miércoles, 21 de agosto del 2019 Fecha
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¿La Naturaleza? ¡Simetría dentro de la Diversidad!

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

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Resultado de imagen de Nuestro mundo visto desde el Espacio

Nuestro mundo, aunque en la Galaxia existan muchos como él (que no los hemos podido encontrar), es un lugar privilegiado que conforma un Ecosistema superior en su conjunto formado por muchos ecosistemas locales aislados los unos de los otros y sin embargo, todos conexionados. La Diversidad de regiones diferentes que existen dentro del mismo planeta es asombrosa y, lo mismo nos podemos encontrar en un lugar como ese que vemos arriba, o en una isla paradisíaca, una selva, un desierto, o perdidos en un inmenso y embravecido océano, en la ventisca de nieve de inmensas montañas y, también, en grutas enormes en las profundidades del planeta.

Pero todos esos climas diferentes son el resultado de la diversidad y, en cada uno de esos lugares ocurren cosas y, la vida, aunque parezca imposible, está allí presente. Es la consecuencia de que el planeta Tierra esté situado en la zona habitable del Sol, ni demasiado cerca para que la vida perezca achicharrada, ni demasiado lejos para que resulte congelada por el frío. Aquí el agua discurre líquida y cantarina por multitud de lugares y hace posible que, entre el preciado líquido y los rayos del Sol que nos envían la luz y el calor necesarios para la fotosíntesis y la vida… ¡Podamos estar aquí!

Resultado de imagen de Electromagnetismo

El electromagnetismo es la rama de la física que estudia las relaciones entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, es decir, entre el campo magnético y la corriente eléctrica.

Fuente: https://concepto.de/electromagnetismo/#ixzz5sIhuRCgE

 

                        La imagen especular de la montaña en el lago es simetría

Todos sabemos que la materia en nuestro Universo adopta muchas formas distintas: Galaxias de estrellas y mundos que, en alguna ocasión, pueden incluso tener seres vivos y algunos han podido evolucionar hasta adquirir la consciencia. Sin embargo, no me quería referir a eso que es bien sabido por todos, sino que, trato de pararme un poco sobre una curiosa propiedad que la materia tiene en algunas ocasiones y que, la Naturaleza se empeña en repetir una y otra vez: ¡La Simetría!

Las Galaxias espirales, la redondez de los mundos, las estrellas del cielo, los árboles y las montañas, los ríos y los océanos, las especies animales (incluída la nuestra) que, se repiten una y otra vez y, en general, salvando particularidades, todas repiten un patrón de simetría.

Recuerdo aquí aquel pensamiento de Paul Valery en el que nos decía:

“El Universo está construido según un plan cuya profunda simetría está presente de algún modo en la estructura interna de nuestro intelecto.”

 

 

                                                           La Naturaleza está llena de simetrías

La simetría es una propiedad universal tanto en la vida corriente, como desde un punto de vista matemático desde el quehacer de la Física Teórica. En realidad, lo que observamos en la vida corriente es siempre lo repetitivo, lo simétrico, lo que se puede relacionar entre sí por tener algo común. Es siempre lo mismo dentro de una inmensa diversidad formada por grupos iguales.

En un sentido dinámico, la simetría podemos entenderla como lo que se repite, lo reiterativo, lo que tiende a ser igual. Es decir, los objetos que, por mantener la misma geometría, son representativos de otros objetos. En el Caos matemático encontramos concepción de la simetría en el mundo los fractales. Sin embargo, la simetría es mucho más. Hay distintas maneras de expresarla: “Conjunto de invariancias de un sistema”, podría ser una de ellas. Al aplicar una transformación de simetría sobre un sistema, el sistema queda inalterado, la simetría es estudiada matemáticamente usando teoría de grupos. Algunas de las simetrías son directamente físicas. Algunos ejemplos son las reflexiones y las rotaciones en las moléculas y las translaciones en las redes cristalinas.

        Aquí hay mucho más de lo que a simple vista parece

Los físicos teóricos también se guían en sus investigaciones por motivaciones estéticas tanto como racionales. Poincaré escribió: “Para hacer ciencia, es necesario algo más que la pura lógica”. Él identificó ese elemento adicional como la intuición, que supone “el sentido de la belleza matemática”. Heisenberg hablaba de “la simplicidad y belleza de los esquemas matemáticos que la Naturaleza nos presenta”.

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La simetría está presente por todas partes y, cada objeto, tiene la suya que siempre, está relacionada con la de otro de la misma especie. Hay simetrías que en física incluye todos los rasgos de un sistema físico que exhibe propiedades de la simetría – eso es, que bajo ciertas transformaciones, aspectos de esos sistemas son “incambiables”, de acuerdo a una observación particular. Una simetría de un sistema físico es un rasgo físico o matemático de un sistema que es preservado sobre cierto cambio.

En matemática,  una transformación es un operador aplicado a una función tal que bajo esa transformación, ciertas operaciones sean simplificadas. En ejemplo, en la aritmética cuando se busca un algoritmo de números, el proceso de búsqueda es reducido a la suma de los algoritmos de cada factor.

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Por ejemplo, veamos la invariancia de escala: En un recipiente con agua a punto de hervor, las burbujas de vapor, nucleadas en el fondo del recipiente, crecen, se liberan, y fluctúan  hasta la superficie de donde se escapan para la atmósfera. A la temperatura de ebullición, el agua existe al mismo tiempo en dos fases distintas – líquido y gas – y a medida que las burbujas se forman las dos fases se separan en el espacio. Si cerramos el recipiente la temperatura de ebullición aumenta, como en una olla a presión. A medida que la presión aumenta, el sistema llega al punto crítico, donde las propiedades del líquido y del gas se vuelven idénticas. Por encima de esa temperatura, en el régimen supercrítico, dejan de existir dos fases distintas y existe apenas un fluido homogéneo.

Cerca del punto crítico, la materia fluctúa sin límites. Burbujas y gotas, unas tan pequeñas como unos cuantos átomos, otras tan grandes como el recipiente, aparecen y desaparecen, se unen y se separan. Exactamente en el punto crítico la escala de las mayores fluctuaciones divergen, pero el efecto de las fluctuaciones en escalas menores no es despreciable. La distribución de las fluctuaciones es invariable para transformaciones de escala.

De la figura se deduce que la teoría tiene una “simetría interna”: la figura no cambia cuando hacemos rotaciones en el plano definido por A y B. La invariancia es definida matemáticamente por transformaciones que dejan magnitudes sin cambio. Por ejemplo, la distancia entre dos puntos de un sólido que se mueve, pero no se deforma.

Simetrías locales y globales

Resultado de imagen de simetría global

Una simetría global es una simetría que sostiene todos los puntos en el tiempo-espacio bajo consideración, a diferencia de la simetría local que solo sostiene a un subconjunto de puntos.

Imagen relacionada

La mayoría de las teorías físicas son descritas por lagrangianos (En física, un lagrangiano es una función matemática a partir del cual se pueden derivar la evolución temporal, las leyes de conservación y otras propiedades importantes de un sistema físico) que son invariantes bajo ciertas transformaciones, cuando las transformaciones son realizadas en diferentes puntos del espacio-tiempo y están relacionadas linealmente – ellas tienen simetría global.

Por ejemplo, en toda teoría cuántica la fase global de una función de onda es arbitraria y no representa algo físico. Consecuentemente, la teoría es invariante bajo a cambio global de fases (Agregando una constante a la fase de todas las funciones de onda, en todos lados); esto es una simetría global. En la electrodinámica quántica, la teoría es también invariante bajo un cambio local de fase, es decir, que se puede alterar la fase de todas las funciones de onda tal que la alteración sea diferente en cada punto del espacio-tiempo. Esto es una simetría local.

También se habla de ruptura de simetrías temporales en la física de partículas.

Los físicos creen también que están en el camino correcto porque, de algún modo que no pueden explicar, tienen la convicción de que son correctas, y las ideas de simetría son esenciales para esa intuición. Se presiente que es correcto que ningún lugar del Universo es especial comparado con cualquier otro lugar del Universo, así que los físicos tienen la confianza de que la simetría de traslación debería estar las simetrías de las leyes de la Naturaleza. Se presiente que es correcto que ningún movimiento a velocidad constante es especial comparado con cualquier otro. De modo que los físicos tienen confianza en que la relatividad especial, al abrazar plenamente la simetría entre todos los observadores con velocidad constante, es una parte esencial de las leyes de la Naturaleza.

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Se dice que esta ecuación de Euler es la más bella conocida. Aunque son muchas las ecuaciones que podríamos traer aquí y que son de todos conocidas y han quedado como símbolos en la historia de las matemáticas, la de Euler, es posible que por su elegancia y simplicidad, le pueda ganar a las demás en belleza. Ahí, en ese sencillo conjunto, los números más significativos de las matemáticas se abrazan: o, 1, e, π, y la unidad imaginaria i .

Si se fijan en la fórmula, en ella aparecen los 5 números más importantes en la historia de las matemáticas. El 0 y el 1 que, entre otras aportaciones a esta disciplina, son famosos por ser elementos neutros y, por lo tanto, indispensables en las operaciones de suma y producto; los números π y e, posiblemente, los dos irracionales más famosos (junto con φ, la razón aúrea) que existen (y que nos permiten hacer el chiste aquel de que la parte más irracional de nuestro cuerpo es el pi-e); y la unidad imaginaria, i, cuyo valor es

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La BBC Earth le preguntó a matemáticos y físicos qué ecuaciones piensan que son las más hermosas. ¡Aquí las 12 elegidas! las ecuaciones que ellos piensan son las más bonitas.

La ecuación de Dirac arriba

La ecuación fue descubierta por el físico Paul Dirac a finales de los años 20 y junta la mecánica cuántica y la teoría especial de Einstein de la relatividad, que describe el comportamiento de objetos en movimiento rápido. En otras palabras, explica cómo las partículas se comportan cuando viajan a casi la velocidad de la luz.

 

 

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La fórmula de Riemann

Permite calcular los números primos por debajo de un número dado.  “Son los números más básicos e importantes en el corazón del mundo de la matemática. Pero sorprendentemente, a pesar de más de 2000 años de investigación, todavía no los entendemos”, explica Marcus du Sautoy de la universidad de Oxford.

 

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. Pi

Pi es la ecuación de la circunferencia, la relación entre la circunferencia y el diámetro de un círculo. Además es un número irracional, lo que significa que los dígitos pueden continuar indefinidamente sin que se repitan.

 

 

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Euler-Lagrange

Esta ecuación se utiliza para analizar todo. “Más que una ecuación, es una receta para generar una infinita variedad de posibles leyes de física”, comenta Andrew Pontzen de la University College London.

 

 

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La entidad de Euler explicada más arriba

 

 

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“La belleza de la ecuación de la onda se manifiesta de muchas formas”, explica Ian Stewart de la universidad de Warwick del Reino Unido.  Se aplica a todo tipo de ondas, desde las de agua a las de sonido y vibraciones. Incluso a las ondas de luz y radio.

 

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Este teorema tiene más usos de los que uno se imagina, calcula la probabilidad que un evento (A) sea real, dado que otro evento (B) también lo es. Tiene muchos usos, como para detectar fallas de vigilancia, defensa militar, operaciones de búsqueda y rescate, en escáneres médicos en incluso para filtros de correos electrónicos no deseados.

Pasamos a la ecuación de campo de Einstein

 

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Esta ecuación es en realidad un sumario de diez ecuaciones. Katie Mack, de la universidad de Melbourne en Australia, explica que estas fórmulas cambiaron completamente cómo entendemos la naturaleza y evolución del Universo. La ecuación de Einstein nos puede decir cómo nuestro universo ha cambiado con el tiempo, y ofrece un vistazo de los primeros momentos de la creación

 

Dirac nos hablaba de ecuaciones bellas. La estética es, evidentemente, subjetiva, y la afirmación de que los físicos buscan la belleza en sus teorías tiene sentido sólo si podemos definir la belleza. Afortunadamente, esto se puede , en cierta medida, pues la estética científica está iluminada por el sol central de la simetría.

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             La Naturaleza nos la muestra por todas partes

La simetría es un concepto venerable y en modo alguno inescrutable y no podemos negar que tiene muchas implicaciones en la Ciencia, en las Artes y sobre todo, ¡en la Naturaleza! que de manera constante nos habla de ella. Miremos donde miremos…¡allí está!

El físico chino-norteamericano Chen Ning Yang ganó el Nóbel de Física por su en el desarrollo de una teoría de campos basada en la simetría y, aún afirmaba: “No comprendemos todavía el alcance del concepto de simetría”. Es lógico pensar que, si la Naturaleza emplea la simetría en sus obras, la razón debe estar implicada con la eficacia de los sistemas simétricos.

En griego, la palabra simetría significa “la misma medida” (syn significa “juntos”, como en sinfonía, una unión de sonidos, y metrón, “medición”); así su etimología nos informa que la simetría supone la repetición de una cantidad medible. Pero la simetría los griegos, también significaba la “la debida proporción”, lo que implicaba que la repetición involucrada debía ser armoniosa y placentera, como de hecho, resultan ser en las imágenes que arriba contemplamos. Asi, la Naturaleza nos está indicando que una relación simétrica debe ser juzgada por un criterio estético superior.

Arte humo simétrica Foto de archivo - 8808585

                                           Humo simétrico

Muchos de nosotros, la mayoría, conocimos la simetría en sus manifestaciones geométricas de aquellas primeras clases en la Escuela Elemental, más tarde en el arte y, finalmente, la pudimos percibir en la Naturaleza, en el Universo y en nosotros mismos que, de alguna manera, somos de ese Universo de simetría.

Los planetas son esféricos y, por ejemplo, tienen simetría de rotación. Lo que quiere indicar es que poseen una característica -en caso, su perfil circular- que permanece invariante en la transformación producida cuando la Natuiraleza los hace rotar. Las esferas pueden Hacerse rotar en cualquier eje y en cualquier grado sin que cambie su perfil, lo cual hace que sea más simétrica.

La clave de la belleza está en la simetría

La simetría por rotación se encuentra en los pétalos de una flor o en los tentáculos de una medusa: aunque sus cuerpos roten, permanecen iguales. La simetría bilateral que hace que los lados derecho e izquierdo sean iguales y se presenta en casi todos los animales, incluido nosotros. Pero es uniendo estos aspectos se obtienen figuras realmente armoniosas. Si se trata de desplazamiento y rotación en un  mismo plano hablamos de una espiral, mientras que en el espacio sería una hélice, aunque ambas se encuentran por todas partes en la naturaleza.

Las simetrías se generan mediante las fuerzas que actúan sobre los cuerpos, descritas por leyes rigurosas e inequívocas, como una fórmula matemática y dependen de la existencia de fuerzas distintas que actúan en diversas  direcciones. Si éstas permanecen en equilibrio, no hay preferencia alguna hacia arriba o abajo, a la derecha o a la izquierda, y los cuerpos tenderán a ser perfectamente esféricos, como suele ocurrir en el caso de virus y bacterias, las estrellas y los mundos… las galaxias. Además, cuando el aspecto no es el de una esfera perfecta, la Naturaleza hará todo lo posible para acercarse a esta.

La simetría también están presentes  en  nuestros cerebros

¿Sería posible que la simetría material tuviera un paralelismo en la abstracción intelectual que son las leyes físicas? luego hace falta un esfuerzo mental considerable para pasar de lo material a lo intelectual, pero cuando se profundiza en ellla, la conexión aparece. En la naturaleza existen muchas cosas que nos pueden llevar a pensar en lo complejo que puede llegar a resultar entender cosas que, a primera vista, parecían sencillas.

Me explico:

Fijémonos, por ejemplo, en una Flor de Girasol y en las matemáticas que sus semillas conllevan. Forman una serie de números en la que cifra es la suma de las dos precedentes (por ejemplo 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233…) se denomina, en términos matemáticos, sucesión de Fibonacci, una ley que se cumple incluso en el mundo vegetal, como hemos podido comprobar en las semillas del girasol, dispuestas en espiral y que respetan ésta fórmula. La podemos ver por todas partes.

                     Lo mismo ocurre con otros ejemplares de la diversidad del mundo de las plantas

En el mundo inorgánico las leyes de la cristalización del agua congelada, determinadas por las fuerzas que actúan entre las moléculas, hacen que los cristales adopten formas que son infinitas y varían con respecto a un tema común: la estrella de seis puntas. Sin embargo, los planetas son esféricos porque han nacido en la primordial que rodeaba al Sol, atrayendo materia indiferentemente de todas partes.

Claro que, en la Naturaleza, nada ocurre porque sí, todo tiene su por qué, y, todo lo que en ella podemos contemplar posee una funcionalidad que está directamente relacionada con su mecánica, con el medio en el que habita, con lo que el Universo espera que haga en su medio y, para ello, dota a figura con aquellos “trajes” que mejor les permita realizar aquello para lo que están destinados.

Vamos a generalizar un paso más el concepto de simetría, planteándonos si es posible que una ley física se cumpla en cualquier lugar. ¿En cualquier lugar… de dónde?, ¿de nuestra ciudad?, ¿de nuestro planeta? No: del universo. Una ley que fuera válida en cualquier lugar del universo sería una ley simétrica respecto al espacio. Se cumpliría dondequiera que se hiciese un experimento para comprobarla.

Fíjense que nuestra idea de simetría se va haciendo más compleja y más profunda. no nos detenemos en ver si la forma material de un objeto es simétrica, ni de si la escritura de una fórmula matemática es simétrica. Ahora nos preguntamos si una ley física es válida en todo el Universo.

La otra simetría interesante para una ley física es la que se refiere al tiempo. Cierta ley física se cumple ; ¿antes también?, ¿se cumplirá pasado algún tiempo? Una ley que fuera cierta en cualquier instante de la historia del universo sería una ley simétrica respecto al tiempo.

Monografias.com

Lo que nos preguntamos es: ¿son simétricas o no las leyes de la física?

Hasta donde alcanzan nuestras medidas, las leyes físicas (y, por tanto, la interacción gravitatoria) sí son simétricas respecto al espacio y respecto al tiempo. En cualquier lugar y momento temporal del universo, la Naturaleza se comporta igual que aquí y ahora en lo que se refiere a estas leyes.

Esta simetría es un arma muy poderosa para investigar hacia el pasado y hacia el futuro, ya que nos permite suponer (y, en la medida en que confiemos en la seguridad de la simetría,conocer) locales donde jamás podremos llegar por la distancia espacial y temporal que nos separa de muchas partes del universo. Así, por ejemplo, gracias a esta simetría, podemos calcular que el Sol lleva 5.000 millones de años produciendo energía y que le quedan, probablemente, otros 5.000 millones hasta que consuma toda su masa. Esto lo podemos aventurar suponiendo que en ese enorme tramo de 5.000 + 5.000 = 10.000 millones de años las leyes físicas que determinan los procesos mediante los cuales el Sol consume su propia masa como combustible (las reacciones nucleares que le permiten producir energía), fueron, son y serán las mismas aquí en el Brazo de Orión donde nos encontramos como en los arrabales de la Galaxia Andrómeda donde luce una estrella como nuestro Sol que, también envía luz y calor a sus planetas circundantes, y, por muy lejos que podamos mirar, siempre veremos lo mismo.

       Por tanto, en cierto modo, la simetría se vuelve tan importante o más que la propia ley física.

Resultado de imagen de los maoríes neozelandeses se decoran el rostro

La regularidad de las formas de la Naturaleza se refleja incluso en la cultura humana, que desde siempre intenta inspirarse en el mundo natural conformar su propio mundo. Existen hélices en las escaleras de palacios, castillos y minaretes y en las decoraciones de esculturas y columnas. Las espirales abundan en los vasos, en los bajorrelieves, en los cuadros,  en las esculturas en los collares egipcios, griegos, celtas, precolombinos e hindúes e, incluso, en los tatuajes con los que los maoríes neozelandeses se decoran el rostro.

¿Tenía en mente Leonardo la proporción áurea a la hora de realizar su obra maestra? Afirmarlo resultaría aventurado. Menos polémico es aseverar que el genio florentino concedía gran importancia a la relación entre la estética y la matemática. Dejaremos la cuestión en el aire por el momento, no sin antes mencionar que Leonardo realizó las ilustraciones de una obra de contenido estrictamente matemático, escrita por su buen amigo Luca Pacioli, llamada “De divina proportione”, es decir, “La divina proporción”.

 

La búsqueda de la perfección geométrica y de las propiedades matemáticas pueden ser una guía importante en el estudio científico del mundo. Paul Dirac, una de los padres de la moderna mecánica cuántica, solía decir que “si una teoría es bella desde el punto de vista matemático, muy probablemente es también verdadera”.

A todo esto, no debemos olvidar que todo, sin excepción, en nuestro Universo, está sometido a la Entropía que nos trae el paso inexorable de eso que llamamos “Tiempo”, y que, convierte perfectas simetrias de joven belleza, en deteriorados objetos o entidades que, nos viene a recordar que nada es perpetuo, que todo pasa y se transforma. Claro que, de alguna manera, todo vuelve a resurgir.

BELLEZA INTERIOR - PROSPERIDAD UNIVERSAL

La Belleza más valiosa no la podemos ver. ¡Vive en el interior!

Un dolor que llevo dentro de mí es el no poder contemplar la verdadera belleza que  estando presente en los seres vivos inteligentes, en la mayoría de los casos, se nos queda oculta a nuestra percepción, toda vez que esa clase de belleza, que no podemos ver pero sí percibir, sólo la podemos captar con el trato y la convivencia y, verdaderamente, tengo que admitir que, algunas bellezas que he tenido la suerte de poder “ver con los ojos del espíritu”, llegan a ser segadoras, deslumbrantes, su esplendor es muy superior al de la estrella más brillante del cielo, y,  seguramente (estoy seguro) como a muchos de ustedes les pasa, tengo la suerte de tenerla junto a mí desde hace muchos años. y, si pienso en ello en profundidad y detenimiento, no tengo más remedio que concluir que es ese brillo y esplendor el que me da la fuerza para seguir cada dia en la dura lucha que nos ha participar.

¡Sí que es importante la Belleza! Dirac tenía toda la razón. Y, no digamos las Simetrías que nos señala el dedo de la Naturaleza el camino a seguir a muchos físicos que quieren desvelar sus secretos.

emilio silvera

El Cerebro, la Conciencia, La Mente

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

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Este conjunto de modelos del cerebro humano consiste en 300 partes. Se ha dado mayor énfasis a las partes internas del cerebro, tronco cerebral y cerebelo -con las estructuras completamente detalladas, manteniendo la texturación simple. Además de los principales vasos sanguineos del cerebro, los nervios craneales también están incluídos en el conjunto, emanando de sus orígenes de forma exacta. Este elaborado sistema nervioso central disponible todo el mundo rompe límites y se ajusta perfectamente al cráneo y otras partes del conjunto.

Aunque es mucho lo que hemos conseguido conocer de nuestro cerebro y su funcionamiento, mucho más es lo que nos queda por conocer. Ahí, en todo ese conglomerado de complejas estructuras que juntas, forman un todo, es de donde surge la Conciencia y, para poder entender como ocurre tal maravilla, debemos antes y es preciso que entendamos primero como funciona el cerebro: su arquitectura, su desarrollo y sus funciones dinámicas, su organización anatómica y la increíble dinámica que llega a generar. Todo ella nos llevará a tener una idea del por qué , a partir de está increíble “maquina” creada por la naturaleza” pudo surgir la conciencia.

Lo hemos comentado aquí en muchas ocasiones. El cerebro se entre los objetos más complicados del Universo y es, sin duda, una de las estructuras más notables que haya podido producir la evoluciòn y, si pensamos que toda esa inmensa complejidad ha tenido su origen en los materiales creados en las estrellas, no tendremos otra opción que la del asombro. ¿A partir de la materia “inerte” llegaron los pensamientos, la consciencia y los sentimientos?

Antes incluso del advenimiento de la moderna neurociencia, se sabía ya que el cerebro era necesario para la percepción, los sentimientos y los pensamientos. Lo que no está tan claro es por qué la conciencia se encuentra causalmente asociada a ciertos procesos cerebrales pero no a otros.

En tanto que objeto y sistema, el cerebro humano es especial: su conectividad, su dinámica, su forma de funcionamiento, su relación con el cuerpo y con el mundo, no se parece a nada que la ciencia conozca. Su caracter único hace que el ofrecer una imagen del cerebro ofrezca un reto extraordinario. Aunque todavía estamos lejos de ofrecer una imagen completa, una imagen parcial siempre será mejor que nada, especialmente si nos da suficiente información como para generar una teoría satisfactoria de la conciencia.

El cerebro, al que ordena según qué funciones debe desarrollar en cada momento dependiendo de tal o cual situación dada y también su relación con el mundo exterior a él que, por medio de los sentidos, le hace llegar información de todo lo que ocurre para que pueda ado0ptar en cada momento, las medidas más adecuadas. Su carácter único hace que ofrecer una imagen fidedigna del cerebro, que pueda expresar todo lo que es, se convierta en un reto extraordinario que, en este momento, la ciencia no puede cumplir. Sin embargo, sí que puede, al menos, dar alguna que otra pista de lo que el cerebro y la conciencia puedan llegar a ser y aunque, aún lejos de una imagen completa, sí se puede dar una imagen parcial y como decía antes, “…que siempre será mejor que nada, especialmente si nos da la suficiente información como para tener, una idea aproximada, de lo que el cerebro y la conciencia que surge de él, pueden llegar a ser”.

    Una imagen del Universo junto a otra de la Red Neuronal son casi indistinguibles la una de la otra y, por eso, precisamente, digo muchas veces que nuestras mentes surgidas del cerebro, son “casi” tan grandes como el universo, o, al menos, podría serlo en su evolución futura, cuando desarrollado al límite que la Naturalezapueda permitir (creo que no hay límites), no sean necesarias ya las preguntas, toda vez que dentro él (el cerebro), estarán todas las respuestas.

Es como una inmensa galaxia en sí mismo, el cerebro humano es una obra notable de la Naturaleza y se calcula que en su interior, cien mil millones de neuronas hacen posible una maravilla que aún, la Ciencia no llegado a comprender. El diez por ciento de esas neuronas son células piramidales que generan una red muy compleja (intercambio e interacicones ellas, lo que se conoce como diálogo neuronales) y llegan a construir mil millones de millones de de conexiones sinápticas que logran que nosotros, los poseedores de tal maravilla, estemos logrando comprender, a medida que esa “máquina” evoluciona, lo que el Universo es.

Si nos paramos a pensar en el hecho cierto de que, el cerebro humano adulto, con poco más de un kilo de peso, contiene unos cien mil millones de células nerviosas o neuronas, La capa ondulada más exterior o corteza cerebral, que es la del cerebro de evolución más reciente, contiene alrededor de 30 mil millones de neuronas y más de un billón de conexiones o sinapsis. Si contamos una sinapsis cada segundo, tardaríamos 32 millones de años en completar el recuento. Si consideramos el posible de circuitos neuronales, tenemos que habernosla con cifras hiper-astronómicas: 10 seguido de un millón de ceros. No existe en el Universo ninguna otra cosa de la que pueda resultar una cantidad igual. Incluso el número de partículas del universo conocido es de 10 seguido de tan sólo 79 ceros. En comparación con el número de circuitos neuronales…¡No es nada!

Las neuronas de las que existen una gran variedad de formas, poseen unas proyecciones arborescentes llamadas dendritas mediante las cuales realizan las conexiones sinápticas. posee así mismo una proyección única más larga, el axón, que establece conexiones sinápticas con las dendritas o directamente con el cuerpo celular de otras neuronas. Nadie ha contado con precisión los diferentes tipos de neuronas del cerebro, uhna estima groso modo de unos cincuenta tipos seguramente no sería excesiva. La longitud y patrones de ramificación de las dendritas y el axón de un tipo determinado de neurona caen dentro de un rango de variación determinado, pero incluso dentro de un mismo tipo, no existen dos células iguales.

Resultado de imagen de Las neuronas y su cuerpo celularResultado de imagen de Las neuronas y su cuerpo celular

Cada una de las neuronas tiene un cuerpo celular.  Del cuerpo de la célula se proyectan unas largas fibras en de raíz.  Como hemos dicho, hay dos tipos de fibra: axones y dendritas.  Cada neurona tiene un axón largo que envía impulsos eléctricos a otras neuronas.  Cada neurona tiene un variable de dendritas las cuales tienen muchas ramas.  El axón de una neurona se conecta a las dendritas de otras neuronas.  El punto en el que conectan se llama sinapsis (vamos a explorarla más adelante). Las dendritas recogen la información la célula y los axones envían la información a otras células.

Resultado de imagen de El entramado del cerebro y sus conexiones sin fin

Todo este entramado tiene mucho que ver con los pensamientos. Aquí se fraguan los procesos del pensamiento.  Al aprender, tener una idea, recordar algo, sentirse activado sexualmente, comunicar, etc. las neuronas están recibiendo y transmitiendo información a través del cerebro.  Las células del cerebro se comunican sí a través de un proceso electroquímico.  Cada vez que pensamos, aprendemos y nos comunicamos, una neurona envía un impulso nervioso por su axón. El axón de una célula cerebral hace varios miles de conexiones con muchos miles de otras células cerebrales. El punto donde una neurona se conecta a otra se llama sinapsis. Cuando un impulso nervioso (mensaje bioquímico electro-magnético) surge por el axón, es disparado a través del espacio sináptico a través de un mensajero químico, llamado neurotransmisor, hacia la dendrita de la neurona receptora.

El impulso nervioso viaja a lo largo del axón de la célula del cerebro, a través del espacio sináptico a otra célula del cerebro y así sucesivamente. Cuando una neurona se activa a otra de manera, es como si un interruptor se encendiera. Las neuronas se encienden, como una línea de fichas de dominó cayendo.  Esta actividad es el proceso que crea el camino del pensamiento complejo, llamado también trazas de la memoria o caminos neuronales.

       En una inmensa nebulosa en la que se encienden aquí y allí el resplandor de las estrellas y los impulsos, al contrario de lo que muchos creen, no todos son eléctricos. También los impulsos químicos están presentes en esa maraña de conexiones sin fin que en el cerebro no cesan ni por un momento de producir actividad cognitiva.

Una característica clave de los patrones neuronales que se puede observar al es su densidad y extensión y se vislumbran los puntos luminosos donde fotones energéticos sirven de con electrones transmitir los impulsos eléctricos necesarios que transportan la informacion. El cuerpo de una neurona mide cincuenta micrones (milesimas de milímetro) de diámetro, si bien la longitud del axón puede variar entre unos micrones y más de un metro, En un tejido como la corteza cerebral,  las neuronas se encuentran en paquetadas con una enorme densidad; si todas se tiñeran con la plata utilizada en la llamada tinción de Golgi, que se utiliza para verlas al microscopio, la sección microscópica teñida sería completamente negra.

Otra de las características primordiales es el extraordinario aporte sanguíneo que sustenta a esta jungla. A través de grandes arterias que alimentan una extensa red de capilares, el cerebro recibe una gran cantidad de oxígeno y la glucosa que precisa para ser el órgano metabólicamente más activo del cuerpo. La regulaci`´on del flujo sanguineo es de una exquisita perfección incluso hasta el nivel de las neuronas individuales, dado que la actividad sináptica depende fuertemente del aporte sanguíneo y de la oxigenación.

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                                     Hemos podido descubrir dónde se almacenan los recuerdos

Entrando de lleno en toda complejidad que aún, no hemos podido llegar a desvelar en toda su inmensidad y sólo conocemos pequeñas parcelas de su estructura y funcionamiento, podemos tener una idea (más o menos) acertada de lo muchom que nos queda por aprender de nosotros mismos, de nuestro cerebro y de nuestro centro neurálgico dónde se fabrican los pensamientos, surgen los sentimientos, se delata el dolor y la tristeza y, en fín, podríamos decir sin el menor temnor a equivocarnos que, aquí, en este complejo entramado que llamamos cerebro, en el que reside la conciencia y de donde surge la mente, está todo lo importante que nos hace diferentes a otros seres que, con nosotros comparten el mismo planeta. Gracias a ésta compleja “maquina” creada por la Naturaleza, podemos ser conscientes y “saber” del mundo, de nosotros, del universo en toda su magnitud y esplendor.

No pocas veces hemos podido oir: “El cerebro es como una gran computadora”. Lo cierto es que, no es verdad, nuestro cerebro, nuestra mente, es mucho más que ese algo artificial creado por el hombre y que, simplemente, trata de “imitar” de manera grosera, lo que el cerebro es. ¿Cómo una máquina podría generar sentimientos? Y, ¿Cómo puede pensar? Bueno, la inteligencia del ser humano (precisamente basada en este maravilloso cerebro del que hablamos), podrá crear sistemas que imiten y pretendan recrear lo que es un cerebro pero, al final del camino, será otra cosa muy diferente. No digo si mejor o peor, pero distinta.

Hemos examinado la escasa bibliografía fisiológioca existente que no es mucha más que la que había en la època de William James, por ejemplo, y hay que concluir diciendo que no existen pruebas suficientes para poder limitar los correlatos neuronales de la cionciencia al menos del cerebro completo. Eso sí, se ha podido descubrior que sólo una porción determinada de la actividad neuronal del cerebro, contribuye de directa a la conciencia -esó se ha podido determinar a partir de complejos y profundos experimentos con estimulación y lesiones -o está relacionada de forma directa con aspectos de la experiencia consciente- como indican los estudios de registros de actividad neuronal. ¿Quiere esto decir que, en realidad, todavía sólo utilizamos una mínima parte del cerebro? No lo sabemos con certeza. Lo cierto es que parece que utilizamos todo el cerebro en la fase de evolución en la que actualmente se encuentra que, eso sí, puede que sólo sea el 10% del total que podrá alcanzar en el futuro.

Decir, a ciencia cierta, como surgen los pensamientos…¡No podemos! muchas son las hipótesis y teorías que al respecto circulan y que están directamente vinculadas a la experiencia, al mundo que nos rodea yb a la informaciòn que el cerebro recibe de sus ayudantes, los sentidos. Todo lo que el cerebro, de una u otra manera recibe, es debidamente archivado en su compartimento especial y, ahí se queda para cuando, habiendo surgido una situación que lo requiera, sacarlo a la superficie en forma de pensamiento actuante que, nos sirve para dar solución a estae o aquel problema que se nos pueda plantear. El cerebro, escoge en fracciones de segundo, una de las miles de posibles soluciones que se puedan aplicar a un específico problema, y, siempre, elige (como lo hace la naturaleza) el que mejor pueda dar cumplida del problema.

Los procesos que realiza nuestro cerebro,  son infinitamente superiores a los que realiza una computadora. Aunque, al igual que ésta, nuestro cerebro requiere de “programas”, sin los cuales sería imposible generar respuestas exitosas, ante los sucesos a los que estamos expuestos día.

Resultado de imagen de Las tareas del día desde el desayuno hasta acostarse a doermir

Tenemos un programa para cada una de las cosas que hacemos a diario, que nos levantamos por la mañana hasta que nos acostamos por la noche. Incluso más allá de estas cosas que hacemos de manera parcialmente consciente, tenemos un programa para cada una de las actividades que nuestro cuerpo ejecuta de manera totalmente inconsciente. Entre estas, se encuentra la respiración, el latir del corazón, la circulación de la sangre, la división celular, la digestión, nuestra respuesta ante el peligro y el combate de los agentes infecciosos, por mencionar algunas; todas ellas, bajo el control de estructuras profundas de nuestro cerebro.

cerebro y computadora

Requerimos programas para todo,  incluso para cosas aparentemente tan sencillas como atarnos el cordón de los zapatos, la cual sin embargo, para alguien no familiarizado con esto, como un niño pequeño, resultaría una tarea casi imposible. En actividades más complejas, como fabricar un teléfono celular, conducir un auto o pilotar un avión, es muy evidente que se requiere contar con el programa adecuado, para el éxito en dichas actividades.

Claro que, nuestro cerebro es capaz de muchas más cosas que nunca podrá llevar a cabo ninguna computadora que, al fin y al cabo, siempre hará aquello lo que la tengamos programada. Nunca una computadora (al menos eso creo en mi ignorancia), podrá de manera individual e independiente, generar ideas nuevas y originales que vayan encaminadas a desvelar como funciona este o aquel mistrio de la naturaleza como, por ejemplo, hacen a dirio los físicos del mundo.

Por extrañas razones y aunque es evidente que nuestro cerebro es mucho más importante que una computadora, cuando de asegurar su correcto funcionamiento se trata, seguimos muy pocas o ninguna recomendación para su cuidado. En principio, recibimos información o “programas” de todo a través de  familiares, amigos, maestros, estudios, experiencias, observación del mundo que nos rodea, medios de comunicación o cualquier persona con la que interaccionamos.Y, de esa manera, evolucionamos y seguimos nuestro camino hacia un destino que no conocemos, y, aunque estemos supeditados de hecho a muchas normas y leyes de los hombres y de la misma Naturaleza, en una cierta proporción sí disponemos del libre albedrío para que, en algunas situaciones, podams decidir por nosotros mismos.

                 Las ideas nacen como estrellas en una inmensa nebulosa

A todo esto, tenemos que convenir en un hecho cierto: ¡La energía del Universo está en nosotros! Se nos da un tiempo (si no surgen problemas) que podamos desplegar la parte alicuota de intelecto que nos tocó en “suerte”, por “azar”, “genética” o vaya usted a saber el motivo de que, algunos tengan dotes superiores a las que otros tenemos y puedan “ver” con más facilidad la naturaleza de la Naturaleza. Creo que, todos los misterios del Universo, residen en nuestras mentes en las que, se encuentran todas las respuestas que podremos encontrar con el Tiempo. Precisamente por eso, se nos ha otorgado el don de poder luchar contra la entropía y, junto con las galaxias espirales, podemos generar entropía negativa que impide el deterioro ininterrumpido del “mundo”. ¿Estaremos llamados a más grandes proyectos?

Pero… ¿Es nuestro cerebro una especie de computadora?

La somera revisión de la neuroanatomía y la dinámica neuronal indica que el cerebro posee características especiales de organización y funcionamiento que no parecen ser coherentes con la idea de que siga una serie precisa de instrucciones o de que realice cálculos. Sabemos que el cerebro está interconectado de una manera que ningún ingenio humano puede igualar. Para empezar, los miles de millones de conexiones del cerebro no son exactas: Si nos preguntamos si las conexiones de dos cerebros del mismo tamaño son idénticas, como lo son dos procesadores del mismo tipo y sus conexiones, la respuesta es no. Ni en fos gemelos idénticos serían iguales dichas conexiones. Aunque podamos describir un área del cerebro en terminos generales, en cada cerebro existe una variabilidad neuronal y de red nervisosa  en sus ramificaciones más sutíles de sus neuronas son enormemente distintas y únicas en cada individuo aunque parezcan todas, miradas a simple vista, iguales.

Otro de los principios organizativos que emergen de la imagen que estamos construyendo es  que en cada cerebro, las consecuencias del historial del desarrollo y del historial experiencial quedan marcadas de forma única. Nadie ha tenido ni la misma formación ni las mismas experiencias. Por ejemplo, de un día para otro es posible que las conexiones sinápticas del mismo cerebro hayan cambiado: unas células habrán replegado algunos de sus procesos, otras habrán desplegados nuevos procesos, y algunas habrán muerto. dependiendo de la historia particular de cada cerebro. La variabilidad individual que se sigue no es simplemente ruido o error, sino que puede afectar al modo en el que recordamos las cosas y los sucesos.

No todos ante la misma situación actuamos de la misma manera. En el cerebro de cada cual los mecanismos actúan de una forma particular que está aconsejada por la formación y las experiencia que tal individuo haya podido tener. Debido a la dinámica y a la naturaleza de cada cual, las entradas y salidas de información que llegan al cerebro son tomadas de distinta manera y, lo que para uno es una cosa será cosa distinta para otros.

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Cuando no hay partitura cada interprete toca su propia melodía. Aquí el Oboe mágico de Morricone (La Misión), embeleza las mentes de los lugareños que nunca habían oido sonido tan dulce como aquel. Las mentes, como la música, tienen sus propias “partituras” y, cuando éstas están ausentes bajo una coordinación que las iguales, cada cual tocará la suya propia y, en ese escenario, el entendimiento no es fácil, toda vez que agunas mentes podr´na ir al unísino de otras y, de esa manera, se formaran grupos dispares en el pensamiento que “tocarán distintas melodías”. Ese es, amigos mçios, el actual reflejo del escenario mundial.

¿Cuando conoceremos nuestras mentes y llegaremos a Ser conscientes de lo que la consciencia es?

emilio silvera

El transcurrir del Tiempo hace que todo cambie

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

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agujeros negros binarios ¿La oirémos algún día?

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La casualidad quiso que la órbita de la Estación Espacial Internacional pasara por encima de la isla rusa de Matua, hev een el archipiélago de las Kuriles, instantes después de que el estratovolcán Sarycntrara en erupción. Las imágenes que fueron tomando  los astronautas desde 350 Km de altura son impresionantes:

 

 

 

 

El Caos y la destrucción que nos puede dar la variedad de colores, olores y sabores que junto con la belleza destruida o construida cambiará el paisaje del lugar donde puedan ocurrir acontecimientos como este que observan los tripulantes de la Estación Espacial Internacional, como bien se dice, desde su privilegiada atalaya.

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Los volcanes han existido desde los inicios de la Tierra hace 4.500 millones de años. Si bien las erupciones volcánicas pueden destruir la flora y la fauna en su entorno, la lava enriquece el suelo con variados minerales. La mayor parte de los volcanes están situados a lo largo de los límites activos de las placas continentales. Los volcanes submarinos se hallan en regiones donde tienen lugar nueva formación de corteza terrestre, como en la dorsal oceánica. Estos volcanes pueden formar islas.

Los volcanes terrestres se encuentran, por lo general, en zonas de subducción, que se hallan especialmente en el Océano Pacifico. Los volcanes situados en las regiones costeras están distribuidos como una “sarta de perlas” y constituyen el anillo de fuego del Pacífico., en el que se encuentran más del 80% de los volcanes actuales. Además, los “puntos calientes” donde la fusión interna de la corteza crea magma, producen volcanes que son independientes de las placas continentales y sus limites. Un ejemplo de de este grupo lo constituyen los volcanes de Hawai.

Los volcanes se alimentan de las cámaras magmáticas, una especie de bolsas de rocas fundidas, a más de 1 km bajo la corteza terrestre. Si la presión en la cámara sobrepasa un determinado nivel (que es que parece que ha ocurrido en el de la imagen), el magma asciende por fisuras y grietas y forma una chimenea volcánica.

En el interior de esas montañas están activos materiales en forma de gases, líquidos y sólidos, todo a altas temperatura y presión. Cuando se producen las explosiones las zonas circundantes son bombardeadas con materiales y enterradas bajo una gruesa capa de ceniza en poco tiempo. Es la erupción denominada piroclástica (como la ocurrida en el año 79 a.C. que sepultó la ciudad de Pompeya bajo una capa de cenizas de 25 cm. de espesor) y los materiales pueden llegar a formar una nube piroplástica de 1.000 Cº de temperatura que puede desplazarse a 1.000 Km/h.

Hay diferentes tipos de explosiones volcánicas y en cada una de ellas se producen diferentes acontecimientos pero, como sólo se trata de dejar una leve y sencilla reseña de lo que estamos viendo en la imagen, creo que con la explicación dada queda bien.

Hasta hace muy poco no podía predecir este tipo de fenómenos naturales y, la gente que vivía en poblaciones situadas cercas de las laderas volcánicas estaban en peligro auque raramente, se producían erupciones espontáneas sin avisos previos como los terremotos, los volcanes y sus actividades son controladas por sismógrafos.

lagos, lagunas, viajes

Los cráteres volcánicos, como parece ser el caso, están frecuentemente llenos de agua de lluvia y freáticas, formando lagos. Suele ocurrir que, tras una erupción volcánica, sean destruidos miles de kilómetros cuadrados de terreno a su alrededor y cambien por completo la orografía de la zona. Parece imposible pensar que la Naturaleza pueda recuperarse tras un acontecimiento de este tipo, sin embargo, las primeras muestras de vida vegetal aparecen a unos escasos tres meses del acontecimiento en los campos cubiertos por las cenizas ricas en minerales. Poco tiempo después, vuelven los animales y la vida, se reanuda, como si allí, nada hubiese pasado.

Así es la Naturaleza, y, como tantas veces se dijo aquí, algo se destruye para que algo surja a la vida. ¿Esperanza después de la muerte?

emilio silvera

¡Fluctuaciones de Vacío! ¿Que son?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (0)

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Un fuerte campo gravitatorio puede inducir un efecto desbocado en las fluctuaciones cuánticas que se producen en el espacio, aparentemente vacío, …

En física cuántica, la fluctuación cuántica es un cambio temporal en la cantidad de energía en un punto en el espacio como resultado del Principio de Incertidumbre que imaginó Werner Heisenberg. De acuerdo a una formulación de este principio energía y tiempo se relacionan de la siguiente forma:

\Delta E\Delta t\approx {h \over 2\pi }

Esto significa que la conservación de la energía puede parecer violada, pero sólo por breves lapsos. Esto permite la creación de pares partícula-antipartícula de partículas virtuales. El efecto de esas partículas es medible, por ejemplo, en la carga efectiva del electrón, diferente de su carga “desnuda”. En una formulación actual, la energía siempre se conserva, pero los estados propios del Hamiltoniano no son los mismos que los del operador del número de partículas, esto es, si está bien definida la energía del sistema no está bien definido el número de partículas del mismo, y viceversa, ya que estos dos operadores no conmutan.

Imagen que representa las fluctuaciones del vacío entre una esfera y una superficie plana.

                                 Las fluctuaciones del vacío entre una esfera y una superficie plana

En un estudio realizado por un equipo de físicos con avanzados aparatos, han hallado un resultado del que nos dicen:

“La materia se construye sobre fundamentos frágiles. Los físicos acaban de confirmar que la materia, aparentemente sustancial, es en realidad nada más que fluctuaciones en el vació cuántico. Los investigadores simularon la frenética actividad que sucede en el interios de los protones y neutrones, que como sabéis son las partículas que aportan casi la totalidad de la masa a la materia común.

 

 

Cada protón (o neutrón) se compone de tres quarks – véase ilustración – pero las masas individuales de estos quarks apenas comprenden el 1% del total de la masa del protón¿Entonces de dónde sale el resto? La teoría sostiene que esta masa es creada por la fuerza que mantiene pegados a los quarks, y que se conoce como fuerza nuclear fuerte.  En términos cuánticos, la fuerza fuerte es contenida por un campo de partículas virtuales llamadas gluones, las cuales irrumpen aleatoriamente en la existencia para desaparecer de nuevo. La energía de estas fluctuaciones del vacío debe sumarse a la masa total del neutróny del protón.”

 

 

De ella se conforman galaxias y también, seres vivos

Tiene y encierra tantos misterios la materia que estamos aún y años-luz de y conocer sobre su verdadera naturaleza. Es algo que vemos en sus distintas formas materiales que configuran y conforman todo lo material desde las partículas elementales hasta las montañas y los océanos. Unas veces está en estado “inerte” y otras, se eleva hasta la vida que incluso,  en ocasiones, alcanza la consciencia de SER. Sin embargo, no acabamos de dilucidar de dónde viene su verdadero origen, su esencia,  lo que era antes de “ser” materia. ¿Existe acaso una especie de sustancia cósmica anterior a la materia? Y, si realmente existe esa sustancia… ¿Dónde está?

Claro que hemos llegado a saber que las llamadas fluctuaciones del vacío son oscilaciones aleatorias, impredecibles e ineliminables de un campo de fuerza (electromagnético o gravitatorio) que son debidas a un “tira y afloja” en el que pequeñas regiones del espacio toman prestada, momentáneamente, energía de regiones adyacentes y luego las devuelven. Pero…

- ¿Qué regiones adyacentes?

Acaso universos paralelos, acaso deformaciones del espacio-tiempo a escalas microscópicas, micros agujeros negros que pasan a ser agujeros blancos salidos de estas regiones o campos de fuerza que no podemos ver pero sí sentir, y, en última instancia, ¿por qué se forman esas partículas virtuales que de inmediato se aniquilan y desaparecen antes de que puedan ser capturadas? ¿Qué sentido tiene todo eso?

Las consecuencias de la existencia del cuanto mínimo de acción fueron revolucionarios para la comprensión del vacío. Mientras la continuidad de la acción clásica suponía un vacío plano, estable y “realmente” vacío, la discontinuidad que supone el cuanto nos dibuja un vacío inestable, en continuo cambio y muy lejos de poder ser considerado plano en las distancias atómicas y menores. El vacío cuántico es de todo menos vacío, en él la energía nunca puede quedar estabilizada en valor cero, está fluctuando sobre ese valor, continuamente se están creando y aniquilando todo tipo de partículas, llamadas por eso virtuales, en las que el producto de su energía por el tiempo de su existencia efímera es menor que el cuanto de acción. Se llaman fluctuaciones cuánticas del vacío y son las responsables de que exista un que lo inunda todo llamado campo de punto cero.

Pero volvamos de nuevo a las fluctuaciones de vacío, que al igual que las ondas “reales” de energía positiva, están sujetas a las leyes de la dualidad onda/partícula; es decir, tienen tanto aspectos de onda como aspectos de partícula.

Las ondas fluctúan de forma aleatoria e impredecible, con energía positiva momentáneamente aquí, energía negativa momentáneamente allí, y energía cero en promedio. El aspecto de partícula está incorporado en el concepto de partículas virtuales, es decir, partículas que pueden nacer en pares (dos partículas a un tiempo), viviendo temporalmente de la energía fluctuacional tomada prestada de regiones “vecinas” del , y que luego se aniquilan y desaparecen, devolviendo la energía a esas regiones “vecinas”. Si hablamos de fluctuaciones electromagnéticas del vacío, las partículas virtuales son fotonesvirtuales; en el caso de fluctuaciones de la gravedad en el vacío, son gravitones virtuales.

De las llamadas fluctuaciones de vacío pueden surgir, partículas virtuales y quién sabe que cosas más… Hasta un nuevo Universo.

                                  Son muchas  las preguntas que no tienen respuestas

Parece que las fluctiuaciones ocurren en cualquier lugar, pero que, son tan minúsculas que ningún observador o experimentador las ha detectado de una manera franca hasta la fecha y, se sabe que están ahí por experimentos que lo han confirmado. Estas fluctuaciones son más poderosas cuanto menos escala se considera en el espacio y, por debajo de la longitud de Planck-Wheeler las fluctuaciones de vacío son tan enormes que el espacio tal como lo conocemos “pareciera estar hirviendo” para convertirse en una especie de espuma cuántica que parece que en realidad, cubre todo el espacio “vacío cuántico” que sabemos que está ahí y es el campo del que surgen esas partículas virtuales que antes menccionaba.

     ¿Espuma cuántica? Si profundizamos mucho en la materia… Podríamos ver otro universo distinto al nuestro. Las cosas miles de millones de veces más pequeñas que en nuestro mundo cotidiano, no parecen las mismas cosas.

Hay magnitudes asociadas con las leyes de la gravedad cuántica. La longitud de Planck-Wheeler, limite_planck es la escala de longitud por debajo de la cual el tal como lo conocemos deja de existir y se convierte en espuma cuántica.  El tiempo de Planck-Wheeler (1/c veces la longitud de Planck-Wheeler o aproximadamente 10-43 segundos), es el intervalo de tiempo más corto que puede existir; si dos sucesos están separados por menos que esto, no se puede decir cuál sucede antes y cuál después. El área de Planck-Wheeler (el cuadrado de la longitud de Planck-Wheeler, es decir, 2,61×10-66cm2) juega un papel clave en la entropía de un agujero negro. ¡Qué locura!

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La teoría que junte lo grande y lo pequeño. Las que ahora tenemos no dejan que la Gravedad se junte con la cuántica. Parece que en la teoría de cuerdas subyace esa teoría pero… no se puede verificar.

Como tantas veces hemos comentado, los trabajos que se han realizado sobre poder construir una teoría cuántica de la gravedad nos llevan a un sorprendente de implicaciones. Por un lado, sólo se ha podido conceptuar a la gravedad cuántica, siempre y cuando, el universo tenga más de cuatro dimensiones. Además, se llega a considerar que en la era de Planck, tanto el universo como la gravedad pudieron ser una sola cosa compacta estructurada por objetos cuánticos infinitamente diminutos, como los que suponemos que conforman las supercuerdas. A esta escala, el mismísimo espaciotiempo estaría sometido a imprescindibles fluctuaciones muy semejantes a las que causan las partículas al nacer y desaparecer de la existencia en el espaciotiempo ordinario. Esta noción ha conducido a los teóricos a describir el universo de la era cuántica como una especie de extremadamente densa y agitada espuma que pudo haber contenido las vibrantes cuerdecillas que propugnan los cosmólogos cuerdistas.

Los físicos especulan que el cosmos ha crecido a desde una «nada» primigenia que al nacer comenzó el principio del tiempo y que, en ese parto, contenía toda la materia y toda la energía.

En física como en todas las demás disciplinas científicas, los conocimientos avanzan y las teorías que sostuvieron los cimientos de nuestros conocimientos se van haciendo viejas y van teniendo que ser reforzadas con las nuevas y más poderosas “vigas” de las nuevas ideas y los nuevos hallazgos científicos que hacen posible ir perfeccionando lo que ya teníamos.

Recientemente se han alzado algunas voces contra el Principio de Incertidumbre de Heisenberg. He podido leer en un artíoculo de la prestigiosa Revista Nature, un artículo del premio Nobel de Física Gerald ´t Hoofft, en el que propone que la naturaleza probabilistica de la mecánica cuántica, desaparecería a la escala de Planck, en la que el comportamiento de la materia sería determinista; a longitudes mayores, energías más pequeñas.

El mundo de lo muy pequeño (el micro espacio), a nivel atómico y subatómico, es el dominio de la física cuántica, así nunca podríamos saber, de acuerdo m con el principio de incertidumbre, y, en un momento determinado, la posición y el estado de una partícula. Este estado podría ser una función de la escala espacio-temporal. A esta escala tamaños todo sucede demasiado deprisa para nosotros.

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El “universo cuántico” nada es lo que parece a primera vista, allí entramos en otro mundo que en nada, se parece al nuestro

 Cuando hablamos de la mecánica cuántica, tenemos mirar un poco hacia atrás en el tiempo y podremos darnos del gran impacto que tuvo en el devenir del mundo desde que, en nuestras vidas, apareció el átomo y, más tarde, sus contenidos. Los nombres de Planck, Einstein, Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Pauli, Bardeen, Roentgen, Dirac y muchos otros, se pudieron a la cabeza de la lista de las personas más famosas. Aquel primer premio Nobel de Física otorgado en 1900 a Roentgen por descubrir los rayos X, en el mismo año llegaría el ¡cuanto! De Planck que inspiró a Einstein para su trabajo sobre el Efecto fotoeléctrico que también, le valdría el Nobel, y, a partir de ese momento, se desencadenó una especie de alucinante por saber sobre el átomo, sus contenidos, y, de qué estaba hecha la materia.

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               La conocida como Paradoja EPR y los conceptos de Tiempo y , presente, pasado y futuro.

La Mecánica Cuántica es incompleta (conclusión EPR).  Dos posibles conclusiones enfrentadas:
La Mecánica Cuántica es completa, pero el realismo local no se cumple. Entonces… ¿Cómo se comporta la Naturaleza en realidad? Bueno, no siempre lo sabemos y, no hace mucho me encontré con el comentario de un científico que decía:
“Nadie ha resuelto la paradoja del gato de Schröedinger, ni la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen. El principio de incertidumbre no se ha explicado y se asume como un dogma, lo mismo pasa con el spin. El spin no es un giro pero es un giro.  Aquí hay un desafío al pensamiento humano. ¡Aquí hay una aventura del pensamiento!”

Fueron muchas las polémicas desatadas a cuenta de las aparentes incongruencias de la moderna Mecánica Cuántica. La paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen, denominada “Paradoja EPR”, trata de un experimento mental propuesto por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen en 1935. Es relevante, pues pone de manifiesto un problema aparente de la mecánica cuántica, y en las décadas siguientes se dedicaron múltiples esfuerzos a desarrollarla y resolverla.

Einstein (y a muchos otros científicos), la idea del entrelazamiento cuántico le resultaba extremadamente perturbadora. Esta particular característica de la mecánica cuántica permite preparar estados de dos o más partículas en los cuales es imposible obtener útil sobre el estado total del sistema haciendo sólo mediciones sobre una de las partículas.

Por otro lado, en un entrelazado, manipulando una de las partículas, se puede modificar el estado total. Es decir, operando sobre una de las partículas se puede modificar el estado de la otra a distancia de manera instantánea. Esto habla de una correlación entre las dos partículas que no tiene paralaje en el mundo de nuestras experiencias cotidianas. Cabe enfatizar pues que cuando se mide el estado de una partícula, enseguida sabemos el estado de la otra, lo cual aparentemente es instantáneo, es decir, sin importar las distancias a las que se encuentren las partículas, una de la otra, ambas saben instantáneamente el estado de la otra.

El experimento planteado por EPR consiste en dos partículas que interactuaron en el pasado y que quedan en un estado entrelazado. Dos observadores reciben cada una de las partículas. Si un observador mide el momento de una de ellas, sabe cuál es el momento de la otra. Si mide la posición, gracias al entrelazamiento cuántico y al principio de incertidumbre, puede la posición de la otra partícula de forma instantánea, lo que contradice el sentido común.

File:O2 MolecularOrbitals Anim.gif

Animación que muestra dos átomos de oxígeno fusionándose para formar una molécula de O2 en su estado cuántico fundamental. Las nubes de color representan los orbitales atómicos. Los orbitales 2s y 2p de cada átomo se combinan para formar los orbitales σ y π de la molécula, que la mantienen unida. Los orbitales 1s, más interiores, no se combinan y permiten distinguir a cada núcleo. Lo que ocurre a escalas tan pequeñas es fascienante.

Si nos pudiéramos convertir en electrones, por ejemplo, sabríamos dónde y cómo estamos en cada momento y podríamos ver asombrados, todo lo que estaba ocurriendo a nuestro alrededor que, entonces sí, veríamos transcurrir a un ritmo más lento del que podemos detectar en los electrones desde nuestro macroestado espacio temporal. El electrón, bajo nuestro punto de vista se mueve alrededor del núcleo atómico a una velocidad de 7 millones de km/h.

A medida que se asciende en la escala de tamaños, hasta el tiempo se va ajustando a esta escala, los objetos, a medida que se hacen mayores se mueven más despacio y, además, tienen más duración que los pequeños objetos infinitesimales del micro mundo cuántico. La vida media de un neutron es de unos 15 minutos, por ejemplo, mientras que la vida media de una estrellas se puede contar en miles de millones de años.

En nuestra macroescala, los acontecimientos y ,los objetos se mueven a velocidades que a nosotros nos parecen normales. Si se mueven con demasiada lentitud nos parece que no se mueven. Así hablamos de escala de tiempo geológico, para referirnos al tiempo y velocidad de la mayor parte de los acontecimientos geológicos que afectan a la Tierra, el tiempo transcurre aquí en millones de años y nosotros ni lo apreciamos; nos parece que todo está inmóvil. Nosotros, los humanos, funcionamos en la escala de años (tiempo biológico).

El Tiempo Cosmológico es aún mucho más dilatado y los objetos cósmicos (mundos, estrellas y galaxias), tienen una mayor duración aunque su movimiento puede ser muy rápido debido a la inmensidad del espacio universal en el que se mueven. La Tierra, por ejemplo, orbita alrededor del Sol a una velocidad media de 30 Km/s., y, el Sol, se desplaza por la Galaxia a una velocidad de 270 km/s. Y, además, se puede incrementar el tiempo y el espacio en su andadura al estar inmersos y ligados en una misma maya elástica.

Así,  el espacio dentro de un átomo, es muy pequeño; dentro de una célula, es algo mayor; dentro de un animal, mayor aún y así sucesivamente… hasta llegar a los enormes espaciosa que separan las estrellas y las galaxias en el Universo.

Distancias astronómicas separan a las estrellas entre sí, a las galaxias dentro del cúmulo, y a los cúmulos en los supercúmulos.

Las distancias que separan a los objetos del Cosmos se tienen que medir con unidades espaciales, tal es su inmensa magnitud que, nuestras mentes, aunque podamos hablar de ellas de manera cotidiana, en realidad, no han llegado a asimilarlas.Y, a todo ésto, los físicos han intentado con denuedo elaborar una teoría completa de la gravedad que incluya la mecánica cuántica. Los cálculos de la mayoría de las teorías propuesta de la «gravedad cuántica» arrojan numerosos infinitos. Los físicos no están seguros si el problema es técnico o conceptual. No obstante, incluso prescindiendo de una teoría completa de gravedad cuántica, se puede deducir que los efectos de la teoría cuántica, habrían cruciales durante los primeros 10-43 segundos del inicio del universo, cuando éste tenía una densidad de 1093 gramos por centímetro cúbico y mayor. (El plomo sólido tiene una densidad de aproximadamente diez gramos por centímetro cúbico.) Este período, que es el que corresponde a la era de Planck, y a su estudio se le llama cosmología cuántica. Como el universo en su totalidad habría estado sujeto a grandes incertidumbres y fluctuaciones durante la era de Planck o era cuántica, con la materia y la energía apareciendo y desapareciendo de un vacío en grandes cantidades, el concepto de un principio del universo podría no tener un significado bien definido. En todo caso, la densidad del universo durante este período es de tal magnitud que escapa a nuestra comprensión. Para propósitos prácticos, la era cuántica podría considerarse el estado inicial, o principio, del universo. En consecuencia, los procesos cuánticos ocurridos durante este período, cualquiera sea su naturaleza, determinaron las iniciales del universo.

gran-muralla-galaxias

Una cosa nos ha podido quedar clara: Los científicos para lograr conocer la estructura del universo a su escala más grande, deben retroceder en el tiempo, centrando sus teorías en el momento en que todo comenzó. Para ello, como  todos sabeis, se han formulado distintas teorías unificadoras de las cuatro fuerzas de la naturaleza, con las cuales se han modelado acontecimiento y en el universo primitivo casi a todo lo largo del camino hasta el principio. Pero cómo se supone que debió haber habido un «antes», aparece una barrera que impide ir más allá de una frontera que se halla fijada a los 10-43 [s] después del Big Bang, un instante conocido como «momento de Planck», en homenaje al físico alemán Max Planck.

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Esta barrera existe debido a que antes del momento de Planck, durante el período llamado la «era de Planck o cuántica», se supone que las cuatro fuerza fundamentales conocidas de la naturaleza eran indistinguibles o se hallaban unificadas , que era una sola fuerza. Aunque los físicos han diseñado teorías cuánticas que unen tres de las fuerzas, una por una, a través de eras que se remontan al momento de Planck, hasta ahora les ha prácticamente imposible armonizar las leyes de la teoría cuántica con la gravedad de la relatividad de Einstein, en un sólo modelo teórico ampliamente convincente y con posibilidades claras de ser contrastado en experimentos de laboratorio y, mucho menos, con observaciones.

Y después de todo ésto, sólo una caso me queda clara: ¡Lo poco que sabemos! A pesar de la mucha imaginación que ponemos en las cosas que creemos conocer.

emilio silvera

Seguimos avanzando… ¡A tientas!

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Ciencia – Reportaje de Prensa

¿Todas las galaxias en el centro de una esfera de agujeros negros?

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Una nueva investigación sugiere que lo que llamamos materia oscura podrían ser, en realidad, agujeros negros primordiales

A la izquierda, región de cielo en infrarrojos. A la derecha, la misma zona, con las estrellas y otras fuentes de infrarrojos oscurecidas, sigue brillando intensamente

A la izquierda, región de cielo en infrarrojos. A la derecha, la misma zona, con las estrellas y otras fuentes de infrarrojos oscurecidas, sigue brillando intensamente – NASA/JPL-Caltech/A. Kashlinsky (Goddard)

Resultado de imagen de Ya en 2005, Kashlinsky dirigió a un equipo de astrónomos, que usaron el telescopio espacial Spitzer para explorar el brillo del fondo cósmico en el rango del infrarrojo en una porción concreta de cielo

Todas las galaxias, incluida la nuestra, podrían estar completamente rodeadas por una enorme esfera de agujeros negros. Esa es la extraordinaria conclusión de un equipo de investigadores del Centro Espacial Goddard, de la NASA, que ha sugerido la posibilidad de que la misteriosa y hasta ahora esquiva materia oscura esté hecha, en realidad, de “agujeros negros primordiales“, esto es, formados durante el primer segundo tras el Big Bang.

Para Alexander Kashlinsky, director de la investigación, la idea es consistente con lo que observamos en el fondo cósmico, tanto en la longitud de onda del infrarrojo como en la de los rayos X, y puede explicar también las masas inesperadamente elevadas de los dos agujeros negros en proceso de fusión observadas el año pasado, durante la primera detección de ondas gravitacionales. El estudio se acaba de publicar en The Astrophysical Journal Letters.

“Este estudio -explica el investigador- constituye un gran esfuerzo para unir toda una serie de ideas y observaciones y ver lo bien que encajan. Y resulta que encajan sorprendentemente bien. Si esto es correcto, entonces todas las galaxias, incluyendo la nuestra, serían parte de una gran esfera de agujeros negros, cada uno de ellos de aproximadamente 30 masas solares”.

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Ya en 2005, Kashlinsky dirigió a un equipo de astrónomos, que usaron el telescopio espacial Spitzer para explorar el brillo del fondo cósmico en el rango del infrarrojo en una porción concreta de cielo. Los científicos reportaron una irregularidad excesiva en ese brillo, y concluyeron que probablementese se debía a la suma de los brillos de las primeras fuentes de luz que iluminaron el Universo primitivo, hace más de 13.000 millones de años. Estudios posteriores confirmaron que este brillo del fondo cósmico de infrarrojos (CIB, por sus siglas en inglés) tiene la misma e inesperada estructura irregular también en otras partes del cielo.

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En 2013, otra investigación hizo lo mismo, pero esta vez observando el brillo del fóndo cósmico en el rango de los rayos X (CXB), utilizando el telescopio espacial Chandray en la misma porción de cielo en la que se había medido el brillo en el infrarrojo. Las primeras estrellas, que emiten la mayor parte de su radiación en el espectro visible y en el ultravioleta, no contribuyen en exceso al CXB.

El resultado fue que los brillos irregulares en el fondo cósmico coincidían muy bien tanto en los rayos X como en el infrarrojo. Y el único objeto conocido capaz de ser lo suficientemente luminoso en cualquier rango de energía es un agujero negro. Los investigadores, pues, concluyeron que los agujeros negros primordiales, los que se formaron durante el Big Bang, debieron de ser muy abundantes entre las primeras estrellas, tanto como para constituir al menos una de cada cinco de las fuentes que contribuyen al CIB.

No es materia oscura, sino agujeros negros

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Y aquí es donde entra en juego la materia oscura, cuya auténtica naturaleza sigue siendo uno de los problemas no resueltos más importantes de la astrofísica. Cinco veces más abundante que la materia ordinaria, de la que están hechas todas las galaxias, estrellas y planetas que podemos ver, la materia oscura no “brilla”, es decir, no emite radiación, en ninguna longitud de onda, por lo que resulta indetectable para cualquiera de nuestros instrumentos. Sabemos que está ahí, sin embargo, porque su fuerza gravitatoria obliga a la materia ordinaria (la que sí podemos ver) a moverse de formas que, sin la existencia de esa masa invisible, serían imposibles.

Hasta ahora los físicos han tratado de construir modelos teóricos que puedan explicar la materia oscura con una partícula exótica muy masiva, pero todas las pruebas llevadas a cabo para encontrar esa hipotética partícula han fracasado sin excepción.

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Según Kashlinsky, “estos estudios están proporcionando resultados cada vez más sensibles, reduciendo lentamente el abanico de parámetros donde las partículas de materia oscura se podrían ocultar. Pero el fracaso a la hora de encontrarlas ha llevado a un renovado interés por el estudio de lo bien que los agujeros negros primordiales -agujeros negros formados en primera fracción de segundo del universo- podrían funcionar como materia oscura”.

Los físicos creen que hay varias formas en que el universo temprano, muy caliente y en rápida expansión, pudo producir agujeros negros primordiales en la primera milésima de segundo tras el Big Bang. Y cuanto más tarde se pusiera en marcha este mecanismo, mayores serían los agujeros negros “fabricados” por el Universo recién nacido. Dado que la “ventana” para crear estos agujeros negros dura apenas una fracción de segundo, los agujeros negros primordiales, según los investigadores, deberían de estar todos dentro de un estrecho rango de masas.

Ondas gravitacionales, la primera pista

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El Observatorio LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), hace algún tiempo que detectó las ondas gravitacionales causadas por la fusión de dos agujeros negros a 1.300 millones de años luz de distancia. Fue la primera vez que se lograba detectar las ondas gravitacionales que había predicho Einstein hace un siglo, pero también fue la primera detección directa de un agujero negro en toda la historia de la Ciencia. La señal captada por los investigadores aportó información sobre las masas de los dos agujeros negros en proceso de fusión: 29 y 36 masas solares, respectivamente. Valores inesperadamente grandes y, sobre todo, sorprendentemente similares.

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“Según cuál sea el mecanismo que está actualdo -explica Kashlinsky- los agujeros negros primordiales podrían tener propiedades muy similares a las detectadas por LIGO. Si asumimos que ese es el caso, y que LIGO captó la fusión de dos agujeros negros nacidos en el universo temprano, entonces podemos estudiar las consecuencias que esto tiene en nuestra comprensión de cómo el cosmos, en última instancia, evolucionó”.

En su nuevo trabajo, Kashlinsky analiza lo que podría haber sucedido si la materia oscura realmente consiste en una gran población de agujeros negros similares a los detectados por LIGO. Esos agujeros negros, por ejemplo, distorsionaron la distribución de la masa en el universo temprano, añadiendo una pequeña fluctuación que tuvo consecuencias cientos de millones de años más tarde, cuando las primeras estrellas empezaron a formarse.

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Durante los primeros 500 millones de años de existencia del Universo, la materia ordinaria estaba demasiado caliente como para unirse y formar las primeras estrellas. Pero la materia oscura no resultó afectada por la temperatura ya que, debido a su propia naturaleza, no depende de la radiación e interactúa fundamentalmente a través de la gravedad. Agregándose a causa de esta atracción gravitatoria, la materia oscura se agrupó primero en estructuras llamadas “mini halos”, lo que proporcionó una serie de “semillas gravitacionales” alrededor de las cuales la materia ordinaria pudo ir acumulándose. Así, el gas caliente (la materia ordinaria) se fue acumulando alredodor de los “mini halos”, dando lugar a “paquetes” de gas lo suficientemente densos como para colapsar sobre sí mismos y formar las primeras estrellas.

Kashlinsky observa que si efectivamente los agujeros negros son la materia oscurael proceso de formación estelar sucedería más rápidamente y se producirían con más facilidad las irregularidades en la luminosidad del fondo cosmico observadas en el rango de los infrarrojos por el telescopio Spitzer. Y esto sería así incluso si solo una pequeña parte de los “mini halos” estuviera produciendo estrellas.

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Por supuesto, los agujeros negros también capturarían una parte del gas caliente que era atraído lor los “mini halos”. Esa materia, se recalentaría según se fuera acercando a los agujeros negros y terminaría, también, por producir rayos X. Juntas, la luz infrarroja procedente de las primeras estrellas y los rayos X emitidos por la materia atraída por los agujeros negrosproducirían los mismos efectos que los científicos han observado en los brillos en CIB y el CXB.

De vez en cuando, además, alguno de estos agujeros negros primordiales pasaría lo suficientemente cerca de otro como para ser capturado por su gravedad y formar un sistema binario. Durante eones, los dos agujeros negros de esos sistemas binarios se orbitarían mutuamente, para terminar fundiéndose en uno solo, como el encontrado el año pasado por los detectores LIGO.

“Las futuras observaciones de LIGO -afirma Kashlinsky- nos dirán mucho más sobre la población de agujeros negros en el Universo, y no hará falta demasiado tiempo para saber si el escenario que propongo se sostiene o no”.