Seguimos buscando nuestro origen

 

 

 

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.

¿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).

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.

                                              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.

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.

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?

¿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?

¿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

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.”

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.

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

         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!

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.

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.

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 = k_B ln W, donde k_B 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.

            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.

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:

 

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