El Plasma, ese otro estado de la Materia (el cuarto dicen) que, según sabemos, resulta ser el más abundante del Universo. Todos desde pequeños aprendimos aquellos tres estados de la amteria que cantábamos en el patio del centro educativo durante el recreo, donde todos a una gritábamos como papagayos: “Sólido, líquido y gaseoso”. Nada nos decían del Plasma, ese estado que, en realidad, cubre el 99% del estado de la materia en nuestro Universo (bueno, hablamos de la materia conocida, esa que llamamos bariónica y está formada por átomos de Quarks y Leptones). Sospecho que hay otros estados de la materia que nos son desconocidos.
Filamentos de plasma en los remanentes de Supernovas
Según la energía de us partículas, los plasmas (como digo) constituyen el cuarto estado de agregación de la materia, tras los sólidos, liquidos y gases. Para cambiar de uno al otro, es necesario que se le aporte energía que aumente la temperatura. Si aumentamos de manera considerable la temperatura de un gas, sus átomos o moléculas adquieren energía suficiente para ionizarse al chocar entre sí. de modo que a ~ 20.000 K muchos gases presentan una ionización elevada. Sin embargo, átomos y moléculas pueden ionizarse también por impacto electrónico, obsorción de fotones, reacciones químicas o nucleares y otros procesos.
Aquí podemos contemplar una enorme región ionizada en la Nebulosa del Pelícano. Estrellas nuevas emiten potente radiación ultravioleta que ataca el espesor de la Nebulosa molecular y hace que, el gas se ionice fuertemente creando una luminosidad que “viste” de azul claro todo el contorno que circunda el radio de acción de las estrellas.
Un plasma es un gas muy ionizado, con igual número de cargas negativas y negativas.Las cargas otorgan al Plasma un comportamiento colectivo, por las fuerzas de largo alcance existente entre ellas. En un gas, cada partícula, independientemente de las demás, sigue una trayectoria rectilínea, hasta chocar con otra o con las grandes paredes que la confinan. En un plasma, las cargas se desvían atraídas o repelidas por otras cargas o campos electromagnéticos externos, ejecutando trayectorias curvilíneas entre choque y choque. Los gases son buenos aislantes eléctricos, y los plasmas, buenos conductores.
En la Tierra, los plasmas no suelen existir en la naturaleza, salvo en los relámpagos, que son trayectorias estrechas a lo largo de las cuales las moléculas de aire están ionizadas aproximadamente en un 20%, y en algunas zonas de las llamas. Los electrones libres de un metal también pueden ser considerados como un plasma. La mayor parte del Universo está formado por materia en estado de plasma. La ionización está causada por las elevadas temperaturas, como ocurre en el Sol y las demás estrellas, o por la radiación, como sucede en los gases interestelares o en las capas superiores de la atmósfera (ver trabajo más abajo), donde produce el fenómeno denominado aurora.
El Sol (como todas las estrellas) es una inmensa bola de plasma
Así que, aunque escasos en la Tierra, el Plasma constituye la materia conocida más abundante del Universo, más del 99%. Abarcan desde altísimos valores de presión y temperatura, como en los núcleos estelares, hasta otros asombrosamente bajos en ciertas regiones del espacio. Uno de sus mayores atractivos es que emiten luz visible, con espectros bien definidos, particulares en cada especie. Algunos objetos radiantes, como un filamento incandescente, con espectro continuo similar al cuerpo negro, o ciertas reacciones químicas productoras de especies excitadas, no son plasmas, sin embargo, lo son la mayoría de los cuerpos luminosos.
Bombilla de incandescencia
Los Plasmas se clasifican según la energía media (o temperatura) de sus partículas pesadas (iones y especies neutras). Un primer tipo son los Plasmas calientes, prácticamente ionizados en su totalidad, y con sus electrones en equilibrio térmico con las partículas más pesadas. Su caso extremo son los Plasmas de Fusión, que alcanzan hasta 108 K, lo que permite a los núcleos chocar entre sí, superándo las enormes fuerzas repulsivas internucleares, y lñograr su fusión. Puede producirse a presiones desde 1017 Pa, como en los núcleos estelares, hasta un Pa, como en los reactores experimentales de fusión.
Los reactores de fusión nuclear prácticos están ahora un poco más cerca de la realidad gracias a nuevos experimentos con el reactor experimental Alcator C-Mod del MIT. Este reactor es, de entre todos los de fusión nuclear ubicados en universidades, el de mayor rendimiento en el mundo.
Los nuevos experimentos han revelado un conjunto de parámetros de funcionamiento del reactor, lo que se denomina “modo” de operación, que podría proporcionar una solución a un viejo problema de funcionamiento: cómo mantener el calor firmemente confinado en el gas caliente cargado (llamado plasma) dentro del reactor, y a la vez permitir que las partículas contaminantes, las cuales pueden interferir en la reacción de fusión, escapen y puedan ser retiradas de la cámara.
Otros Plasmas son los llamados térmicos, con electrones y especies pesadas en equilibrio, pero a menor temperatura ~ 103 – 104 K, y grados de ionización intermedios, son por ejemplo los rayos de las tormentas o las descargas en arcos usadas en iluminación o para soldadura, que ocurren entre 105 y ~ 102 Pa. Otro tipo de Plasma muy diferente es el de los Plasmas fríos, que suelen darse a bajas presiones ( < 102 Pa), y presentan grados de ionización mucho menores ~ 10-4 – 10-6. En ellos, los electrones pueden alcanzar temperaturas ~ 105 K, mientras iones y neutros se hallan a temperatura ambiente. Algunos ejemplos son las lámparas de bajo consumo y los Plasmas generados en multitud de reactores industriales para producción de películas delgadas y tratamientos superficiales.
El Observatorio Espacial Herschel de la ESA ha puesto de manifiesto las moléculas orgánicas que son la llave para la vida en la Nebulosa de Orión, una de las regiones más espectaculares de formación estelar en nuestra Vía Láctea. Este detallado espectro, obtenido con el Instrumento Heterodino para el Infrarrojo Lejano (Heterodyne Instrument for the Far Infrared, HIFI) es una primera ilustración del enorme potencial de Herschel-HIFI para desvelar los mecanismos de formación de moléculas orgánicas en el espacio. Y, para que todo eso sea posible, los Plasmas tienen que andar muy cerca.
En los Plasmas calientes de precursores moleculares, cuanto mayor es la ionización del gas, más elevado es el grado de disociación molecular, hasta poder constar solo de electrones y especies atómicas neutras o cargadas; en cambio, los Plasmas fríos procedentes de especies moleculares contienen gran proporción de moléculas y una pequeña parte de iones y radicales, que son justamente quienes proporcionan al Plasma su característica más importante: su altísima reactividad química, pese a la baja temperatura.
En la Naturaleza existen Plasmas fríos moleculares, por ejemplo, en ciertas regiones de las nubes interestelares y en las ionosfera de la Tierra y otros planetas o satélites. Pero también son producidos actualmente por el ser humano en gran variedad para investigación y multitud de aplicaciones.
En un número de la Revista Española de Física dedicado al vacío, el tema resulta muy apropiado pues no pudieron generarse Plasmas estables en descargas eléctricas hasta no disponer de la tecnología necesaria para mantener presiones suficientemente bajas; y en el Universo, aparecen Plasmas fríos hasta presiones de 10 ⁻ ¹⁰ Pascales, inalcanzable por el hombre.
Lo que ocurre en las Nubes moleculares es tan fantástico que, llegan a conseguir los elementos necesarios para la vida prebiótica que, más tarde situados en el planeta y ambiente adecuados, tras cumplirse las reglas y cubrir los parámetros adecuados, dan lugar al surgir de la vida.
El papel de las moléculas en Astronomía se ha convertido en un área importante desde el descubrimiento de las primeras especies poliatómicas en el medio interestelar. Durante más de 30 años, han sido descubiertas más de 150 especies moleculares en el medio interestelar y gracias al análisis espectral de la radiación. Muchas resultan muy exóticas para estándares terrestres (iones, radicales) pero buena parte de estas pueden reproducirse en Plasma de Laboratorio. Aparte del interés intrínseco y riqueza de procesos químicos que implican, estas especies influyen en la aparición de nuevas estrellas por su capacidad de absorber y radiar la energía resultante del colapso gravitatorio, y de facilitar la neutralización global de cargas, mucho más eficientemente que los átomos.
Su formación en el espacio comienza con la eyección de materia al medio interestelar por estrellas en sus últimas fases de evolución y la transformación de éstas por radiación ultravioleta, rayos cósmicos y colisiones; acabando con su incorporación a nuevas estrellas y Sistemas planetarios, en un proceso cíclico de miles de millones de años.
En las explosiones supernovas se producen importantes transformaciones en la materia que, de simple se transforma en compleja y dan lugar a todas esas nuevas especies de moléculas que nutren los nuevos mundos en los que podemos encontrar elementos como el oro y el platino que han sido creados en suscesos de una magnitud aterradora donde las fuerzas desatadas del Universo han quedado sueltas para transformarlo todo.
El H₂ y otras moléculas diatómicas homonucleares carecen de espectro rotacional. Detectando las débiles emisiones cuadrupolares del H₂ en infrarrojo, se ha estimado una proporción de H₂ frente a H abrumadoramente alto ( ~ 104) en Nubes Interestelares con densidades típicas de ~ 104 partículas /cm3; pero dada la insuficiente asociación radiativa del H para formar H2, ya mencionada, el H2 debe producirse en las superficies de granos de polvo interestelar de Carbono y Silicio, con diámetros ~ 1 nm — μm, relativamente abundantes en estas nubes.
Experimentos muy recientes de desorción programada sobre silicatos ultrafríos, demuestran que tal recombinación ocurren realmente vía el mecanismo de Langmuir-Hinshelwood, si bien los modelos que expliquen las concentraciones de H2 aún deben ser mejorados.
Por otro lado, ciertas regiones de las nubes en etapas libres de condensación estelar presentan grados de ionización ~ 10-8 – 10-7 a temperaturas de ~ 10 K. La ionización inicial corresponde principalmente al H2 para formar H2 +, que reacciona eficientemente con H2, dando H3 + + H (k = 2• 10-9 cm3 • s-1.
El H3, de estructura triangular, no reacciona con H2 y resulta por ello muy “estable” y abundante en esas regiones de Nebulosas intelestelares, donde ha sido detectado mediante sus absorciones infrarrojas caracterizadas por primera vez en 1980 en descargas de H2 en Laboratorio.
La constelación de Orión contiene mucho más de lo que se puede ver, ahí están presentes los elementos que como el H2 que venimos mencionando, tras procesos complejos y naturales llegan a conseguir otras formaciones y dan lugar a la parición de moléculas significativas como el H2O o HCN y una gran variedad de Hidrocarburos, que podrían contribuir a explicar en un futuro próximo, hasta el origen de la vida.
¿Las Nebulosas? ¡Mucho más que simple gas y polvo!
La detección por espectroscopia infrarroja de COH+ y N2H+, formados en reacciones con H3 + a partir de CO y N2, permite estimar la proporción de N2/CO existente en esas regiones, ya que el N2 no emite infrarrojos. Descargas de H2 a baja presión con trazas de las otras especies en Laboratorio conducen casi instantáneamente a la aprición de tales iones y moléculas, y su caracterización puede contribuir a la comprensión de este tipo de procesos.
Así amigos míos, hemos llegado a conocer (al menos en parte), algunos de los procesos asombrosos que se producen continuamente en el Espacio Interestelar, en esa Nebulosas que, captadas por el Hubble u otros telescopios, miramos asombrados maravilándonos de sus colores que, en realidad, llevan mensajes que nos están diciendo el por qué se producen y que elementos son los causantes de que brillen deslumbrantes cuando la radiación estelar choca de lleno en esas nubes en la que nacen las estrellas y los nuevos mundos…y, si me apuráis un poco, también la vida.
emilio silvera
Es evidente que el estímulo para la expansión evolutiva del cerebro obedeció a diversas necesidades de adaptación como puede ser el incremento de la complejidad social de los grupos de homínidos y de sus relaciones interpersonales, así como la necesidad de pensar para buscar soluciones a problemas surgidos por la implantación de sociedades más modernas cada vez. Estas y otras muchas razones fueron las claves para que la selección natural incrementara ese prodigioso universo que es el cerebro humano.
Claro que, para levantar cualquier edificio, además de un estímulo para hacerlo se necesitan los ladrillos específicos con las que construirlo y la energía con la que mantenerlo funcionando.
La evolución rápida del cerebro no solo requirió alimentos de una elevada densidad energética y abundantes proteínas, vitaminas y minerales; el crecimiento del cerebro necesitó de otro elemento fundamental:
Un aporte adecuado de ácidos grasos poliinsaturados de larga cadena, que son componentes fundamentales de las membranas de las neuronas, las células que hacen funcionar nuestro cerebro.
Nuestro organismo, como ya he señalado, es incapaz de sintetizar en el hígado suficiente cantidad de estos ácidos grasos; tiene que conseguirlos mediante la alimentación. Estos ácidos grasos son abundantes en los animales y en especial en los alimentos de origen acuático (peces, moluscos, crustáceos). Por ello, algunos especialistas consideran que la evolución del cerebro no pudo ocurrir en cualquier parte del mundo y, por lo tanto, requirió un entorno donde existiera una abundancia de estos ácidos grasos en la dieta: un entorno acuático.
Los lípidos tienen un gran papel en el desarrollo del cerebro y la Mente
El cerebro humano contiene 600 gramos de estos lípidos tan especiales imprescindibles para su función. Entre estos lípidos destacan los ácidos grasos araquidónico (AA, 20:4 W-6) y docosahexanoico (D H A, 22:6 W-3); entre los dos constituyen el noventa por 100 de todos los ácidos grasos poliinsaturados de larga cadena en el cerebro humano y en el resto de los mamíferos.
Icono conmemorativo del Primer Concilio de Nicea
Los cristianos calculaban la edad del mundo consultando las cronologías bíblicas de los nacimientos y muertes de los seres humanos, agregando los “engendrados”, como decían ellos. Este fue el método de Eusebio que presidió el Concilio de Nicea convocado por el emperador Constantino en 325 d. C. para definir la doctrina cristiana, y quien estableció que habían pasado 3.184 años entre Adan y Abraham; de san Agustin de Hipona, que calculó la fecha de la Creación en alrededor del 5500 a.C.; de Kepler, que la fechó en 3993 a.C.; y de Newton, que llegó a una fecha sólo cinco años anterior a la de Kepler. Su apoteosis llegó en el siglo XVII, cuando James Ussher, obispo de Armagh, Irlanda, llegó a la conclusión de que “el comienzo del tiempo… se produjo al comienzo de la noche que precedió al día 23 de octubre del año… 4004 a.C.”.
Pasado el tiempo, la exactitud de Ussher le convirtió en el blanco de las burlas de muchos eruditos modernos, pero, a pesar de todos sus absurdos, su enfoque -y, más en general, el enfoque cristiano de la historiografía- hizo más para estimular la investigación científica del pasado que el altanero pesimismo de los griegos. Al difundir la idea de que el universo tuvo un comienzo en erl tiempo y que, por lo tanto, la edad de la Tierra era finita y medible, los cronólogos cristianos montaron sin saberlo el escenario para la época de estudio científico de la cronología que siguió.
Georges Louis Leclerc, Conde de Buffon (Montbard, 7 de septiembre de 1707 – París, 16 de abril de 1788) fue un naturalista, botánico, matemático, biólogo, cosmólogo y escritor francés.
Claro que, la diferencia estaba en que los científicos no estudiaban las Escrituras, sino las piedras. Así fué como el naturalista que arriba podeis ver, expresaba el credo de los geólogos en 1778:
““Así como en la historia civil consultamos documentos, estudiamos medallones y desciframos antiguas inscripciones, a fin de establecer las épocas de las revoluciones humanas y fijar las fechas de los sucesos morales, así también en la historia natural debemos excavar los archivos del mundo, extraer antiguas reliquias de las entrañas de la tierra [y] reunir sus fragmentos… Este es el único modo de fijar ciertos puntos en la inmensidad del espacio, y colocar una serie de mojones en el camino eterno del tiempo.”
Abraham Gottlob Werner (1749 o 1750–1817) fue un científico alemán.
Entre los primeros que aprendieron a leer el lenguaje de las piedras estaban Abraham Gottlob, un geólo alemán, y William Smith, un inglés inspector de canales e ingeniero asesor que colaboró en la excavación del canal del carbón de Somersetshire en 1793, Werner observó que los mismos estratos podían hallarse en el mismo orden en lugares muy alejados unos de otros, lo cual indicaba que el mecanismo que los había formado había operado a gran escala. Esto implicaba que los estratos locales podían brindar elementos de juicio sobre cómo había cambiado el planeta como un todo. Smith, por su parte, observó que los estratos -dispuestos, según sus palabras, como “rebanadas de pan con mantequilla”- no sólo podían ser identificados por su composición total, sino también por las diversas clases de fósiles que contenían.
¿Son los fósiles un exponente universal de la evolución? ¿Cuál es el verdadero mensaje del registro estratigráfico de la tierra y de los fósiles incorporados en el mismo? El registro fósil podría ser la piedra de toque de la teoría de la evolución.
Grabado de la histórica monografía de William Smith, 1815, que dio impulso a la práctica de la correlación de estratos por los fósiles que contienen.
A partir de aquí la búsqueda de huellas del pasado se convirtió en una actividad desaforada y el registro fósil pronto empezó a ofrecer testimonio de seres que ya no se encontraban en el mundo actual. La ausencia de sus equivalentes vivos era un reto a los defensores de la versión bíblica de la historia, que afirmaba, basándose en las Escrituras, que todos los animales fueron creados al mismo tiempo y que ninguna especie se había extinguido desde entonces. A medida que pasaron los años se exploraron cada vez más profundamente las soledades del mundo y las listas de las especies que faltabn era cada vez más larga; George Cuvier, el zoólogo francés que fundó la ciencia de la paleontología, en 1801 había identificado veintitres especies de animales extinguidos en el registro fósil, y la palabra “extinguido” empezó a sonar como una campana que toca a muerto en la literatura científica y las salas universitarias. Ha seguido tocando a muerto desde entonces, y hoy se admite que el 99 por 100 de todas las especies que han vivído sobre la Tierra han desaparecido.
Casi igualmente problemática para los interpretes cristianos de la Historia de la Tierra fue la desconcertante variedad de especies vivientes que los biólogos descubrían en sus laboratorios y los naturalistas al explorar las junglas de África, América del Sul y el sureste de Asia. Algunas, como los escarabajos subtropicales gigantes que mordieron al joven Darwin, eran dañinas; sus beneficios para la humanidad, para la que decía que Dios había hecho el mundo, no era evidente. Muchas eran las minúsculas que sólo podían ser detectadas con un microscopio; su papel en el plam de Dios no había sido previsto. Otras eran instintivamente inquietantes, y ninguna más que el orangután, cuyo nombre deriva de la voz malaya que significa “hombre salvaje”, y cuya mirada cálida yn casi íntima, al provenir de una especie muy cercana a la humana en la reserva genética de los primates, parecía burlarse de la pretensión de esta última de ser única.
Si se creía que ninguno de estos seres aparecía en las listas de pasajeros del Arca de Noé… ¿Qué hacían aquí? La ortodoxia religiosa se refugió temporalmente en el concepto de una “gran cadena del ser”. Éste sostenía que la jerarquía de los seres vivos, desde los más elementales microorganismos hasta los monos superiores y las grandes ballenas, habían sido creados por Dios simultáneamente, y que todos juntos formaban una maravillosa estructura, una montaña mágica, con los seres humanos en – o cerca de – su cúspide.
Es difícil sobrestimar la importancia de la gran cadena del ser en el pensamiento del siglo XVIII; figuraba en la estructura de la mayoría de las hipótesis científicas de la época. Pero la cadena no era más fuerte que su eslabón más débil; su mismo carácter completo era una prueba de la perfección de Dios y, por consiguiente, no podía haber ningún “eslabón perdido”. (El término adoptado luego por los evolucionistas proviene de aquí.) Como escribió: John Locke_
“En todo el mundo corpóreo visible no vemos simas o abismos. Toda la escala descendente a partir de nosotros es muy gradual, es una serie continua que en cada paso difiere muy poco del anterior. Hay peces que tienen alas y no son extraños al aire, y hay algunos pájaros que son habitantes del agua, cuya sangre es tan fría como la de los peces… Cuando consideramos el poder y la sabiduría infinitos del Hacedor, tenemos razones para pensar que es propio de la magnifica armonía del universo, y al gran designio e infinita bondad de su arquitecto, que las especies de seres asciendan, en suaves transiciones, desde nosotros hacia su infinita perfección, como vemos que descienden gradualmente a partir de nosotros.”
Ellos reinaron en nuestro mundo durante unos 150 millones de años. Nosotros hemos llegado aquí, como aquel que dice, antes de ayer pero, “racionales” al fin y al cabo, queremos dilucidar todo lo que, desde los comienzos, pudo pasar y, para ello, el mejor camino será el de la ciencia, ya que, la religión, no puede emitir veredictos fehacientes y, en lugar de basarse en las pruebas, lo hace en la fe que, desde luego, no ofrece ninguna garantía de que lo que afirma, sea lo que en realidad se ajuste a la historia que buscamos saber. Ya sabéis, aquel obispo decía que… “el comienzo del tiempo… se produjo al comienzo de la noche que precedió al día 23 de octubre del año… 4004 a.C.”.
El comienzo del Tiempo lo situamos en el Modelo del Big Bang, hace ahora 13.750 millones de años
Bueno, no me río pero no por falta de ganas sino por respeto hacia la persona que emitió aquellas palabras y, en consideración al tiempo y al contexto donde las mismas fueron pronunciadas. Lo penoso es que ahora, después de pasados algunos siglos, existan personas que siguen erre que erre insistiendo en los mismos errores. Parece que el tiempo no pasa para ellos y se aferran a unos argumentos “divinos” de trasnochados pensamientos que, alejados de la realidad científica sólo nos pueden conducir hacia la confusión.
emilio silvera
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