viernes, 24 de enero del 2020 Fecha
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!El extraño Universo! ¡El Universo cotidiano!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo misterioso    ~    Comentarios Comments (12)

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La célula viva es un sistema dinámico, en cambio constante en el cual las sustancias químicas se tornan ordenados por un tiempo en estructuras microscópicas, tan solo para disolverse nuevamente cuando otras moléculas se juntan para formar los mismos tipos de estructuras nuevamente, o para sustituirlas nuevamente en la misma estructura. Las organelas de las cuales las células están hechas no son más estáticas que la llama de una vela. En cualquier instante, la vela exhibe un patrón dinámico de casamientos y divorcios químicos, de procesos que producen energía y procesos que la consumen, de estructuras formándose y estructuras desapareciendo. La vida es proceso no una cosa.

Un equipo de científicos ha diseñado un test para descubrir si el universo primitivo poseía una sola dimensión espacial. Este concepto alucinante es el núcleo de una teoría que el físico de la Universidad de Buffalo, Dejan Stojkovic y sus colegas proponen y que sugiere que el Universo primitivo tuvo solo una dimensión antes de expandirse e incluir el resto de dimensiones que vemos en el mundo actualmente. De ser válida, la teoría abordaría los problemas importantes de la física de partículas. Han descrito una prueba que puede ratificar o refutar la hipótesis de la “fuga de dimensiones”.

El Objeto de Hanny

¿Que serán, estos extraños cuerpos. Lo llaman Objeto de Hanny es una extraña y brillante nube de gas verde que ha intrigado a los astrónomos desde que se descubrió en 2007. La nube destaca cerca de una galaxia espiral porque un cuásar (un agujero negro supermasivo) en su núcleo la ha iluminado como si fuera un foco. Ahora está siendo estudiada con mucho más detalle gracias a las imágenes tomadas por el telescopio Hubble, que se han presentado en Seattle (EE UU).

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Considerado uno de los objetos más extraños de los muchísimos observados en el espacio, en Hanny’s Voorwerp (en holandés), que tiene el tamaño de la Vía Láctea, el Hubble ha descubierto delicados filamentos de gas y un grupo de cúmulos de jóvenes estrellas. El color verde de la nube se debe al oxígeno ionizado.

Su descubridora, Hanny van Arkel, explicó en su blog que está encantada de asistir a la reunión de la Sociedad Americana de Astronomía , donde se han presentado las nueva imágenes, y en general, de haber entrado en contacto con el mundo de la astronomía. Ella es una profesora que descubrió la estructura celeste en 2007 mediante el proyecto Galaxy Zoo, que estimula la participación de no especialistas para que ayuden a clasificar las más de un millón de galaxias catalogadas en el Sloan Digital Sky Survey y las captadas por el propio Hubble en sus imágenes de campo profundo.

Galaxia Andrómeda

                                              Nuestro vecina más grande del Grupo Local

Un astrónomo persa, al-Sufi, ha sido reconocido como el primero en describir el débil fragmento de luz en la constelación Andrómeda que sabemos ahora que es una galaxia compañera de la nuestra. En 1780, el astrónomo francés Charles Messier publicó una lista de objetos no estelares que incluía 32 objetos que son, en realidad, galaxias. Estas galaxias se identifican ahora por sus números Messier (M); la galaxia Andrómeda, por ejemplo, se conoce entre los astrónomos como M31.

En la primera parte del siglo XIX, miles de galaxias fueron identificadas y catalogadas por William y Caroline Herschel, y John Herschel. Desde 1900, se han descubierto en exploraciones fotográficas gran cantidad de galaxias. Éstas, a enormes distancias de la Tierra, aparecen tan diminutas en una fotografía que resulta muy difícil distinguirlas de las estrellas. La mayor galaxia conocida tiene aproximadamente trece veces más estrellas que la Vía Láctea.

Plutón fue descubierto a raíz de una búsqueda telescópica iniciada en 1905 por el astrónomo estadounidense Percival Lowell, quien supuso la existencia de un planeta situado más allá de Neptuno como el causante de ligeras perturbaciones en los movimientos de Urano.

El camino que condujo a su descubrimiento se atribuye a Percival Lowell quien fundó el Observatorio Lowell en Flagstaff, Arizona y patrocinó tres búsquedas separadas del “Planeta X”, del que por cierto, aquí hemos hablado en alguna otra ocasión.

En 1912 el astrónomo estadounidense Vesto M. Slipher, trabajando en el Observatorio Lowell de Arizona (EEUU), descubrió que las líneas espectrales de todas las galaxias se habían desplazado hacia la región espectral roja. Su compatriota Edwin Hubble interpretó esto como una evidencia de que todas las galaxias se alejaban unas de otras y llegó a la conclusión de que el Universo se expandía. No se sabe si continuará expandiéndose o si contiene materia suficiente para frenar la expansión de las galaxias, de forma que éstas, finalmente, se junten de nuevo, parece que ésto último no sucederá nunca. La materia del Universo parece estar aproximadamente en la tasa del la Densidad Crítica.

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Resultado de imagen de El telescopio espacial Hubble enfocó regiones del espacio aparentemente vacías y negras, y después de muchos días de exposición obtuvo unas bellísimas fotos de galaxiasResultado de imagen de El telescopio espacial Hubble enfocó regiones del espacio aparentemente vacías y negras, y después de muchos días de exposición obtuvo unas bellísimas fotos de galaxias

El telescopio espacial Hubble enfocó regiones del espacio aparentemente vacías y negras, y después de muchos días de exposición obtuvo unas bellísimas fotos de galaxias muy lejanas, entre las cuales se distinguen unas cuantas pequeñas galaxias rojas, color que deben a un corrimiento al rojo tan elevado que se calcula por la ley de Hubble que su luz fue emitida hace unos 13000 millones de años. (foto recortada de foto cortesía de la NASA).

 

La galaxia se está acercando a nosotros a unos 300 kilómetros por segundo, y se cree que estará aquí aproximadamente en 3.000 millones de años cuando podría colisionar con la nuestra y fusionarse ambas formando una galaxia elíptica gigante. Claro que, no se está de acuerdo con la velocidad a la que Andrómeda, se acerca a nosotros. Según ésta nota, podría llegar cuando nuestro Sol, esté en la agonía de su final para convertirse en gigante Roja primero y enana Blanca después.

La semilla desde la que se desarrolló nuestro Universo fue una Bola de fuego de pura energía inmensamente densa e inmensamente caliente. La pregunta es, ¿cómo llegó esta bola de fuego hasta el tipo de materia bariónica que podemos ver alrededor de todos nosotros, mientras el Universo se expandía y se enfriaba? O, si se prefiere ¿de donde salieron los quarks y los leptones? Y, puestos a preguntar, esa materia oscura de la que tanto hablamos, ¿estaba ya allí cuando llegó la bariónica? Si no fuese así, ¿cómo se puedieron formar las Galaxias?

Creemos que conocemos la respuesta, aunque, en realidad, lo que sí tenemos es un modelo de cómo creemos que sucedió, ya que, como a menudo es el caso de las historias, la explicación es más especulativa cuanto más atrás en el tiempo miremos y, en el caso del Universo, esto también corresponde a las energías más altas que se tienen que considerar.

Nos vamos hacia atrás en el tiempo y ponemos señales y nombres como los del límite y tiempo de Planck, era hadrónica (quarks: protones y neutrones, etc.) y era leptónicas (electrones, muones y partícula tau con sus neutrinos asociados). Ahí amigos, está toda la materia que podemos ver. Sin embargo, ¿qué sabemos en realidad de la materia? No olvidemos que de la materia llamada inerte, provenimos nosotros cuyos materiales fueron fabricados en los hornos nucleares de las estrellas.

Científicos de EEUU detectan ondas gravitacionales que serían la primera evidencia directa de la inflación, el momento de la historia del universo en que en menos de un segundo pasó de ser un punto diminuto a convertirse en una inmensidad. Han captado los primeros momentos del Big Bang. De acuerdo con la teoría de la Relatividad de Einstein, aquel cataclismo debió generar ondas gravitacionales, una especie de ondas expansivas cuyos efectos, aunque débiles, aún podrían observarse ahora, 13.800 millones de años después. Los investigadores del experimento BICEP 2, un telescopio de microondas situado en pleno Polo Sur, dicen haber fotografiado esas ondas por primera vez. Estas ondas son “los primeros temblores del Big Bang”,según el CFA.

Esas sombras serían una especie de eco del big bang en las microondas, lo que pone en duda la validez de la popular teoría sobre el origen del Universo. El trabajo se publica en la edición del 1 de septiembre de 2006 del Astrophysical Journal.

WMAP Leaving the Earth or Moon toward L2.jpg

Existen otros estudios llevados a cabo por observaciones realizadas con el observatorio orbital de la NASA WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe – prueba Wilkinson de la anisotropía en microondas), que tiene como objetivo estudiar la radiación cósmica de fondo. Para ello se estudiaron las sombras dejadas en esta radiación cósmica de fondo por 31 cúmulos de galaxias.

El Dr. Lieu, especialista en el tema expresa que “Estas sombras son algo bien conocido que había sido previsto hace años”, y es “el único método directo para determinar la distancia al origen de la radiación cósmica de fondo”, hasta ahora toda la evidencia apuntaba a que era originada por una gran bola de fuego denominada big bang y ha sido circunstancial.

Lieu menciona también que “si usted ve una sombra, indica que la radiación viene más allá del cúmulo de galaxias, y si no las ve, hay un problema, entre los 31 cúmulos estudiados, algunos mostraron el efecto de sombra y otras no”.

                                                                                         Diagrama del WMAP.

En estudios previos, se han reportado la presencia de este tipo de sombras en la radiación cósmica de fondo, estos estudios sin embargo no usaron los datos proporcionados por el WMAP el cual está diseñado y construido específicamente para estudiar esta radiación de fondo.

Si la teoría estándar de la creación del Universo o Big Bang es la correcta y la radiación cósmica de fondo viene a la Tierra desde los confines del Universo, los cúmulos masivos de galaxias que emiten rayos X, cercanos a la Vía Láctea, deberían mostrar todos, la presencia de estas sombras en la radiación cósmica de fondo.

 

Imagen del WMAP de la anisotropía de la temperatura del CMB.

Los científicos aseguran también que basados en todo el conocimiento, hasta ahora, de las fuentes de radiación y halos alrededor de los cúmulos de galaxias, es imposible que estos cúmulos galácticos puedan emitir microondas a una frecuencia e intensidad idénticos a la radiación cósmica de fondo.

La predicción de la radiación cósmica de fondo data del año 1948 y fue descubierta en 1965. La predicción del efecto de sombra fue realizada en 1969, por los científicos rusos Rashid Sunyaev y Yakov Zel’dovich. El efecto se crearía de la siguiente forma: los cúmulos de galaxias emiten luz en rayos X por acción de la gravedad de su centro, que atrapa gas y lo calienta enormemente. Este gas es tan caliente que pierde sus electrones, o sea que se ioniza, produciendo, a su vez, enormes espacios llenos de electrones libres. Estos electrones libres interactúan con los fotones individuales de la radiación cósmica de fondo, originando con esto la desviación de sus trayectorias originales y produciendo el efecto de sombra.

Como veréis, siempre habrán motivos más que sobrados para la polémica y, a medida que se avanza la polémica crece, toda vez que, esos avances, dejan al descubierto muchas de las creencias largamanete asentadas que ahora, con las nuevas tecnologías, podemos descubrir que, en realidad, eran distintas de como se habían imaginado.

             ¿Que hace la Entropía con nosotros?

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¿Como la combatimos? Mediante la reproducción de nuevos seres para crear Entropía negativa

Si hablamos del Universo no podemos olvidar “El Tiempo” con su hermana “La Entropía” destructora de todo lo que existe que, a medida que el primero transcurre, la segunda lo transforma todo. Debemos aprovechar ese corto espacio de tiempo que nos otorga el transcurrir entre las tres imágenes de arriba, sin no sabemos aprovecharlos…¿para qué estamos aquí? ¿Acaso será cierto que todo comenzó con la explosión de una singularidad que produjo lo que llamamos big bang?

Sí, es posible que todo comenzara así. Sin embargo, nadie lo puede asegurar. Y, algunos dicen que somos uno de tantos universos que en el Multiverso están. Si eso fuese así ¿Habrá otros seres en esos otros universos?

La última frontera del Universo

¿Será ésta la última frontera? No,  creo que no, el Universo que nosotros conocemos, por mucho que corramos tras él, nunca podremos alcanzar el final. Siendo así, hablar de la última frontera, es…, al menos, arriesgado. No conocemos bien ni los objetos que pueblan nuestro propio Sistema solar, esos mundos enormes y gaseosos que, a su vez, están rodeados de otros pequeños mundos en los que, posiblemente, la vida esté presente. Sin embargo, nos permitimos hablar de los confines del Universo situados en lugares inaccesibles para nosotros. Bueno, al menos de momento. Incluso algún grupo de astrónomos han realizado un trabajo queriendo llegar a los confines del Universo y, de manera sorprendente, han declarado que mucho más allá, han detectado la presencia de un inmenso bloque de materia que, según todos los indicios… ¡Es otro Universo!

El poco tiempo que estamos aquí, si podemos disfrutar de Imágenes como ésta, de nuestra amiga Anadelagua, lo podemos dar por bien empleado. Vistas así consiguen sacar de nosotros lo mejor y, si eso es así (que lo es), miremosla durante un largo rato, si es posible oyendo cantar a Sarah brightman, oyendo el Sueño de las Hadas de Eyna, o, cualquier otra melodía que nos eleve el Alma para que nos transporte a otro mundo sin salir de este mundo nuestro.

¡Que sentimiento de paz! ¡De simbiosis con la Naturaleza!

emilio silvera

¿qué puede existir dentro de un agujero Negro?

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

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Nuestro contertulio y amigo Kike, en uno de sus comentarios nos viene a comunicar la noticia que ha dado algún medio sobre un hecho insólito: “Un científico dice haber demostrado que dentro de los agujeros negros se forman grandes cantidades de estrellas”. La Incredulidad fue lo primero que sentí cuando leí tal cosa.

Representación gráfica del agujero negro GRO J1655-40, en el Sistema Solar

Si pensamos un poco en el interior de los agujeros negros, encontramos un lugar en el que, los físicos, han machacado sus sesos luchando con las ecuaciones de Einstein de la  Relatividad General, para buscar el secreto mejor guardado del Universo, ya que, nada que haya entrado en uno de estos exóticos objetos ha podido nunca salir para contarnos lo que allí pueda existir. Unos creen que podríamos encontrar un camino hacia otro universo y, lo más probable es que encontremos una singularidad con gravedad de marea infinita. Es decir, el fin del espacio y del tiempo, el nacimiento de la espuma cuántica.

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¿Espuma cuántica? Claro que si pensamos en la densidad de una estrella enana blanca, en la de una estrella de neutrones… ¿Cual sería la de un agujero negro?

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“Recientemente, a partir de la observación del comportamiento de los fotones procedentes de los rayos cósmicos, se han obtenido límites para la granularidad del espacio-tiempo, y se ha encontrado que en escalas en las que ya deberían observarse trazas de la espuma cuántica, éste se muestra completamente suave. A la espera de más resultados de este tipo, pues aún son preliminares, surgen preguntas apasionantes. ¿De confirmarse la suavidad del espacio-tiempo implicaría que la mecánica cuántica no se aplica a los campos gravitatorios? ¿Es la escala de Planck inadecuada para resolver la espuma cuántica, y por qué es así, pues la deducción se basa en principios fundamentales bien establecidos? ¿Qué falla entonces en nuestros modelos?

No sabemos en realidad lo que puede existir dentro de un agujero Negro. ¿cómo poder saberlo? sabemos que ninguna señal puede salir nunca de un lugar como ese para poder darnos la respuesta. sea lo que fuese que pudiera existir allí dentro, nunca podrá, ningún intrépido viajero,  volver al exterior para contarnos tal maravilla, un lugar de infinita curvatura y densidad, allí donde el tiempo deja de existir, un lugar que lo que pueda contener nunca podrá influir en nuestro Universo, toda vez que allí estará confinido para siempre.

Imagen relacionada

Está claro que la curiosidad que llevamos con nosotros, no puede quedar satisfecha con éstas sencilla explicaciones, necesita más argumentación para poder comprender, a ciencia cierta, lo que en el agujero negro se pueda esconder. sin embargo, John archibal wheeler nos enseñó la importancia de la búsqueda para comprender el “corazón” de un agujero Negro.  Él creía  que el estado final de la materia dentro del agujero Negro, lo que quedaba después de la Implosión de una estrella masiva, era el “Santo Grial” de la física teórica, un conocimiento tan valioso que nos podría llevar a la comprensión final de lo que la materia es.

Intenso campo magnético de agujero negro supermasivo

 

 

“Astrónomos de la Universidad Tecnológica Chalmers han utilizado el telescopio gigante Alma para revelar un extremadamente poderoso campo magnético muy cerca de un agujero negro supermasivo en una galaxia distante. Los resultados aparecen en la edición del 17 de abril de 2015 de la revista Science.
Claro que hablar de agujeros negros sería incomprensible sin escuchar lo que nos decía sobre ellos algunos físicos que dedicaron su vida al estudio de estos extraños objetos cosmológicos. J. Robert Oppenheimer fue el que nos dijo que la singularidad quedaba oculta por el Horizonte de suscesos, y, de esa manera, el interior del agujero quedaba oculto desde el exterior.”
Representación de una estrella, el chorro de materia que va hacia el agujero negro y el disco que se forma en torno a este
Lo cierto es que, de lo que no podemos tener ninguna duda es del hecho cierto de que, la fuerza gravitatoria generada por la Singularidad del agujero negro, es tan potente que atrae hacia sí el material circundante que engulle y se hace cada vez mayor, más denso y con más energía.
Está claro que cuando hablamos de los agujeros negros lo hacemos de algo que aún esconde muchos misterios, lo que sucede cuando se forma un agujero negro es muy semejante a lo que dicen que sería el final del universo mediante el Big Crunch, es decir, todo el material de una estrella masiva al final de su vida, al quedar sin material nuclear de fusión que está agotado, se queda a merced de la gravedad e implosiona sobre sí misma, de manera tal que su ingente masa se va contrayendo más y más hasta el punto de que desaparece literalmente de nuestra vista, se ha convertido en una singularidad de energía y densidad infinitas, la curvatura cierra el círculo y el tiempo desaparece.
“Para conservar la “monogamia” cuántica, Polchinski sugirió que el enlazamiento agujero negro-fotón se rompe. Esto produce un muro de energía en el horizonte de sucesos del agujero negro que echa por tierra la relatividad debido a que cualquiera que caiga se quemaría en lugar de volverse espagueti. Bienvenido a la paradoja del muro de fuego (“firewall”) del agujero negro.

Abundan las posibles soluciones, pero ahora dos físicos, Juan Maldacena del Instituto de Estudio Avanzado en Princeton, y Leonard Susskind de la Universidad Stanford, California, han presentado una más audaz: una nueva clase de agujero de gusano en que el enlazamiento no necesita romperse. “
Resultado de imagen de La singularidad
Cuando la estrella Implosiona bajo el peso de su propia masa y la fuerza gravitatoria que ésta genera, se crea un horizonte de suscesos alrededor del agujero negro en formación, la estrella esférica original sigue implosionando, inexosrablemente, hasta alcanzar la densidad infinita y el volumen cero, después de lo cual crea y se funde en una singularidad espacio-temporal.
La singularidad es una región donde -según las leyes de la relatividad- la curvatura del espacio-tiempo se hace infinitamente grande y el espacio-tiempo deja de existir. Puesto que la gravedad de marea es una manifestación de la curvatura espacio-temporal. Así, podemos decir que una singularidad es también una región de gravedad de marea “infinita”, es decir, una región en donde la gravedad ejerce un tirón infinito sobre todos los objetos a lo largo de algunas direcciones y una compresión infinita a lo largo de otras.
Fespués de estas sencillas explicaciones, mal podemos comprender lo que dice el científico del que nos habla Kike en su comentario ¡formar estrellas en el interior de un agujero negro! La idiosincracia del agujero lo impide.
Me gustaría seguir y hacer mucho más largo el trabajo sobre el apasionante tema de los agujeros negros y lo que de ellos podemos esperar pero, sinceramente creo que, encontrar en su interior cúmulos de estrellas… No parece lo más acertado.
emilio silvera
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                Si sabemos mirar la Naturaleza… Nos irá mucho mejor

No pocos se pasan la vida sin ver lo que existe a su alrededor, el trabajo, la familia, el coche nuevo, la hipoteca del chalet, alcanzar ese puesto más alto… Se pasan la vida en esa vorágine circunscrita a un pequeño “mundo” personal que, le aleja de una realidad que es mucho más grande y, sin darse cuenta se le pasa la vida sin haber podido ver todo lo que existe a su alrededor que, dejando a un lado las pequeñas cosas, también estaba a su alcance.

Es fácil caer en la tentación de mirarnos el ombligo y no hacerlo al entorno que nos rodea. Muchas más cosas habríamos evitado y habríamos descubierto si por una sola vez hubiésemos dejado el ego a un lado y, en lugar de estar pendientes de nosotros mismos, lo hubiéramos hecho con respecto a la naturaleza que, en definitiva, es la que nos enseña el camino a seguir.

http://apod.nasa.gov/apod/image/9706/fbgalax_hst_big.jpg

Si pidiéramos ver lo que está pasando en cada uno de esos objetos de la imagen… ¡Cuantos mundos y estrellas, nebulosas, quásares, agujeros negros, y estrellas de neutrones y púlsares, un sin fin de sucesos de inmensas energías… ¿Y formas de vida?

La edad actual del universo visible ≈ 1060 tiempos de Planck

Tamaño actual del Universo visible ≈ 1060 longitudes de Planck

La masa actual del Universo visible ≈ 1060 masas de Planck

Vemos así que la bajísima densidad de materia en el universo es un reflejo del hecho de que:

Densidad actual del universo visible ≈10-120 de la densidad de Planck

Y la temperatura del espacio, a 3 grados sobre el cero absoluto es, por tanto

Temperatura actual del Universo visible ≈ 10-30 de la T. de Planck

Resultado de imagen de El "mundo" microscópico de partículas y átomos

Estos números extraordinariamente grandes y estas fracciones extraordinariamente pequeñas nos muestran inmediatamente que el universo está estructurado en una escala sobrehumana de proporciones asombrosas cuando la sopesamos en los balances de su propia construcción. Con respecto a sus propios patrones, el universo es viejo. El tiempo de vida natural de un mundo gobernado por la gravedad, la relatividad y la mecánica cuántica es el fugaz breve tiempo de Planck. Parece que es mucho más viejo de lo que debería ser.

Pero, pese a la enorme edad del universo en “tics” del Tiempo de Planck,  hemos aprendido que casi todo este tiempo es necesario para producir estrellas y los elementos químicos que traen la vida.

 

¿Por qué nuestro universo no es mucho más viejo de lo que parece ser? Es fácil entender por qué el universo no es mucho más joven. Las estrellas tardan mucho tiempo en formarse y producir elementos más pesados que son las que requiere la complejidad biológica. Pero los universos viejos también tienen sus problemas. Conforme para el tiempo en el universo el proceso de formación de estrellas se frena. Todo el gas y el polvo cósmico que constituyen las materias primas de las estrellas habrían sido procesados por las estrellas y lanzados al espacio intergaláctico donde no pueden enfriarse y fundirse en nuevas estrellas.

 

 

Pocas estrellas hacen que, a su vez, también sean pocos los sistemas solares y los planetas. Los planetas que se forman son menos activos que los que se formaron antes, la entropía va debilitando la energía del sistema para realizar trabajo. La producción de elementos radiactivos en las estrellas disminuirá, y los que se formen tendrán semi-vidas más largas. Los nuevos planetas serán menos activos geológicamente y carecerán de muchos de los movimientos internos que impulsan el vulcanismo, la deriva continental y la elevación de las montañas en el planeta. Si esto también hace menos probable la presencia de un campo magnético en un planeta, entonces será muy poco probable que la vida evolucione hasta formas complejas.

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Resultado de imagen de El viento de partículas cargadas de las estrellasResultado de imagen de El viento de partículas cargadas de las estrellas

Las estrellas típicas como el Sol, emiten desde su superficie un viento de partículas cargadas eléctricamente que barre las atmósferas de los planetas en órbitas a su alrededor y, a menos que el viento pueda ser desviado por un campo magnético, los posibles habitantes de ese planeta lo podrían tener complicado soportando tal lluvia de radiactividad. En nuestro sistema solar el campo magnético de la Tierra ha protegido su atmósfera del viento solar, pero Marte, que no está protegido por ningún campo magnético, perdió su atmósfera hace tiempo.

 Las amenazas espaciales están siempre ahí. No hace mucho que lo pudimos comprobar

Probablemente no es fácil mantener una larga vida en un planeta del Sistema solar. Poco a poco hemos llegado a apreciar cuán precaria es. Dejando a un lado los intentos que siguen realizando los seres vivos de extinguirse a sí mismos, agotar los recursos naturales, propagar infecciones letales y venenos mortales y emponzoñar la atmósfera, también existen serias amenazas exteriores.

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Se acaba el misterio: el asteroide Oumuamua no es un OVNI

Los movimientos de cometas y asteroides, a pesar de tener la defensa de Júpiter, son una seria y cierta amenaza para el desarrollo y persistencia de vida inteligente en las primeras etapas. Los impactos no han sido infrecuentes en el pasado lejano de la Tierra, habiendo tenido efectos catastróficos.  Somos afortunados al tener la protección de la Luna y de la enorme masa de Júpiter que atrae hacia sí los cuerpos que llegan desde el exterior desviándolos de su probable trayectoria hacia nuestro planeta.

La caída en el planeta de uno de estos enormes pedruscos podría producir extinciones globales y retrasar en millones de años la evolución que tantos miles de millones de años le costó al Universo para poder plasmarla en una realidad que llamamos vida. Cuando comento este tema no puedo evitar el recuerdo del meteorito caído en la Tierra que impactó en la península de Yucatán hace 65 millones de años, al final de la Era Mesozoica, cuando según todos los indicios, los dinosaurios se extinguieron. Sin embargo, aquel suceso catastrófico para los grandes lagartos, en realidad supuso que la Tierra fue rescatada de un callejón sin salida evolutivo. Parece que los dinosaurios evolucionaron por una vía que desarrollaba el tamaño físico antes que el tamaño cerebral.

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La desaparición de los dinosaurios junto con otras formas de vida sobre la Tierra en aquella época, hizo un hueco para la aparición de los mamíferos. Se desarrolló la diversidad una vez desaparecidos los grandes depredadores. Así que, al menos en este caso concreto, el impacto nos hizo un gran favor, ya que hizo posible que 65 millones de años más tarde pudiéramos llegar nosotros. Los dinosaurios dominaron el planeta durante 150 millones de años; nosotros en comparación, llevamos aquí tres días y, desde luego, ¡la que hemos formado!

Y no podemos tener la menor duda, mientras que estemos aquí, seguiremos pretendiendo y queriendo saber sobre los secretos de la Naturaleza que, al fin y al cabo, puede ser nuestra salvación. Ya saben ustedes: ¡Saber es poder! Y, en relación a la vida…

Hemos llegado a ser conscientes de que, el secreto reside en el tiempo biológico necesario para desarrollar la vida y el tiempo necesario para desarrollar estrellas de segunda generación y siguientes que en novas y supernovas cristalicen los materiales complejos necesarios para la vida, tales como el hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, carbono, etc.

Parece que la similitud en los “tiempos” no es una simple coincidencia.  El argumento, en su forma más simple, lo introdujo Brandon Carter y lo desarrolló John D. Barrow por un lado y por Frank Tipler por otro. Al menos, en el primer sistema solar habitado observado, ¡el nuestro!, parece que sí hay alguna relación entre t(bio) y t(estrella) que son aproximadamente iguales; el t(bio) – tiempo biológico para la aparición de la vida – algo más extenso.

La evolución de una atmósfera planetaria que sustente la vida requiere una fase inicial durante la cual el oxígeno es liberado por la fotodisociación de vapor de agua. En la Tierra esto necesitó 2.400 millones de años y llevó el oxígeno atmosférico a aproximadamente una milésima de su valor actual.  Cabría esperar que la longitud de esta fase fuera inversamente proporcional a la intensidad de la radiación en el intervalo de longitudes de onda del orden de 1000-2000 ángstroms, donde están los niveles moleculares clave para la absorción de agua.

Este simple modelo indica la ruta que vincula las escalas del tiempo bioquímico de evolución de la vida y la del tiempo astrofísico que determina el tiempo requerido para crear un ambiente sustentado por una estrella estable que consume hidrógeno en la secuencia principal y envía luz y calor a los planetas del Sistema Solar que ella misma forma como objeto principal.

A muchos les cuesta trabajo admitir la presencia de vida en el universo como algo natural y corriente, ellos abogan por la inevitabilidad de un universo grande y frío en el que es difícil la aparición de la vida, y en el supuesto de que ésta aparezca, será muy parecida a la nuestra.

        ¿Quién sabe lo que en otros mundos puede existir?

Los biólogos, sin embargo, parecen admitir sin problemas la posibilidad de otras formas de vida, pero no están tan seguros de que sea probable que se desarrollen espontáneamente, sin un empujón de formas de vida basadas en el carbono. La mayoría de las estimaciones de la probabilidad de que haya inteligencias extraterrestres en el universo se centran en formas de vida similares a nosotros que habiten en planetas parecidos a la Tierra y que necesiten agua y oxígeno o similar con una atmósfera gaseosa y las demás condiciones de la distancia entre el planeta y su estrella, la radiación recibida, etc. En este punto, parece lógico recordar que antes de 1.957 se descubrió la coincidencia entre los valores de las constantes de la Naturaleza que tienen importantes consecuencias para la posible existencia de carbono y oxígeno, y con ello para la vida en el universo.

¡Y pensar que nosotros, sólo somos una pequeña ramita del gran árbol de la vida!

La luz del Sol es la responsable de que en la Tierra -y supongo que la de otras estrellas en otros muchos planetas del Universo- , se puedan formar complejas estructuras y germinar muchas otras que son imprescindibles para la existencia de los seres vivos. La utilización biológica de la luz se comprenderá más fácilmente si, consideramos primero, en que nosotros y todos los demás organismos heterótrofos -que viven en el aire-, es decir, animales, hongos y muchos protistas y bacterias, satisfacemos nuestras necesidades energéticas. La palabra clave es combustión; más técnicamente, oxidación, esto es, la producción de energía por la interacción de determinadas sustancias con el oxígeno. En este sentido, somos como cualquier máquina y, el combustible en nuestro caso, consiste en componentes del acervo metabólico, que a su vez deriva de los alimentos. Aquí, sin embargo,  termina la analogía. Las combustiones vitales son frías; y las energías que liberan no se utiliza en forma de calor, un fenómeno que sería imposible en células vivas, en las que las diferencias de temperaturas son despreciables. Esta energía sirve en cambio, para hacer funcionar el generador químico central que, a su vez, proporciona energía a la mayoría de las formas de trabajo biológico.

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En las combustiones celulares, al igual que en aquellas en las que estamos familiarizados, se utiliza el oxígeno para convertir el carbono de las sustancias orgánicas en dióxido de carbono (CO2) y su Hidrógeno en agua (H2O). En la fotosíntesis ocurre exactamente lo contrario. Lo que hacen las plantas verdes con ayuda de la energía luminosa es sencillamente invertir las oxidaciones. A partir de dióxido de carbono y agua, las plantas fabrican un azúcar de fórmula (CH2O)6, y emiten el Oxígeno sobrante (una molécula de O2 por cada molécula de CO2 utilizada) a la atmósfera.

En algún momento de las próximas décadas descubriremos el primer planeta albergando vida. Pero seguramente será “parecida” a la nuestra; basada en enlaces de C y agua como medio. Pero; ¿podría existir un tipo de vida completamente diferente? ¿la reconoceremos cuando la veamos? ¿podría evolucionar hasta desarrollar inteligencia?

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Para poder saber sobre todo eso, para llegar a conocer los secretos de la Naturaleza, es preciso que sigamos observando atentamente para poder descubrir los secretos en los que están encerradas las respuestas a esas preguntas que nadie ha sabido contestar. Nosotros somo propensos a crearnos un entorno cercano y localista que, la mayoría de las veces, nos aparta de la realidad “del mundo” y de cómo son las cosas en el Universo del que formamos parte que, aunque sea muy pequeña, es la parte que piensa, la que imagina y tiene ideas de lo que todo esto podría ser.

emilio silvera

Surgieron pensamientos… ¡Que nunca dejaran de asombrarnos!

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         Ludwig Boltzmann será el protagonista de hoy

Hay ecuaciones que son aparentemente insignificantes por su reducido número de exponentes que, sin embargo, ¡dicen tantas cosas…! En la mente de todos están las sencillas ecuaciones de Einstein y de Planck sobre la energía-masa y la radiación de cuerpo negro. Esa es la belleza de la que hablan los físicos cuando se refieren a “ecuaciones bellas”.

                       Maxwell

Las ecuaciones de Maxwell…,  “y se hizo la luz”

La identidad de Euler: Algunos dijeron de su ecuación: “la expresión matemática más profunda jamás escrita”, “misteriosa y sublime”, “llena de belleza cósmica”, “una explosión cerebral”.

Newton y su segunda ley que, aunque no funcione cuando nos acercamos a velocidades relativistas, rompió la marcha hacia la Gravedad.

Pitágoras y “su” teorema, también debe estar presente como lo está su teorema en las construcciones de todo el mundo y… mucho más.

Schrödinger y su función de onda que tampoco se queda atrás (aunque como la ecuación de Newton, si hablamos de velocidades relativistas…)

Bueno, E = mc2, nos lleva a profundidades de la materia antes jamás vistas y nos permite sacar conclusiones como que, en un  gramo de materia está encerrada toda la energía consumida por la Humanidad durante un minuto. ¡Masa y Energía son la misma cosa!

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Einstein, con esa ecuación de arriba de la relatividad general, vino a cambiar el mundo y, a partir de entonces, nació la verdadera cosmología. ¡Nos habla de tántas cosas!

¿Qué decir de la maravillosa fórmula de la entropía de Boltzman?

S = k log W

 

Creo que hoy, hablaremos de ella. Boltzman con su trabajo e ingenio,  le dio a la Humanidad la herramienta para que pudiera seguir avanzando en el difícil laberinto de la Cienca, fue,  sin duda, uno de los físicos más ilustres del siglo XIX.

El trabajo científico desarrollado por Boltzmann en su época crítica de transición que puso el colofón a la física “clásica” –cuya culminación podríamos situar en Maxwell– y antecedió (en pocos años) a la “nueva” física, que podemos decir que comenzó con Max Planck y Einstein. Aunque ciertamente no de la importancia de los dos últimos, la labor científica de Boltzmann tiene una gran relevancia, tanto por sus aportaciones directas (creador junto con “su amigo” Maxwell y Gibbs de la mecánica estadística, aunque sea el formulismo de éste último el que finalmente haya prevalecido; esclarecedor del significado de la entropía, etc.) como por la considerable influencia que tuvo en ilustres físicos posteriores a los que sus trabajos dieron la inspiración, como es el caso de los dos mencionados, Planck y Einstein.

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El principio, como suele pasar en todas las cosas, es siempre tosco y, con el tiempo, se van perfeccionando las cosas, la evolución va mejorando las formas.

Boltzmann fue un defensor a ultranza del atomismo, polemizando sobre todo con Mach y Ostwald, antiatomistas partidarios de la energética y claros exponentes de la corriente idealista de la física alemana. Tuvo que abandonar su ambiciosa idea de explicar exactamente la irreversibilidad en términos estrictamente mecánicos; pero esta “derrota”, no ocultaré que dolorosa desde el punto de vista personal, le fue finalmente muy productiva, pues de alguna manera fue lo que le llevó al concepto probabilista de la entropía. Estas primeras ideas de Boltzmann fueron reivindicadas y extendidas, en el contexto de la teoría de los sistemas dinámicos inestables, sobre todo por la escuela de Prigogine, a partir de la década de 1970.

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La personalidad de Boltzmann era bastante compleja. Su estado de ánimo podía pasar de un desbordante optimismo al más negro pesimismo en cuestión de unas pocas horas. Era muy inquieto; él decía – medio en serio, medio en broma – que eso se debía a haber nacido en las bulliciosas horas finales de los alegres bailes del Martes de Carnaval, previas a los “duelos y quebrantos” (entonces) del Miércoles de Ceniza.

Ludwig Boltzmann and co-workers in Graz, 1887. (standing, from the left) Nernst, Streintz, Arrhenius, Hiecke, (sitting, from the left) Aulinger, Ettingshausen, Boltzmann, Klemenčič, Hausmanninger

Su lamentable final, su suicidio en Duino (Trieste) el 5 de septiembre de 1906, muy probablemente no fue ajeno a esa retorcida personalidad, aunque su precaria salud física fue seguramente determinante a la hora de dar el trágico paso hacia el lado oscuro.

Uno de los problemas conceptuales más importantes de la física es cómo hacer compatible la evolución irreversible de los sistemas macroscópicos (el segundo principio de la termodinámica) con la mecánica reversible (las ecuaciones de Hamilton o la ecuación de Schrödinger) de las partículas (átomos o moléculas) que las constituyen. Desde que Boltzmann dedujo su ecuación en 1872, este problema ha dado lugar a muy amplios debates, y el origen de la irreversibilidad es, aún hoy en día, controvertido.

En una de sus primeras publicaciones, Boltzmann obtuvo en 1866 una expresión de la entropía, que había sido definida un año antes por Clausius, basado en conceptos mecánicos. Las limitaciones de este trabajo eran que su aplicación se restringía al estudio de los gases y que el sistema era periódico en el tiempo. Además, Boltzmann no pudo deducir de su definición de entropía la irreversibilidad del segundo principio de la termodinámica de Clausius. En 1868, basándose en las ideas probabilísticas de Maxwell, obtuvo la distribución de equilibrio de un gas de partículas puntuales bajo la acción de una fuerza que deriva de un potencial (distribución de Maxwell-Boltzmann).

En el Universo, considerado como sistema cerrado, la entropía crece y…

En 1.872 publicó la denominada ecuación de Boltzmann para cuya deducción se basó, aparentemente, en ideas mecánicas. Esta ecuación contiene, sin embargo, una hipótesis no mecánica (estadística) o hipótesis del caos molecular, que Boltzmann no apreció como tal, y cuya mayor consecuencia es que, cualquiera que sea la distribución inicial de velocidad de un gas homogéneo diluido fuera del equilibrio, ésta evoluciona irreversiblemente hacia la distribución de velocidad de Maxwell. A raíz de las críticas de Loschmidt (paradoja de la reversibilidad) y Zermelo (paradoja de la recurrencia), Boltzmann acabó reconociendo el carácter estadístico de su hipótesis, y en 1877 propuso una relación entre la entropía S de un sistema de energía constante y el número de estados dinámicos W accesibles al sistema en su espacio de fases; esto es, la conocida ecuación S = kB ln W, donde kB es la constante de Boltzmann. En esta nota, se hace una breve descripción de la ecuación de Boltzmann y de la hipótesis del caos molecular.

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            El comportamiento de los gases siempre dio a los físicos en qué pensar

La ecuación de Boltzmann describe la evolución temporal de un gas diluido de N partículas puntuales de masa m contenidas en un volumen V que interaccionan a través de un potencial de par central repulsivo V(r) de corto alcance a. Como simplificación adicional, considérese que sobre las partículas no actúan campos externos. Si f1(r,v,t) indica la densidad de partículas que en el tiempo t tienen un vector de posición r y velocidad v, que está normalizada en forma:

∫dr ∫dvƒ1(r,v,t) = N

Su evolución temporal es la suma de dos contribuciones. En ausencia de interacción, las partículas que en el tiempo t tienen vector de posición r y velocidad v se encuentran, después de un intervalo de tiempo Δt, en r + v Δt y tiene la misma velocidad. Como

f1(r + vΔt,v,t + Δt) = f1(r,v,t)

en el límite Δt → 0 (2) se escribe:

1 f1(r,v,t) = – v∂r f1(r,v,t)

Que es una ecuación invariante bajo el cambio t → – t y v → – v. La evolución es, por tanto, mecánica.

Se cumplieron más de cien años desde la muerte de Boltzmann y su trabajo sigue siendo recordado. No pienso que Boltzmann creyera en la existencia real de los átomos, pero sí en su utilidad e incluso en su necesidad para comprender las leyes macroscópicas y la evolución irreversible de los fenómenos macroscópicos desde una base más fundamental que el nivel fenomenológico. Pero había quien (con autoridad) no creía ni en la existencia ni en su utilidad. Este debate no era ajeno a las tendencias ideológicas, religiosas y usos sociales de aquella época porque, en general, la ciencia es parte de la cultura y depende del momento histórico que viven los científicos, al fin y al cabo, seres humanos como los demás, influenciables por su entorno en una gran medida.

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Por el siglo XIX, e incluso antes, ya se hablaba de “átomos”* y una rudimentaria teoría cinética de los gases gozaba de aceptación y utilidad científica (recordemos los trabajos de Benoulli, Dalton, Laplace, Poisson, Cauchy, Clausius, Krönig… y Maxwell). Pero fue Boltzmann quien definitivamente profundizó en la cuestión, para el estudio del equilibrio y, sobre todo, intentando explicar mecánicamente (mecano-estadísticamente) la evolución termodinámica irreversible y la descripción de los procesos de transporte ligados a ella. Y, nuevamente (por su enorme importancia) no podemos dejar de mencionar la muy singular labor que hicieron Gibbs, Einstein, Planck, Fermi y otros. Sin la motivación ideológica de Boltzmann, Gibbs elaboró una bellísima, útil y hoy dominante formulación (cuerpo de doctrina) de la termodinámica y física estadística.

                     Lorentz

Fue Lorentz quien primero utilizó la ecuación de Boltzmann y lo hizo para describir la corriente eléctrica en sólidos dando un paso significativo por encima del pionero Drude. Lorentz introdujo un modelo opuesto al browniano donde partículas ligeras como viento (electrones) se mueven chocando entre sí y con árboles gordos (tales como iones en una red cristalina); un modelo del que se han hecho estudios de interés tanto físico como matemático. Enskog (inspirándose en Hilbert) y Chapman (inspirándose en Maxwell) enseñaron cómo integrar la ecuación de Boltzmann, abriendo vías a otras diversas aplicaciones (hidrodinámica, propagación del sonido, difusión másica, calor, fricción viscosa, termoelectricidad, etc.). Recordemos que Boltzmann encontró como solución de equilibrio de su ecuación una distribución de velocidades antes descubierta por Maxwell (hoy, como reseñé anteriormente, de Maxwell-Boltzmann), por lo que concluyó que así daba base microscópica mecánica (teorema H mecano-estadístico) al segundo principio de la termodinámica (estrictamente, evolución de un sistema aislado hacia su “desorden”máximo).

El físico austríaco Ludwig Boltzmann sentó las bases estadísticas de la entropía, su trabajo fue tan importante que el gran físico Max Planck sugirió que su versión de la fórmula de Boltzmann fuera grabada en la lápida de Boltzmann de Viena.

Está claro que ningún físico que se precie de serlo puede visitar Viena sin visitar el parque Zentralfriedhof para ver la tumba de Boltzmann. Yo sí me pasé por allí. Me senté junto a la tumba; el lugar estaba desierto, y cerrando los ojos traté de conectar con la conciencia del genio. La sensación, extraña y agradable, seguramente fue creada por mi imaginación, pero creo que charlé con él en el interior de mi mente – la fuerza más potente del universo– y aquellos sentimientos, aquel momento, compensaron el esfuerzo del viaje.

En la tumba, sobre una gran lápida de mármol de color blanco con los nombres Ludwig Boltzmann y de los familiares enterrados con él, sobre el busto de Boltzmann, se puede leer la inscripción, a modo de epitafio:

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En esta breve ecuación se encierra la conexión entre el micromundo y el macromundo, y por ella se reconoce a Boltzmann como el padre de la rama de la física conocida como mecánica estadística. Esta sencilla ecuación es la mayor aportación de Boltzmann y una de las ecuaciones más importantes de la física. El significado de las tres letras que aparecen (aparte la notación del logaritmo) es el siguiente:

  • S es la entropía de un sistema.
  • W es el número de microestados posibles de sus partículas elementales.
  • k es una constante de proporcionalidad que hoy recibe el nombre de Constante de Boltzmann, de valor 1’3805 × 10-23 J/K (si el logaritmo se toma en la base natural).

En definitiva, la ecuación describe la estrecha relación entre la entropía (S) y las miles de formas de partículas que en un sistema se pueden arreglar (k log W). La última parte es difícil. K es la constante de Boltzmann y W es el número de elementos microscópicos de un sistema (por ejemplo, el impulso y la posición de los átomos individuales de gas) en un sistema macroscópico en un estado de equilibrio (por ejemplo, el gas de sellado en una botella). Parece que la naturaleza ama el caos cuando empuja a los sistemas hacia el desequilibrio y Boltzmann le llamó entropía a este fenómeno.

Cuando profundizamos un poco en lo que el cerebro humano ha sido capaz de generar, los pensamientpos que ha llegado a generar bien sea en forma de ecuaciones matemáticas o expresados con palabras, no podemos dejar de sorprendernos y maravillarnos al ver que, ¡todo el universo parece estar dentro de nuestras mentes! ¿Qué secretos se encierran allí? ¿Cómo nos lleva a estos pensamientos tan profundos?

Como todas las ecuaciones sencilla de gran trascendencia en la física (como la famosa E = mc2), hay un antes y un después de su formulación: sus consecuencias son de un calado tan profundo que cambiaron la forma de entender el mundo, y en particular, de hacer física a partir de ellas. De hecho, la sutileza de la ecuación es tal que hoy, cien años después de la muerte de su creador, se siguen investigando sus nada triviales consecuencias. Creo que lo mismo ocurrirá con α = 2πe2/ħc que, en tan reducido espacio y con tan pocos símbolos, encierra los misterios del electromagnetismo (el electrón), de la constante de Planck (la mecánica cuántica), y de la luz (la relatividad de Einstein), todo ello enterrado profundamente en las entrañas de un número: 137.

Bueno, a pesar de todo lo anterior, Schrödinger nos decía:

“La actitud científica ha de ser reconstruida, la ciencia ha de rehacerse de nuevo”

 

 

¡Lo grande y lo pequeño! ¡Son tantos los secretos de la Naturaleza! Pero no podemos olvidar que todo lo grande… ¡Está hecho de “cositas” pequeñas.

Siempre hemos tenido consciencia de que en física, había que buscar nuevos paradigmas, nuevos caminos que nos llevaran más lejos. Es bien conocida la anécdota de que a finales del siglo XIX un destacado físico de la época William Thomson (1824-1907) conocido como Lord Kelvin, se atrevió a decir que solo dos pequeñas “nubecillas” arrojaban sombras sobre el majestuoso panorama de conocimiento que había construido la física clásica desde Galileo y Newton hasta ese momento: el resultado del experimento de Michelson-Morley, el cual había fallado en detectar la existencia del supuesto éter luminífero; y la radiación del cuerpo negro, i.e., la incapacidad de la teoría electromagnética clásica de predecir la distribución de la energía radiante emitida a diferentes frecuencias emitidas por un radiador idealizado llamado cuerpo negro. Lo que Lord Kelvin no puedo predecir es que al tratar de disipar esas dos “nubecillas”, la física se vería irremediablemente arrastrada a una nueva física: la física moderna fundada sobre dos revoluciones en ciernes: la revolución relativista y la revolución cuántica con dos  científicos como protagonistas: Planck y Albert Einstein. Sin embargo, ha pasado un siglo y seguimos con esas dos únicas guías para continuar el camino y, resultan insuficientes para llegar a la meta que… ¡Está tan lejos!

emilio silvera