte de la historia de la ciencia. Morata era nieto del practicante del pueblo. “Hablamos de Almería en los años 50 y 60. La gente era muy pobre. Cuando se ponían a parir las señoras, el único que podía ayudarlas era mi abuelo. Vivían en cuevas y él volvía lleno de chinches”, recuerda. El joven Ginés decidió matricularse en Biología en la Universidad Complutense de Madrid.

El equipo de Morata acabó iluminando “el conjunto de hechos más sorprendente y enigmático que la genética ha descubierto en toda su historia, porque revela que toda la deslumbrante diversidad animal de este planeta, desde los ácaros de la moqueta hasta los ministros de cultura pasando por los berberechos y los gusanos que les parasitan, no son más que ajustes menores de un meticuloso plan de diseño que la evolución inventó una sola vez, hace unos 600 millones de años”, según resumió el biólogo y periodista de EL PAÍS Javier Sampedro en su libro Deconstruyendo a Darwin (editorial Crítica).

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Morata y sus colegas, en concreto, demostraron que el cuerpo de todos los animales se desarrolla en compartimentos estancos, limitados por fronteras invisibles que las células respetan: por aquí un brazo, por allí una pierna. El ritmo lo marcan una decena de genes denominados Hox, presentes en todos los animales. Y lo más increíble es que estos genes son intercambiables entre especies. “Si haces una mosca mutante sin alas, le puedes introducir un gen humano homólogo y, efectivamente, la mosca desarrollará unas alas”, explica Morata en su laboratorio del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CSIC), en Madrid, rodeado por botes con millones de moscas de la fruta, los animales a los que ha dedicado toda su vida científica.

Pregunta. En su libro Deconstruyendo a Darwin, el periodista y biólogo Javier Sampedro, que trabajó con usted en la década de 1980, decía que Darwin mató a Dios. ¿Lo comparte?

Respuesta. Es una forma de verlo. Dios es una creación humana. Dios no nos ha creado a nosotros: los humanos hemos creado a Dios. Darwin te hace ver que muchos de los atributos que tú dabas a Dios no eran de Dios, sino que es una cosa mucho más simple. En ese sentido, lo mata. No sé si yo utilizaría esa expresión pero, efectivamente, uno de los grandes logros de Dios era hacer no sé cuántos millones de especies en siete días. Pues es que no tiene nada que ver.

P. ¿Qué líneas de investigación tiene usted abiertas ahora?

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Increíble: médicos chinos logran ‘cultivar’ una oreja en el brazo de un paciente (fotos). En el furo se podrá regenerar el brazo entero.

“En un tiempo no demasiado largo se podrá saber cómo se regenera un brazo de una persona”

 

R. Nosotros, esencialmente, estudiamos la forma en la que se generan tumores en las moscas, manipulando genes que producen también cánceres en humanos. Pensamos que lo que aprendamos en las moscas puede ser útil para entender cómo se generan los tumores en las personas. Y otra línea, que veremos si podemos mantener por cuestión de financiación, es la regeneración de órganos. Si a un anfibio le cortas un apéndice, generalmente lo regenera. Pero si se lo haces a un mamífero, a un ratón o a un humano, no le crece. Este tipo de cosas las estamos estudiando en moscas también.

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P. ¿Nuestras células tienen la capacidad de regeneración en el ADN?

R. Si pierdes un brazo en un accidente, no se va a regenerar, pero tus genes saben cómo hacer un brazo, porque ya lo hicieron. El asunto sería convencer a las células para que, de nuevo, empiecen a generar un brazo. Yo creo que, en un tiempo no demasiado largo, se podrá saber cómo se regenera un brazo de una persona.

P. Usted también ha comentado en varias ocasiones que el ser humano podría vivir 500 años.

R. Uno de los grandes descubrimientos de la biología de finales del siglo XX es que hay una universalidad, una identidad genética muy grande entre todos los animales, incluyendo la especie humana. Y los mecanismos de envejecimiento están siendo estudiados en organismos como la mosca y el gusano Caenorhabditis elegans. Se han identificado unos genes que tienen que ver con la longevidad. Manipulando estos genes puedes conseguir que un gusano viva mucho más tiempo con un vigor normal. Y estos mismo genes los tenemos los humanos. Si uno extrapola de forma un poco simplista, podríamos hablar de personas que vivieran 400 o 500 años.

P. ¿Lo cree?

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“Si uno extrapola los resultados obtenidos en gusanos, podríamos hablar de personas que vivieran 400 o 500 años”

R. La duración de la vida se puede manipular, porque depende de genes y los genes pueden ser manipulados. Además, sabemos que la muerte no es un proceso biológico inevitable porque, por ejemplo, hay especies que no tienen proceso de envejecimiento, como los celentéreos, las actinias de mar, que pueden vivir indefinidamente. Y hay otros casos, como las células HeLa, unas células humanas.

P. Las células aisladas de un tumor de Henrietta Lacks.

R. Sí, una señora que murió en 1951 de un cáncer de cérvix. Sin pedirle permiso, los médicos que la trataron obtuvieron varias células de su tumor y las cultivaron in vitro. Resultaron ser tremendamente proliferativas. En todos los laboratorios del mundo se utilizan células HeLa [denominadas así por las letras iniciales de Henrietta Lacks]. Hoy día hay más células vivas de esta señora que cuando ella vivía. Hay un libro que se titula La vida inmortal de Henrietta Lacks. Ella no, pero sus células parecen ser inmortales. Podríamos llegar a pensar en la inmortalidad. Son especulaciones, nadie piensa en ello seriamente, pero están fundadas rigurosamente en hechos científicos.

P. Antes mencionaba que su línea de investigación sobre la regeneración de órganos depende de la financiación. ¿Usted tiene problemas de financiación?

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La palabra imposible cada día que pasa será más difícil pronunciarla con propiedad

 

“Podríamos llegar a pensar en la inmortalidad”

R. Bueno, yo estoy esperando a que me digan qué pasa con mi proyecto de investigación para el que solicité unos fondos. De hecho, me informan de que [las ayudas estatales destinadas a la I+D+i] van a salir a final de abril, antes de lo que se pensaba. Por lo visto, el Ministerio [de Ciencia] se ha puesto las pilas.

P. Las ayudas estatales destinadas a la I+D+i salen con meses de retraso desde hace años.

R. Sí, siempre ha habido retrasos, pero parece que este año van a salir antes. Me alegro. Pero habrá que ver cuál es el nivel real de financiación. La gestión y la financiación de la ciencia española en los últimos 10 o 12 años ha sido un desastre. Todos estamos en precario. Unos más que otros, evidentemente, pero hay una precariedad tremenda, porque han rebajado los fondos de investigación y esto lo hemos pagado todos. Ha sido una época realmente desastrosa.

P. ¿Qué opina de los 10 meses del Gobierno de Pedro Sánchez en cuanto a la ciencia?

R. Este gobierno lleva poco tiempo, es difícil poder hacer una valoración rigurosa. Pero, de entrada, hicieron una cosa buena: pusieron un ministerio de Ciencia, que antes no había. Este gobierno, en relación a los anteriores, ha mostrado signos de un interés mucho mayor en el tema de la ciencia. Me gustaría pensar que, si un gobierno como el que hay ahora continúa después de las elecciones, este retroceso que ha tenido la ciencia española cambiará de signo e iremos a una situación más positiva.

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Deberíamos prestar más atención al comportamiento de la Naturaleza para aprender

“La gestión y la financiación de la ciencia española en los últimos 10 o 12 años ha sido un desastre”

 

P. En 2018 solo se ejecutó uno de cada dos euros del presupuesto de investigación, el 47%. Pedro Sánchez tomó posesión en junio e influyen factores como la situación en Cataluña y la negociación de los presupuestos, pero 2018 ha sido el segundo peor año de la historia en la ejecución de los presupuestos.

R. No lo sé, porque no estoy enterado de los números.

P. Pero usted sí ha notado un cambio positivo.

R. Yo he notado un cambio positivo en cuanto al nuevo Ministerio y sus responsables (el ministro, la secretaria de Estado, los directores generales), que claramente son gente que está interesada en mejorar la ciencia en España. Es verdad que, en general, cuando el PSOE ha estado en el poder ha tenido una sensibilidad mayor por la ciencia. Cuando ha habido fuerzas conservadoras generalmente han tenido muy poco interés en el tema. El Gobierno de Zapatero tuvo más interés, con sus sombras y sus luces, y después la época del PP en los últimos años ha sido una precariedad tremenda. Y ahora me gustaría pensar que estos van a mejorar.

P. ¿Cuánto dinero ha solicitado usted?

 

“Cuando ha habido fuerzas conservadoras generalmente han tenido muy poco interés en la ciencia”

R. No sé lo que me darán, pero he pedido unos 400.000 euros para tres años.

P. Y, con el retraso acumulado en la concesión de las ayudas públicas, usted tiene cero euros.

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                     El ritmo de las subvenciones marca el de la investigación

R. Claro. Si tienes algún otro tipo de financiación la tienes que poner ahí. O el centro te adelanta el dinero y cuando te llega [la ayuda estatal] se lo devuelves. Hay muchísimas cuestiones de este tipo que hacen que la vida sea muy complicada. Tienes que andar resolviendo cuestiones que no tendrías que estar resolviendo. Yo, de hecho, ahora mismo me imagino que me financiarán, pero no sé con cuánto. Y, desde enero, mi centro me ha estado adelantando el dinero con la idea de que me financiarán. Cuando llegue ese dinero, una parte ya estará gastada. No debería ser así.

P. ¿A usted le han ofrecido meterse en política?

R. Hace muchos años, pero ya de entrada les dije que no. Tengo respeto por muchos políticos. No tengo nada en contra de la clase política, es fundamental. Pero ni tengo el temperamento ni la inclinación ni seguramente estoy dotado para la actividad política. Alguna vez, hace mucho tiempo, sí que me lo ofrecieron y podría haber ido al Parlamento si me hubiesen elegido.

P. ¿Con el PSOE?

R. Sí.

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P. De hecho, usted fue presidente del Consejo de Participación del Espacio Natural de Doñana entre 2006 y 2009 [nombrado por la Junta de Andalucía, presidida entonces por el socialista Manuel Chaves].

R. Sí, ese es el único cargo político, entre comillas, que tuve. Y fue un desastre [risas]. O sea, yo estaba encantado, a mí me gustaba. Yo no cobraba nada, es más, me costaba dinero. Cuando me ofrecieron ser presidente del Consejo de Participación de Doñana dije que sí, que estaba encantado. Estuve tres años y me quitaron. Nunca supe muy bien por qué. Fue una mala experiencia. Evidentemente, quien te nombra te puede cesar, por supuesto, lo que pasa es que los científicos estamos acostumbrados a entender las cosas y que te las expliquen. Yo nunca supe por qué me habían cesado. Puedo sospechar cosas, pero nunca me lo explicaron.

 

“Estuve tres años como presidente del Consejo de Participación de Doñana y me quitaron. Nunca supe muy bien por qué”

P. A usted le quitaron en 2009 [ya con José Antonio Griñán al frente de la Junta de Andalucía] para poner a Felipe González.

R. Sí, y yo soy un gran admirador de Felipe González. A mí me dicen: “Oiga, convendría sustituirlo a usted por Felipe González”. Y respondo: “Perfecto, estoy completamente de acuerdo”. Pero nunca me lo dijeron [risas]. Los científicos no estamos acostumbrados a este tipo de cosas. Yo lo llevaba mal, aunque a mí me gustaba el puesto. Me importó, porque aquello me gustaba, creo que podía hacer una labor. Pero la política funciona así.

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      Finalmente se dio carpetazo al proyecto

P. ¿Pudo ser por la refinería Balboa? [Fue un proyecto en Badajoz que implicaba la construcción de un oleoducto desde la costa de Huelva y que finalmente fue tumbado en 2012 por el Ministerio de Medio Ambiente de Miguel Arias Cañete (PP) por el riesgo para Doñana.]

R. Puede ser. Hubo unas reuniones en las que yo expresé mi opinión, que era contraria a la de otros. El problema de un cargo de estos es que imagino que hay una servidumbre política, pero yo no funciono así.

P. Hace poco más de un año, cinco prestigiosos científicos españoles mayores de 70 años, entre ellos Margarita Salas y Jesús Ávila, denunciaron sus dificultades para obtener financiación. “No discriminemos a los vejestorios creativos”, pedían. ¿Usted cree que hay una discriminación?

Resultado de imagen de la científica Margarita Salas

MARGARITA SALAS, OTRA BUENA CIENTÍFICA

R. Yo soy pensionista. Una vez que llegas a los 70 pierdes tu puesto y ya eres pensionista de la Seguridad Social. En mi caso, como en el de Margarita Salas, el CSIC nos ha permitido mantener un laboratorio en la medida en que podamos obtener fondos para investigación. En ese sentido, yo no me siento penalizado por la edad. Otro asunto es pedir financiación para proyectos. Si se encuentran con la disyuntiva de una persona de 70 años y otra de 50, a lo mejor deciden favorecer al de 50. Yo tengo la sensación de que, efectivamente, se penaliza a los mayores, seguramente por la idea de que tienen menos futuro. Lo que pasa es que en la ciencia hay personas jóvenes que nunca van a descubrir nada y personas mayores, como Sydney Brenner [un ganador del Premio Nobel fallecido hace unos días a los 92 años], que han estado descubriendo cosas hasta última hora.

¿Todo es energía? Veamos en la Tierra

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en La Tierra y su energía    ~    Comentarios Comments (1)

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En esta inmensa, colorida y hermosa Nebulosa se crean nuevas estrellas que, llenas de energía emiten radiaciones ultravioletas que ionizan toda la región que las circundan y hace que la Nebulosa resplandezca  como una inconmensurable isla de luces y colores que nos desata la imaginación sabiendo que nuevas estrellas y mundos surgen de todo ese conglomerado de gas y polvo que interacciona con las fuerzas de la Naturaleza presentes en todas partes.

El universo entero es energía. En sus formas diferentes la energía cambia continuamente y lo mismo hace que brillen las estrellas del cielo, que los planetas giren, que los estables átomos formen moléculas y materia, que las plantas crezcan o que las civilizaciones evolucionen.

La ciencia del siglo XIX reconoció la universalidad de la energía y supo ver que la Humanidad sin energía que hiciera el trabajo más duro, no evolucionarían en el bienestar social y el saber. De todas maneras, aún hoy día, a comienzos del siglo XXI, no tenemos un conocimiento unificado de todos los ámbitos y disciplinas, que relacionados de una u otra manera con la energía, nos presente una visión global y completa de este problema. Los estudios energéticos modernos se presentan fragmentados, divididos en disciplinas, y los científicos que trabajan en cada una de ellas están muy ocupados para leer el resultado obtenido en los otros estudios.

Los geólogos, por ejemplo, al tratar de entender las grandes fuerzas que transforman la superficie del planeta por el movimiento de las placas tectónicas, rara vez están al día de los descubrimientos en las otras ramas de la energética moderna, donde se estudia desde el esfuerzo de un corredor de élite hasta el vuelo de un colibrí.

Los ingenieros se preocupan por las plantas generadoras de electricidad y piensan poco en las constantes fundamentales de la energía o en los cambios que determinaron la evolución de las sociedades antes de la llegada de la civilización de los combustibles fósiles.

Energía es todo, desde el Sol hasta un embarazo; desde el pan que comemos hasta un microchip. Sin embargo, es difícil que un técnico pueda pensar en ello cuando está centrado en resolver el problema del momento.

         También aquí está presente la energía

La progresión lógica se realiza siguiendo una secuencia progresiva desde los flujos de energía planetarios a la vida de las plantas y los animales, siguiendo con la energía humana, la energía en el desarrollo de las sociedades preindustriales y modernas, y concluyendo con el transporte y los flujos de información, que son las dos características más importantes de la civilización de los combustibles fósiles.

Los que han leído algunos de mis trabajos saben que aquí podrán encontrarse con datos y materias diversas, y aunque el tema central, como he reseñado por título, es la evolución por la energía, también podrán leer sobre la entropía, las fuerzas de la naturaleza, el átomo, o incluso, del Sol, los vientos, radiación solar o cualquier dato que, en realidad, pueda estar conectado con el concepto de energía.


El conocimiento, las peculiaridades y las complejidades de las diferentes formas de energías, así como su almacenamiento y transformación, requiere que cuantifiquemos esas cualidades y procesos. Para ello debemos introducir cierto número de conceptos científicos y medidas, así como sus unidades correspondientes.

Al hablar sobre energía nos encontramos con el problema de que el uso en el habla común de muchos términos científicos está equivocado. Como dice Henk Tennekes, “hemos creado una terrible confusión con los conceptos físicos simples en la vida ordinaria”. Pocos de esos malentendidos son tan generales y molestos como los relacionados con los términos energíapotencia y fuerza.

Definimos fuerza como la intensidad con la que intentamos desplazar – empujar, tirar, levantar, golpear… – un objeto. Podemos ejercer una fuerza enorme sobre la roca que sobresale en una montaña incluso si ésta permanece inmóvil. Sin embargo, sólo realizamos trabajo cuando el objeto que empujamos se mueve en la dirección de la fuerza aplicada. De hecho, se define el trabajo realizado como el producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida. La energía, como se define en los libros de texto, es “la capacidad de hacer trabajo”, y así, ésta se medirá con las mismas unidades que el trabajo.

Si medimos la fuerza en unidades denominadas newton (N), llamada así en honor de Isaac Newton, y la distancia en metros (m), el trabajo se mide en la malsonante unidad de newton-metro. Para simplificar, los científicos llaman al newton-metro julio (J), en honor de James Prescot Joule (1.818 – 1.889), quien publicó el primer cálculo preciso de la equivalencia entre trabajo y energía. El julio es la unidad estándar de trabajo y energía.

La potencia es simplemente la tasa de trabajo, es decir, un flujo de energía por unidad de tiempo. A un julio por segundo lo llamamos vatio (W) en honor de James Watt (1.736 – 1.819), inventor de la máquina de vapor mejorada y el hombre que estableció la primera unidad de potencia, que no fue el vatio sino el caballo de vapor (CV), una unidad aproximadamente igual a 750 W.

Seguimos con algunas tablas para documentarnos:

Almacenamiento de energía
Energía de Magnitud
Reservas mundiales de carbón 200.000 EJ
Reservas mundiales de masa vegetal 10.000 EJ
Calor latente de un tormenta 5 PJ
Carga de carbón de un camión de 100 t 2 TJ
Barril de petróleo crudo 6 GJ
Botella de vino de mesa blanco 3 MJ
Garbanzo pequeño 5 KJ
Mosca en la mesa de la cocina 9 mJ
Gota de agua de 2 mm en una hoja de árbol 4 μJ
Flujos de energía
Energía de Magnitud
Radiación solar 5.500.000 EJ
Fotosíntesis mundial neta 2.000 EJ
Producción mundial de combustibles fósiles 300 EJ
Huracán típico en el Caribe 38 EJ
La mayor explosión de bomba H en 1.961 240 PJ
Calor latente de un tormenta 5 PJ
Bomba de Hiroshima en 1.945 84 TJ
Metabolismo basal de un caballo grande 100 MJ
Ingesta diaria de un adulto 10 MJ
Pulsación de una tecla del ordenador 20 mJ
Salto de una pulga 100 nJ

Para avanzar un poco más tenemos que pasar de empujar y tirar (lo que llamamos energía mecánica o energía cinética) a calentar (energía térmica). Definimos una unidad llamada caloría como la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua desde 14’5 a 15’5 ºC. Usando esta unidad podemos comparar energías térmicas, pero una vez más, esta unidad no nos permite comparar todas las clases diferentes de energías.

Si nos preguntamos ¿qué es la energía?, esta pregunta no es fácil de contestar. Incluso uno de los más grandes físicos modernos resulta de poca ayuda: “es importante darse cuenta de que en física, en realidad, no se sabe muy bien qué es la energía. No tenemos una idea de por qué la energía está formada por pequeños pulsos de una cantidad definida”, decía Richard Feynman en su libro Lectures on Physics.

David Rose, para definir la energía, decía: “es un concepto abstracto inventado por los físicos en el siglo XIX para describir cuantitativamente una amplia variedad de fenómenos naturales”.

Definir la energía no ha sido nunca cosa fácil, dado que está presente en todo lo que podamos mirar desde una piedra que yace en las finas arenas del fondo de un río, la montaña que majestuosa nos mira desde su altanera e imponente figura, la simple visión de un hermoso árbol, y, sobre todo, energía para mí… ¡son las estrellas del espacio interestelar! que crean el material del que se forjan los mundos y surje la vida, la más elevada forma del energía que está presente en nuestro Universo.

El conocimiento moderno de la energía incluye un número de descubrimientos fundamentales: la masa y la energía son equivalente; los diferentes tipos de energía están relacionados por muchas transformaciones; durante esas transformaciones, la energía no se destruye (primer principio de la termodinámica) y esta conservación de la energía está inexorablemente acompañada por una pérdida de utilidad (segundo principio de la termodinámica).

El primer descubrimiento, descrito en una carta de Einstein a un amigo suyo como una “idea atrevida, divertida y atractiva”, se resume en su ecuación m = E/c2, que en su versión más famosa se escribe como E = mc2; la ecuación más conocida de la física.

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El segundo descubrimiento se demuestra continuamente en miles de trasformaciones energéticas que se producen en el universo. La energía gravitatoria mantiene las galaxias en movimiento, a la Tierra girando alrededor del Sol y confinada la atmósfera que hace nuestro planeta habitable. La transformación de la energía nuclear en el interior del Sol produce el continuo flujo de energía electromagnética, llamada radiación solar. Una pequeña parte de esa energía llega al planeta Tierra que, a su vez, libera energía geotérmica. El calor producido en ambos procesos pone en movimiento la atmósfera, los océanos y las gigantescas placas tectónicas terrestres.

Una pequeña parte de la energía radiante del Sol se transforma, a través de la fotosíntesis, en reservas de energía química, que son utilizadas por muchas clases de bacterias y plantas. Los seres heterótrofos (organismos que van desde las bacterias, los protozoos y los hongos hasta los mamíferos), ingieren y reorganizan vegetales de las plantas en nuevos enlaces químicos y los utilizan para crear energía mecánica (cinética).

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          Piscina de energía geotérmica en el Parque Nacional Yellowstone en Wyoming EE.UU.

¿Qué decir de la atmósfera de la Tierra?

La atmósfera terrestre (troposfera y estratosfera) es tan delgada que, dibujando el planeta con un diámetro de 10 cm, tendría un espesor de unos 0’4 milímetros, equivalente al grosor de una línea de lápiz. Sin embargo, esta delgada capa gaseosa posee una importancia crítica para mantener el balance energético de la Tierra.

El planeta es adecuado para el desarrollo de la vida debido a que su atmósfera el llamativamente diferente de la de sus vecinos más próximos. La atmósfera de Venus está compuesta en un 96 por ciento de CO2, con un 3’5 por ciento de nitrógeno y trazas de gases nobles. La atmósfera de Marte contiene un 95’3 por ciento de CO2, un 2’7 por ciento de nitrógeno, 1’6 por ciento de argón y también trazas de agua y O3. Una atmósfera parecida a la terrestre determinaría que en la superficie marciana la temperatura sería superior a los 200º C y la presión de unos pocos MPa. En tales condiciones no podría existir vida compleja basada en el carbono con tejidos húmedos.

Hay pocas dudas de que la primera atmósfera de la Tierra contuviera abundante CO2, pero no está claro si su posterior desaparición se debió exclusivamente a procesos geoquímicos inorgánicos (sobre todo a la pérdida de ácido carbónico), o si los primeros organismos fueron importantes en la posterior conversión de CO2 en sedimentos de CaCO3. Parece claro, por el contrario, que la fotosíntesis llevada a cabo inicialmente por bacterias fue la responsable de la transformación de la atmósfera sin oxígeno en el Arcaico.

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La Biosfera se vio protegida contra la radiación ultravioleta que llegaba del espacio

El aumento de oxígeno comenzó a acelerarse hace unos 2.100 millones de años y el actual nivel del 20 por ciento se alcanzó hace unos 300 millones de años. El aumento del oxígeno troposférico permitió la formación de ozono estratosférico, que protegió la biosfera de la energética radiación UV de longitudes de onda inferiores a 295 nm. Sin esta protección no hubiera sido posible la evolución de plantas y animales más complejos, ya que si la radiación UV de frecuencias menores ya mata los gérmenes y quema la piel, la de frecuencias altas es letal para la mayoría de los organismos.

Las actividades humanas pueden modificar poco las proporciones de los constituyentes atmosféricos. La cantidad de nitrógeno que se utiliza para sintetizar amoniaco representa una fracción despreciable de las enormes reservas troposféricas y la desnitrificación finalmente recicle todo el gas. Incluso el consumo de todas las reservas conocidas de combustibles fósiles (un hecho imposible debido a los costos prohibitivos de la extracción de algunas de estas fuentes de energía, sumergidas en las fosas abisales a miles de kilómetros de profundidad) reduciría la concentración de O2 en menos de un 2 por ciento.

Las emisiones locales y regionales de aire contaminado contienen muchos gases, pero los riesgos de un cambio climático global sólo pueden venir de mayores emisiones de compuestos en trazas. Algunos de esos gases (sobre todo CO2, N2O y CH4), así como el vapor de agua, absorben fuertemente la radiación en el espectro IR. Consecuentemente, la radiación IR emitida por la superficie de la Tierra tiene longitudes de onda comprendidas en distintas ventanas intercaladas entre bandas de absorción.

Las bandas de absorción más importantes del vapor de agua están comprendidas entre 2’5 y 3 μm y entre 5 y 7 μm, mientras que el CO2 tiene dos picos estrechos en 2’5 y 4 μm, y una banda más ancha cerca de los 15 μm. Como la radiación terrestre está completamente incluida en el espectro IR, esta absorción tiene un gran efecto en el balance de la radiación de la Tierra.

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Para mantener la biosfera habitable hacen falta solamente concentraciones muy pequeñas de gases de “efecto invernadero”. El CO2 representa actualmente sólo unos 360 ppm* (menos del 0’04%) de la atmósfera terrestre, y los demás gases en traza miden en ppb o ppt. Esta composición hace que la temperatura media en la superficie del planeta sea de unos 16º C, la cual, combinada con una presión superficial de 101 KPa, asegura que el agua permanezca líquida y que sea posible la fotosíntesis y el metabolismo heterótrofo. Hay que procurar (hablando coloquialmente) que Gaia no se enfade, ya que el aumento de las concentraciones de gases en traza elevaría gradualmente la temperatura media de la troposfera.

La conversión de bosques y praderas en campos de cultivo y la utilización de combustibles sólidos han hecho aumentar las emisiones de CO2, mientras que el creciente uso de fertilizantes nitrogenados, la cada vez más numerosa cabaña vacuna y el aumento del cultivo de arroz emiten cantidades adicionales de N2O y CH4. Los fluorforocarbonados, además de sus destructivos efectos sobre el ozono troposférico, son gases con efecto invernadero muy potentes. Debido a la acción combinada de los gases invernaderos antropogénicos, el flujo medio de calor absorbido ha aumentado en 2’5 W/m2 en grandes áreas del hemisferio norte, pero no estamos seguros de hasta dónde llegará esta tendencia ni de su velocidad. Lo mejor sería no confiarse; mi padre, hombre no cultivado, decía a menudo que “más vale un por si acaso que un yo creí”.

La atmósfera también interviene en el balance energético del planeta redistribuyendo el calor sensible y el calor latente del agua con los vientos y las lluvias, y de una manera completamente diferente pero más espectacular, con los rayos. La mayoría de esas descargas de elevadísima concentración de energía se originan en los cumulonimbos, y tienen una enorme potencia (duplicar el tamaño de la nube implica aumentar la potencia del rayo treinta veces). Un rayo normal descarga entre 20 y 50 MJ, la mayor parte de esa energía en 10 μs, produciendo la impresionante potencia de 1-10 GW. La luz visible emitida representa solamente el 0’2-2% de la energía disipada, invirtiéndose el resto en calentar la atmósfera a su alrededor y en la energía acústica del trueno. La observación de satélites indica que por término medio se producen unos cien mil relámpagos por segundo.

Sabemos que la atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea a un cuerpo astronómico. Varios planetas (incluyendo la Tierra) poseen atmósferas considerables debido a su intensa gravedad. Los movimientos de los gases en las atmósferas planetarias en respuesta al calentamiento, junto con las fuerzas rotacionales, generan sistemas meteorológicos. Los satélites planetarios Titán y Tritón también poseen atmósferas.

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¡Nuestra casa! De cuyas maravillas y su relación con el Sol, sería interesante y muy instructivo saber

Creo que la atmósfera es quizá el término más vago para identificar una parte de un cuerpo celeste. Está referido a su envoltura superficial, generalmente de un planeta o estrella. Parece fácil decirlo, pero los gases no son como un líquido o un trozo de roca, en los que puede determinarse exactamente dónde está la superficie que los separa del entorno circundante de una manera precisa. Es imposible indicar el nivel exacto donde acaba la atmósfera y comienza el plasma interplanetario. De hecho, los gases apenas están sometidos a la fuerza de la gravedad; se “esfuman” hacia el espacio y abandonan continuamente el cuerpo celeste. En el caso de la Tierra, por estar cerca del Sol, determinar dónde termina la atmósfera terrestre y dónde empieza la solar es un problema al que sólo puede responderse teóricamente, que dicho sea de paso, permite licencias literarias que prohíben las matemáticas.

emilio silvera

¿Todo es energía? Fijémonos en la Tierra II

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en La Tierra y su energía    ~    Comentarios Comments (0)

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¿Todo es energía? Veamos:Potencia de fenómenos de corta duración
Flujos de energía Duración Potencia
Terremoto de magnitud 8 en la E. Richter 30 s 1’6 PW
Gran erupción volcánica 10 h 100 TW
Energía cinética de una tormenta 20 min 100 GW
Gran bombardeo de la 2ª Guerra Mundial 1 h 20 GW
Tornado medio en EE.UU. 3 min 1’7 GW
Los cuatro motores del Boeing 747 10 h 60 MW
La mayor máquina de vapor de Watt 10 h 100 KW
Carrera de 100 m 10 s 1’3 KW
Lavadora doméstica 20 min 500 W
Audición de un CD 60 min 25 W
Una vela 2 h 5 W
El vuelo de un colibrí 3 min 0’7 W

El segundo principio de la termodinámica se refiere a la inevitable realidad de que a lo largo de la cadena de transformación de la energía se va perdiendo la capacidad de realizar un trabajo útil. Hay una magnitud asociada con esta pérdida de utilidad de la energía que se llama entropía; en cada transformación la energía se conserva, pero la entropía del sistema en su conjunto sólo puede aumentar. No hay nada que podamos hacer contra esta disminución de utilidad. Un barril de petróleo es un almacén de energía muy útil y de baja entropía que se puede transformar en calor, electricidad, movimiento y luz. Las moléculas calientes de aire emitidas por el tubo de escape de un motor o la luz que rodea una bombilla representan un estado de alta entropía en el que se producen irrecuperables pérdidas de utilidad.

En un sistema cerrado, este proceso unidireccional de disipación entrópica tiene la inevitable consecuencia de una pérdida de la complejidad y un aumento de la homogeneidad. Esto se puede ver si usted compara la multitud de moléculas orgánicas que componen el petróleo con la monotonía de unos pocos tipos de moléculas sencillas que forman los gases del tubo de escape.

Por el contrario, todos los organismos vivos (desde las bacterias hasta las civilizaciones humanas) son sistemas abiertos, que están importando y exportando energía constantemente; son capaces de mantenerse en estado de desequilibrio químico y termodinámico, creciendo y evolucionando hasta una mayor heterogeneidad y complejidad. Desafían temporalmente la tendencia entrópica.

No conviene utilizar unidades inadecuadas para medir esta gran variedad de procesos, porque casi siempre las cifras estarían seguidas o precedidas de muchos ceros. Tanto el julio como el vatio representan respectivamente cantidades muy pequeñas de energía y potencia. Aproximadamente 30 microgramos de carbón o 2 segundos de metabolismo de un ratón de campo equivalen a 1 julio. Un vatio es la potencia de una pequeña vela encendida o el vuelo rápido de un colibrí.

Prefijo de unidades científicas
Prefijo Abreviatura Notación científica
Deca- D 101
Hecto- H 102
Kilo- K 103
Mega- M 106
Giga- G 109
Tera- T 1012
Peta- P 1015
Exa- E 1018
Deci- d 10-1
Centi- c 10-2
Mili- m 10-3
Micro- μ 10-6
Nano- n 10-9
Pico- p 10-12
Femto- f 10-15
Atto- a 10-18

Como los múltiplos son inevitables, se introduce una serie de prefijos para abreviar los múltiplos más útiles: un kilogramo de buen carbón equivale a cerca de 30 millones de julios, 30 megajulios (MJ) de energía, y el consumo actual de combustibles fósiles en el mundo es aproximadamente diez billones de vatios, 10 teravatios (TW). Los mismos prefijos se añaden a las unidades de energía eléctrica: el voltio (v) es una medida de la diferencial de potencial entre dos puntos de un conductor, y el amperio (A), que mide la intensidad de la potencia eléctrica. La potencia de un sistema eléctrico es el producto de la diferencia de potencial y la intensidad de la corriente, lo que significa que un vatio es igual a un voltio por un amperio.

En la anterior tabla se relaciona una lista completa de los múltiplos y submúltiplos, algunos de los cuales se usan con mucha menos frecuencia cuando se trata de flujos de energías cotidianos.

Relación energética del Sol y la Tierra

Mientras  en el núcleo del Sol quede suficiente hidrógeno para mantener las reacciones termonucleares, la estrella que nos alumbra inundará la Tierra con radiación solar, que suministra la energía necesaria para mantener la mayoría de los procesos físicos y químicos que se producen en nuestro planeta.

Esta radiación calienta la atmósfera y el océano, genera vientos y lluvias y sostiene el inexorable proceso de la denudación. De todas las conversiones generadas de las energías globales que se producen en la Tierra, las geotectónicas (la lenta modificación del fondo oceánico y de los continentes, acompañada de terremotos y las espectaculares liberaciones energéticas de los volcanes), son las únicas que no proceden de la radiación solar, sino de la gravedad y de la liberación gradual del calor terrestre.

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La luz solar también suministra la energía necesaria para la fotosíntesis, la más importante transformación bioquímica, creando nueva biomasa en bacterias, fitoplancton, plantas superiores y, sobre todo, en bosques y praderas. Esta síntesis es el fundamento de la cadena alimenticia necesaria para el metabolismo heterótrofo de animales y personas, a los cuales la nutrición les permite desarrollar actividades que van desde una simple carrera a trabajos más elaborados, como la ocupación laboral y el ocio.

Así de importante es la luz. Las sociedades humanas, desde los pequeños grupos de cazadores o pastores hasta las sociedades más complejas que dependen de los enormes flujos de combustibles fósiles y electricidad, han estado ineludiblemente ligadas al continuo flujo de energía solar y a los almacenamientos energéticos procedentes de la misma.

El proceso de formación de carbón a partir de restos vegetales acumulados en zonas acuáticas y sumergidos, de tal manera que estaban aislados de la atmósfera, sufrieron una transformación por efecto de las bacterias anaeróbicas, que aumentan la concentración de carbono de los azúcares y desprenden gases, como metano y anhídrido carbónico. Así se forma una masa gelatinosa de turba. Posteriormente, ésta se hunde y sobre ella se van depositando nuevas capas. Las más inferiores pueden sufrir transformaciones metamórficas debido a la elevada presión y temperatura que soportan, convirtiéndose en grafito. Las condiciones biológicas, climáticas y estructurales más favorables para que tenga lugar esta serie de transformaciones se dieron durante el periodo carbonífero, que en Eurasia y Norteamérica se encontraban situadas en posición tropical y cubiertas de grandes bosques próximos al mar, que se inundaron debido a los movimientos verticales causados por la orogenia hercínica. Los yacimientos de carbón de mayor antigüedad proceden del devónico y los más modernos del cuaternario inferior.

El proceso de formación del petróleo se origina a partir de acumulaciones de plancton marino que sufre transformaciones, semejantes a la carbonización, por bacterias anaeróbicas, y que dan lugar a una materia denominada sapropel y posteriormente a la mezcla de hidrocarburos típica del petróleo. Esta transformación de hidrocarburos suele tener lugar al mismo tiempo que el proceso de sedimentación de arenas y arcillas que se transformarán en areniscas y margas, y quedarán impregnadas por el petróleo, dando lugar a las rocas madre de éste. Cuando éstas sufren presiones orogénicas o simplemente quedan sometidas a una mayor presión al hundirse los sedimentos, el petróleo migra hasta encontrarse con rocas impermeables que impiden su avance y se acumula en el subsuelo, generando los verdaderos yacimientos petrolíferos.

Los hidrocarburos gaseosos están acumulados en la parte superior de estos yacimientos de petróleo (aceites de roca: del latín petram, “piedra” y oleum, “aceite”), que es un aceite mineral hidrocarbonato, oleaginoso, inflamable, de olor acre, densidad inferior a la del agua y cuyo color varía desde el negro al incoloro. Consta principalmente de hidrocarburos líquidos, en los que se encuentran disueltos hidrocarburos sólidos (asfaltos y betunes) y gaseosos (metano, butano y acetileno); también contiene pequeñas porciones de nitrógeno, azufre, oxígeno, colesterina, porfirinas, vanadio, níquel, cobalto y molibdeno. De todo esto, mediante procesos industriales de refinado, se obtienen los productos de todos conocidos como la gasolina, nafta, queroseno, gasóleo, etc.

Su combustión es una de las fuentes más importantes de contaminación por los elevados porcentajes de azufre y otras materias que contiene. Sin embargo, por obtener esta fuente de contaminación y “riqueza” se crean conflictos que desembocan en las guerras que azotan nuestro mundo.

Ahora, después de esta breve explicación, sabemos un poco más sobre esta materia prima que ha servido, y continuará aún algún tiempo sirviendo de base a muchas generaciones pasadas y alguna menos futura: civilizaciones del combustible sólido, con su profesión de servicios energéticos, transporte generalizado y exceso de información (no siempre deseable, ya que si elimináramos el 80% de las programaciones televisivas, el mundo sería algo más culto y estaría menos embrutecido).

Un observador extraterrestre no podría encontrar nada extraordinario que le permitiera distinguir el Sol entre las millones de estrellas similares que existen en la nuestra y otras galaxias, y que a su vez representan una fracción de cientos de miles de millones de cuerpos radiantes que las forman. Como se ha dicho otras veces, nuestro Sol pertenece a una clase común de estrella localizada aproximadamente en el centro de la secuencia principal* del esquema de clasificación conocido como de Herzsprung-Russell, denominada enana G2, que posee un característico color amarillo y una magnitud estelar poco importante (+4’83). Así que, después de 4.500 millones de años, el Sol está a la mitad de su vida y va camino de transformarse de enana en gigante roja. Cuando esto ocurra, su luminosidad será mil veces mayor que la actual, y su diámetro, enormemente expandido, alcanzará (probablemente) la Tierra. Durante algún tiempo el planeta girará dentro de una órbita en el interior de la ligera cubierta de la estrella, pero final e inevitablemente caerá describiendo una espiral hasta ser engullida por el núcleo de la gigante roja.

Mucho antes de que el Sol se transforme en una gigante roja la vida en la Tierra desaparecerá. Según se contraiga el núcleo solar, las reacciones termonucleares calentarán su capa externa; el diámetro de la estrella se expandirá unas diez mil veces y la radiación de la subgigante roja evaporará los océanos y mares de la Tierra generando fortísimos vientos calientes en la convulsa atmósfera del planeta.

Sin embargo, mientras haya hidrógeno en el núcleo de la estrella, los inexorables cambios de su luminosidad serán graduales y el Sol continuará suministrando la energía necesaria, tanto para la vida en la Tierra como para la mayoría de las transformaciones físicas que ocurren en ella.

Las primeras explicaciones científicas de la radiación solar, cálculo basado en la gravitación de Hermann Helmholtz, conducen a una estimación de la vida de la estrella de unos treinta millones de años. La famosa ecuación de Einstein relacionando la materia y la energía abrió el camino hacia un modelo más preciso que, por sí sólo, tampoco nos ofrece una solución completamente satisfactoria. Por otra parte, no parece probable que la transformación total de materia solar, convirtiendo los núcleos atómicos y los electrones en radiación (según teorizaba Sir Arthur Eddington), pueda producirse ni siquiera a temperaturas superiores a los diez mil millones de grados Kelvin (K). La idea hoy aceptada de que la producción de la energía en el núcleo del Sol obedece a reacciones nucleares fue propuesta a finales de los años treinta por Hans Bethe, Charles Critchfield y Carl Friedrich von Weizsäcker.

La fusión de hidrógeno en helio, en el ciclo protón-protón, se inicia cuando la temperatura alcanza los trece millones de grados Kelvin. Justo por encima de los 16 millones Kelvin empieza a dominar el ciclo carbono-nitrógeno que genera C12. No podemos estar seguros, pero de acuerdo con los mejores modelos, el ciclo C-N genera solamente un 1’5% de la energía total del Sol.

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Las reacciones en el núcleo solar consumen entre 4’3 y 4’6 millones de toneladas de materia cada segundo, de manera que de 4.654.000 t de hidrógeno, 4.650.000 se transforman en helio, y las 4.000 toneladas que faltan son lanzadas al espacio en forma de radiación termonuclear (luz y calor) de la que una pequeña parte nos llega a la Tierra para hacer posible la vida.

De acuerdo a la relación masa-energía de Einstein, liberan 3’89×1026 J de energía nuclear. Este inmenso flujo de energía es rápidamente transformado en energía térmica, que es transportado, isotrópicamente, hacia el exterior, primero por irradiación aleatoria y luego más rápidamente por convección direccional.

Suponiendo (como antes apuntaba) que la radiación es isótropa, la potencia de la luz visible que atraviesa cada metro cuadrado de la capa emisora de la fotosfera es aproximadamente de 64 MW. Como en el espacio no hay prácticamente atenuación de la radiación solar, cuando ésta alcanza la órbita de la Tierra tiene una densidad de potencia igual al cociente entre la luminosidad total del Sol (3’89×1026 W) y el área de una esfera de radio orbital (que, como promedio, es de unos 150 millones de kilómetros).

Este flujo, tradicionalmente conocido como la constante solar, es la tasa máxima de energía que llega a la parte superior de la atmósfera terrestre. A principios de los años setenta, la NASA utilizó para el diseño de las naves espaciales un valor de la constante solar igual a 1.353 W/m2. El flujo ha sido medido directamente en el espacio desde 1.979, cuando el satélite Nimbus 7 obtuvo un valor de 1.371 W/m2. En el más reciente satélite de la Solar Maximum Mission lanzado en 1.980 se obtuvo una media ponderada de 1.368’3 W/m2.

Las observaciones continuadas desde el espacio han revelado la existencia de una compleja regularidad de pequeñas fluctuaciones de corta duración que, debido a la interferencia de la atmósfera, no habían podido ser observadas anteriormente. Estas fluctuaciones de poca duración (del orden de días a semanas) y de hasta un 0’2 por ciento son debidas al paso de manchas oscuras y fáculas brillantes que arrastra el Sol en su rotación; el ciclo medido es de 11 años, en el que la radiación solar disminuye en un 0’1 por ciento entre el valor máxima y el mínimo.

La longitud de onda de la energía electromagnética emitida por el Sol y que llega a la Tierra varía en más de diez órdenes de magnitud. Va desde la longitud de onda más corta, que corresponde a los rayos gamma y rayos X de menos de 10-10 m, hasta la longitud de ondas de radio que superan el metro.

El aspecto del espectro de la radiación solar es similar al de un cuerpo negro a 6.000º K. Ambos espectros son especialmente parecidos en el rango de la longitud de onda mayor que la del amarillo, pero para longitudes de onda menores, el espectro solar cae notablemente por debajo de la línea de los 6.000º K. De acuerdo con la ley de desplazamiento de Wien, la emisión máxima a esta temperatura es de 483 nm, cerca del final de la zona azul del espectro visible y próximo al verde.

El flujo de energía se reparte desigualmente entre las tres grandes categorías espectrales: radiación ultravioleta (UV), cuya longitud de onda va desde las más cortas hasta los 400 nm y contribuye con menos del 9 por ciento de la radiación total; la luz visible, que va desde los 400 nm del violeta más lejano hasta los 700 nm del rojo más oscuro y representa un 39 por ciento; y la radiación infrarroja (IR), que representa cerca del 52 por ciento.

La radiación que llega a la superficie de la Tierra es muy diferente de la radiación extraterrestre, tanto cualitativa como cuantitativamente. Las razones físicas de esta diferencia son varias: que la órbita de la Tierra es elíptica, la propia forma del planeta, la inclinación del eje de rotación, la composición de la atmósfera y la reflectividad (albedo) de las nubes y superficies terrestres. Consecuentemente, la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra presenta una compleja pauta espacial y temporal. La media anual global es ligeramente inferior a 170 W/m2 en los océanos y de unos 180 W/m2 en los continentes. La diferencia más importante del valor esperado, según la latitud de la zona, se encuentra en la disminución que se presenta en los trópicos y durante los monzones subtropicales, debido a la alta nubosidad. Grandes regiones de Brasil, Nigeria y el sur de China reciben menos insolación que Nueva Inglaterra o las regiones de Europa occidental. Es aún más sorprendente que no haya diferencia entre el flujo máximo que se recibe al mediodía durante el verano en Yakarta, situada en el ecuador, y el que se recibe en ciudades subárticas como Edmonton en Canadá o Yakutsk en Liberia. Quizás el mejor ejemplo sea el de Oahu, donde la casi siempre nublada cordillera Koolau, que intercepta las nubes y las lluvias arrastran los alisios, tiene una media anual de radiación de 150 W/m2, mientras que en Pearl Harbor, a 15 Km de distancia en la dirección del viento, la media es de 250 W/m2.

La radiación solar media de 170 W/m2 representa anualmente una energía de 2’7×1024 J, que equivale a 87 PW. Esta cantidad es casi 8.000 veces mayor que el consumo mundial de combustibles sólidos y electricidad durante los primeros años noventa. Sólo una pequeña fracción de este inmenso flujo es absorbida por los pigmentos de las plantas para realizar la fotosíntesis, y una parte algo mayor, pero también pequeña, se utiliza para calentar las plantas, los cuerpos de los animales y las personas, así como sus refugios.

Imagen relacionada

La energía siempre sustentó la vida en nuestro planeta desde hace muchos millones de años

La radiación también sustenta la vida porque al calentar los océanos, las rocas y los suelos, impulsa funciones fundamentales en la biosfera, tales como el ciclo del agua, la formación de los vientos, el mantenimiento de la temperatura adecuada para que funcionen los procesos metabólicos y la descomposición orgánica. Además, es la causante de la erosión que transporta los nutrientes minerales para la producción primaria de materia orgánica.

A la larga, para mantener el equilibrio térmico del planeta, la radiación solar absorbida debe emitirse al espacio, pero la longitud de onda está drásticamente desplazada hacia el infrarrojo. A diferencia de la radiación de longitud de onda corta emitida por el Sol, que está determinada por la temperatura de la fotosfera (5.800º K), la radiación terrestre corresponde muy aproximadamente a las emisiones electromagnéticas de un cuerpo negro a 300º K (27ª C). El máximo de emisión de esa esfera caliente está en la zona del IR a 966 μm. Como el 99% de la radiación solar llega en longitudes de onda menores de 4 μm y el espectro terrestre apenas alcanza los 3 μm, el solapamiento de frecuencias entre estos dos grandes flujos de energías es mínimo.

Reacción protón-protón para formar helio 4 liberando energía

Es verdaderamente maravilloso que hallamos podido llegar a comprender los procesos complejos que, mediante hilos invisibles de energía, hacen posible que la vida en la Tierra esté presente, que los procesos esenciales del planeta sean posibles gracias al Sol y que, escenarios maravillosos como una puesta de Sol o una Aurora Boreal, sean todos la consecuencia de que, la energía, está presente en el Universo, en nuestro mundo, en nuestras vidas.

emilio silvera

El saber ocupa lugar y… ¡Tiempo!

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

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Muchas son las cosas que ignoramos del Universo y, mientras así sea, tendremos capacidad para el asombro. Mirad la imagen de arriba: Una bonita pero extraña nebulosa planetaria bipolar. Una estrella como nuestro Sol que al final de su vida, habiendo agotado todo su combustible nuclear de fusión, se contrae sobre sí misma para formar una enana blanca y, en el proceso, eyecta sus capas exteriores al espacio interestelar de distintas maneras, de tal forma es así que, la variedad de nebulosas planetarias es muy diversa pero, todas hermosas.

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Generalmente, la gente sencilla no sabe, en realidad, como se forman y nacen las estrellas, como viven y al final de sus “vidas” qué  ocurre, en qué se transforman y que transiciones de fase y cambios se producen en el material que la conforma, en qué se convierten. Igualmente ocurre con el origen de las Nebulosas, o, cómo son los mecanismos que rigen en las galaxias y las fuerzas que están presentes a lo largo y a lo ancho de todo el Cosmos. Es lógico que sea de esta manera y, la gente sencilla y no versada en éstos temas, incluso hablar del propio planeta es, para ellos, hablar de algo muy grande, casi infinito y eterno. La capacidad de entender lo que el Universo es, se les escapa. Viven en un “mundo” local, de cosas pequeñas y cotidianas, lo inmediato es lo que llama su atención y les preocupa.

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Si preguntamos por el significado del Big Bang, la expansión del universo, cómo nacen y mueren las estrellas, o, cómo se pudieron formar las galaxias, qué es una singularidad, a qué se refiere la libertad asintótica de los quarks, qué son los nucleones, qué significan las constantes universales, qué es la mecánica quántica, el modelo estándar, la relatividad general, el significado de E = mc2, el principio de incertidumbre, la función de onda de Schrödinger, el Principio de exclusión de Pauli, el cuánto de acción de Planck, h, o el límite, la energía o tiempo de Planck…, cualquiera de estas cuestiones, todas tan importantes, serán desconocidas para el 99’99% de los encuestados. ¡Una auténtica lástima!

Esa es la penosa realidad en la que estamos inmersos. Esas personas desconocedoras de las preguntas que antes enumeramos, sí podrían contestar, en cambio, cualquier tema que se les plantee sobre cuestiones mundanas e intrascendentes. Ninguna explicación, aunque somera y sencilla, podrían dar sobre, por ejemplo, lo que es una estrella de neutrones.

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Este 1º es un remanente que oculta a una estrella de Neutrones, el 2º es el púlsar oculto en la Nebulosa del Cangrejo

Lo cierto es que para las estrellas supermasivas, cuando llegan al final de su ciclo y dejan de brillar por agotamiento de su combustible nuclear, en ese preciso instante, el tiempo se agota para ella. Cuando una estrella pierde el equilibrio existente entre la energía termonuclear (que tiende a expandir la estrella) y la fuerza de gravedad (que tiende a comprimirla), al quedar sin oposición esta última, la estrella supermasiva se contrae aplastada bajo su propia masa. Queda comprimida hasta tal nivel que llega un momento que desaparece, para convertirse en un agujero negro, una singularidad, donde dejan de existir el “tiempo” y el espacio. A su alrededor nace un horizonte de sucesos, que si se traspasa se es engullido por la enorme gravedad del agujero negro.

De acuerdo a la teoría general de la relatividad, una singularidad es un punto teórico con volumen cero y densidad infinita. Es el resultado al que cualquier masa que se convierte en agujero negro tiene que colapsar. El tiempo deja de existir en estas regiones del universo que conocemos como singularidad y, el espacio, queda distorsionado, prisionero en esa densidad aterradora.  El mismo Big Bang (dicen) surgió de una singularidad de energía y densidad infinitas que explosionó como consecuencia de una fluctuación del vacío y se expandió creando el tiempo, el espacio y la materia.

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En esta Nebulosa gigante molecular, nacen las estrellas super-masivas que serán, en el futuro, agujeros negros. Es la Nebulosa gigante conocida como Nebulosa del Águila.

Como contraposición a estas enormes densidades de las enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros, existen regiones del espacio que contienen menos galaxias que el promedio o incluso ninguna galaxia; a estas regiones las conocemos como vacío cósmico. Han sido detectados vacíos con menos de una décima de la densidad promedio del universo en escalas de hasta 200 millones de años luz en exploraciones del universo profundo. Estas regiones son a menudo esféricas. El primer gran vacío en ser detectado fue el de Boötes en 1.981; tiene un radio de unos 180 millones de años luz y su centro se encuentra aproximadamente a 500 millones de años luz de la Vía Láctea. La existencia de grandes vacíos no es sorprendente, dada la existencia de cúmulos de galaxias y supercúmulos a escalas muy grandes.

Mientras que en estas regiones la materia es muy escasa, en una sola estrella de neutrones, si pudiéramos retirar 1 cm3 de su masa, obtendríamos una cantidad de materia increíble. Su densidad es de 1017 Kg/m3; los electrones y los protones están tan juntos que se combinan y forman neutrones que se degeneran haciendo estable la estrella de ese nombre que, después del agujero negro, es el objeto estelar más denso del universo (al menos hasta que se descubran -si es que existen- las estrellas de Quarks).

Es interesante ver cómo a través de las matemáticas y la geometría, han sabido los seres humanos encontrar la forma de medir el mundo y encontrar las formas del universo. Pasando por Arquímedes, Pitágoras, Tales de Mileto, Empédocles, Demócrito de Abdera, Anaximandro, Arquitas…  Galileo, Newton, Gauss y Riemann o Einstein…, y muchos otros,  siempre hemos tratado de buscar las respuestas de las cosas por medio de las matemáticas y la intuición. Ahora contamos con sofisticadas máquinas de tecnología futurista que nos ayudan a comprobar las teorías.

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Ahora, entre otras muchas cuestiones sin resolver, la que más destaca y apremia, es encontrar la respuesta tan esperada en astronomía y que alguien responda a la pregunta siguiente: ¿Qué es y donde está la energía y la materia oscura?

Sí, sabemos que su presencia puede ser inferida por sus efectos sobre los movimientos de las estrellas y galaxias, aunque no puede ser observada directamente debido a que emite poca o ninguna radiación. Se piensa que algo más del 90% de la masa del universo se encuentra en alguna forma de energía y materia oscura. Nos dicen que existen evidencias de materia oscura en las galaxias espirales en sus curvas de rotación. La existencia de materia oscura en los cúmulos ricos de galaxias puede ser deducida por el movimiento de las galaxias constituyentes.

 Claro que, una cosa es deducir y otra…verificar

Las cosas comienzan a tambalearse cuando escuchamos algunos argumentos: “Una parte de esta materia oscura puede encontrarse en forma de estrellas poco masivas u objetos con masa del orden de la de Júpiter; dicha materia normal se describe como bariónica (los bariones son los protones, neutrones y otras partículas formadoras de materia que podemos ver).  Por otra parte, también puede existir materia oscura en el espacio entre galaxias, ese espacio que llamamos vacío y que en realidad está abarrotado de partículas virtuales que aparecen sin saber de dónde y en manos de una millonésima de segundo desaparece sin que sepamos a dónde, y que podría hacer aumentar la densidad media del universo hasta la densidad crítica requerida para invertir la expansión actual.”

Cuando no se sabe de qué se habla… se dicen tantas cosas sin sentido que… se puede llegar con facilidad, a caer en el más espantoso de los ridículos y, la materia oscura ha llevado a más de uno a situaciones… poco cómodas. Las anomalías observadas y que no sabemos explicar, podrían tener su origen en otra parte. Incluso podría ser posible que la materia oscura… ¡no existiera!

En una reunión de astronomía, uno de los ponentes decía: “Si la teoría del Big Bang es correcta -como parece que lo es-,  debe de existir una gran proporción de materia oscura en forma no bariónica (que no podemos ver), quizás axiones, fotinos o neutrinos masivos, supervivientes de las etapas tempranas del Big Bang y, ¿por qué no?, también podríamos suponer que la materia oscura que tanto nos preocupa pudiera estar encerrada dentro de las singularidades de tantos y tantos agujeros negros que se han debido formar a lo largo de los 13.500 millones de años que es la edad del universo.” Y, ¿por qué no -podríamos decir- esa fuerza extraña que se observa y que no sabemos de dónde procede, no estará generada por un universo paralelo? ¡Los cosmólogos! son la monda.

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El telescopio espacial WISE ha identificado a millones de candidatos a quásares y hasta 1.000 objetos que se sospecha que son las galaxias más brillantes en el infrarrojo localizadas hasta la fecha. “Hemos descubierto desde un asteroide bailando delante de la Tierra en su órbita, hasta agujeros negros supermasivos y galaxias que se esconden detrás de capas de polvo.” Declaró uno de los responsables de la investigación. Por ejemplo, el agujero negro gigante en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, llamado Sagitario A, tiene 4 millones de veces la masa de nuestro Sol y ha pasado por el frenesí de alimentaciones periódicas donde el material cae hacia el agujero negro, haciendo que se caliente e irradie en su entorno. Pero se sabe de la existencia de agujeros negros de miles de millones de veces la masa de nuestro Sol.

Los agujeros negros, cuya existencia se dedujo por Schwarzschild en 1.916 a partir de las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, son objetos supermasivos, invisibles a nuestra vista (de ahí su nombre) de los que no escapa ni la luz; tal es la fuerza gravitatoria que generan que incluso engullen la materia de sus estrellas vecinas, del polvo interestelar circundante y de todo material que “se atreva” a traspasar la línea fatídica del horizonte de sucesos que marca la puerta de del “irás y no volverás”.

Pues bien, como en el universo existen innumerables agujeros negros,  muchos se preguntaron: ¿”Por qué no creer que sean ellos, los A.N., los mejores candidatos para ser la “materia oscura”?.

Para mí particularmente, sin descartar absolutamente nada de lo anterior (cualquier teoría podría ser la cierta, y, con lo que no estoy de acuerdo es con que, con frecuencia, reputados científicos, hablen de la materia oscura con la seguridad de quién sabe, a ciencia cierta, dónde está y que es, cuando en realidad, no tienen ni idea y todo son…, simples especulaciones que, más o menos pueden estar apoyadas por indicios vagos que nunca certeza.

También, digo yo que, ya puestos a suponer, la denominada materia oscura podría estar situada en la quinta dimensión y sus efectos nos llegan a través de fisuras que rasgan el espacio-tiempo y producen fluctuaciones del “vacío”, que de alguna manera deja pasar a los gravitones que transportan la fuerza gravitacional que emite dicha materia y sus efectos se dejan sentir en nuestro universo, haciendo que las galaxias se alejen las unas de las otras a mayor velocidad de la que tendrían si el universo estuviera poblado sólo de la materia bariónica que nos rodea.

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                    La Imaginación es libre. ¿Cuántas veces habré imaginado otros mundos?

Claro que mis pensamientos son sólo eso, imaginaciones. Una conjetura más de las muchas que circulan. No se puede  dogmatizar hablando de estas cuestiones sobre las que no se tienen la menor certeza. La cuestión es que, si atendemos a la expansión de Hubble, tampoco podemos explicar las formación de las galaxias, ya que, dicha expansión lo habría impedido, a no ser que, allí, existiera una fuerza invisible que sujetó a la materia el tiempo necesario para que se formaran las estrellas y las galaxias: ¿la materia oscura? Es posible y, si así fue como pudieron formarse las galaxias eso quiere decir que “esa materia oscura”, o “ese Ylem” -como llamaban los antiguos griegos a la sustancia primera del universo- habría sido la materia primera, la base de todo, la semilla que hizo posible el universo que ahora contemplamos.

Nos dicen que nuestra Galaxia -y también las otras- está rodeada de materia oscura. Tal afirmación además de osada, es poco científica. De todas las maneras, incluso la denominación dada: “materia oscura”, delata nuestra ignorancia.  Pero, mientras todo esto está pasando, dejamos que el “tiempo” transcurra y como siempre ha pasado, finalmente, alguien vendrá a dar la respuesta que, hasta podría coincidir con algunas de las conjeturas que de éste complejo asunto se han emitido.

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Muchos son los sueños que tendremos que hacer realidad antes de poder contestar algunas preguntas

Para que tengamos las respuestas a preguntas planteadas que nadie sabe contestar, aunque no lo sepamos, lo que necesitamos es poder viajar a las estrellas, disponer de energías que ahora nos parecen infinitas y que, podríamos obtener por medios ahora desconocidos de los discos de acreción de los agujeros negros, o, del mismo vacío. Podríamos lograr el traslado de materia viva a lugares distantes, dominar toda una galaxia, y, ¿por qué no? hacer realidad los sueños de aquellos antiguos Alquimistas. De hecho, ya hacemos diamantes artificiales que, de no ser un experto, difícilmente podríamos distinguir de otros naturales. Claro que, para que todo eso sea una realidad, tendrán que transcurrir algunos eones de tiempo.

Arriba podéis contemplar una calle de mi ciudad  a finales del siglo XIX y la primera mitad del siglo XX. El balcón que sobresale arriba a la derecha, pertenecía al local de mi primer trabajo en una Oficina. Con 18 años, comencé mi andadura en el ámbito administrativo.

Sí amigos, con el paso del tiempo vamos sabiendo, nuestra imaginación lo transforma todo y, lo que parecía imposible…lo hacemos real.

Resultado de imagen de el llamado disco de Nipkow,

En 1884 Paul Nipkow diseña y patenta el llamado disco de Nipkow, un proyecto de televisión que no podría llevarse a la práctica. En 1910, el disco de Nipkow fue utilizado en el desarrollo de los sistemas de televisión de los inicios del siglo XX y en 1925, el 25 de marzo, el inventor escocés John Logie Baird efectúa la primera experiencia real utilizando dos discos, uno en el emisor y otro en el receptor, que estaban unidos al mismo eje para que su giro fuera síncrono y separados 2m. Se transmitió una cabeza de un maniquí con una definición de 28 líneas y una frecuencia de cuadro de 14 cuadros por segundo. Baird ofreció la primera demostración pública del funcionamiento de un sistema de televisión a los miembros de la Royal Institution y a un periodista el 26 de enero de 1926 en su laboratorio de Londres.

¿Qué hemos logrado en los últimos cien años? Como se suele decir, ¡si nuestros abuelos levantaran la cabeza! ¿Qué maravillas tendremos dentro de cien años? ¿Qué adelantos científicos se habrán alcanzado?  Dejando a un lado, a los primeros descubridores, como Arquitas, Ptolomeo, Copérnico, Galileo, Kepler y otros muchos de tiempos pasados, tenemos que atender a lo siguiente:

Estos dos personajes: Einstein y Planck, fueron los artífices de una revolución

La primera revolución de la física se produjo en 1.905, cuando Albert Einstein con su relatividad especial nos ayudo en nuestra comprensión de las leyes que gobiernan el universo. Esa primera revolución nos fue dada en dos pasos: 1905 la teoría de la relatividad especial y en 1.915, diez años después, la teoría de la relatividad general. Al final de su trabajo relativista, Einstein concluyó que el espacio y el tiempo están distorsionados por la materia y la energía, y que esta distorsión es la responsable de la gravedad que nos mantiene en la superficie de la Tierra, la misma que mantiene unidos los planetas del Sistema Solar girando alrededor del Sol y también la que hace posible la existencia de las galaxias.

{\displaystyle R_{\mu \nu }-{1 \over 2}Rg_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }}

Resultado de imagen de Las ecuaciones de campo de la Relatividad donde el Tiempo se ralentiza

{\displaystyle {\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}

{\displaystyle T_{d}=T_{0}{\sqrt {1-{\frac {2GM}{rc^{2}}}}}=T_{0}{\sqrt {1-{\frac {r_{0}}{r}}}}}

Nos dio un conjunto de ecuaciones a partir de los cuales se puede deducir la distorsión del tiempo y del espacio alrededor de objetos cósmicos que pueblan el universo y que crean esta distorsión en función de su masa. En otra nos dice que masa y energía son dos aspectos de la misma cosa, y también nops enseña otra que nos lleva a que el Tiempo, en ciertas circunstancias se puede ralentizar. Se han cumplido 100 años desde entonces y miles de físicos han tratado de extraer las predicciones encerradas en las ecuaciones de Einstein (sin olvidar a Riemann) sobre la distorsión del espaciotiempo.

Planck, con su cuanto de acción, h, sembró la semilla que más tarde germinaría en la forma que conocemos como mecánica cuántica y que tantas satisfacciones nos ha dado al poder descubrir por medio de ella, cómo es la Naturaleza de lo muy pequeño.

¿Qué futuro nos espera? ¿Sabremos seguir los pasos de estos genios del pensamiento?

emilio silvera