Las cosas de la Naturaleza que tratamos de comprender

Si pensamos que el Universo es igual en todas partes y que en todas sus regiones actúan las mismas fuerzas y constantes, y que, la Base de la Vida es el Carbono… ¡Poco nos podremos diferencias los seres de otros mundos y los de la Tierra!

Hace algún tiempo que salió la noticia en los medios: “Un equipo de científicos europeos, entre ellos investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha hecho públicos los resultados de 30 años de investigación sobre la estrella hipergigante HR 8752, que han revelado el eslabón perdido en la evolución de este tipo de astros.Concretamente, han descubierto que, la región inestable conocida como Vacío Evolutivo Amarillo, puede cambiar profundamente la evolución de una estrella ya que, en estas tres décadas, HR 8752 ha aumentado de forma espectacular su temperatura superficial en 3.000 Kelvin (K) a su paso por esta región.”

Los resultados obtenidos venían a desvelar algunos misterios que antes, no tenían explicación.

“Comparación entre los tamaños del Sol y VY Canis Majoris, una hipergigante. Se trata de la estrella roja más grande conocida. Cuando miramos la reseña de este tipo de estrellas, en casi cualquier sitio que podamos mirar nos dicen algo parecido a esto:

“Una hipergigante (hypergiant en inglés) es una estrella excepcionalmente grande y masiva, incluso mayor que una supergigante. Su masa puede ser de hasta 1000 veces la masa de nuestro Sol, próxima al límite máximo teórico, el cual establece que la cantidad de masa en una estrella no puede exceder las 120 M_☉ (masas solares). Este límite en masa está asociado a la luminosidad de Eddington, por el que estrellas más masivas simplemente no pueden estar en equilibrio al vencer la presión de radiación interna a la fuerza gravitacional: producirían tanta energía que se desprenderían de la masa en exceso de las 120 M_☉. Aun así, algunas hipergigantes aparentan tener más de 100 M_☉ e, inclusive, haber tenido, inicialmente, entre 200 y 250 M_☉, al contrario de lo que predicen las teorías actuales sobre la formación y evolución estelar.”

En el centro del átomo se encuentra un pequeño grano compacto aproximadamente 100.000 veces más pequeño que el propio átomo: el núcleo atómico. Su masa, e incluso más aún su carga eléctrica, determinan las propiedades del átomo del cual forma parte. Debido a la solidez del núcleo parece que los átomos, que dan forma a nuestro mundo cotidiano, son intercambiables entre sí, e incluso cuando interaccionan entre ellos para formar sustancias químicas (los elementos). Pero el núcleo, a pesar de ser tan sólido, puede partirse. Si dos átomos chocan uno contra el otro con gran velocidad podría suceder que los núcleos llegaran a chocar entre sí y entonces, o bien se rompen en trozos, o se funden liberando en el proceso partículas subnucleares. La nueva física de la primera mitad del siglo XX estuvo dominada por los nuevos acertijos que estas partículas planteaban.

Pero tenemos la mecánica cuántica; ¿es que no es aplicable siempre?, ¿cuál es la dificultad? Desde luego, la mecánica cuántica es válida para las partículas subatómicas, pero hay más que eso. Las fuerzas con que estas partículas interaccionan y que mantienen el núcleo atómico unido son tan fuertes que las velocidades a las que tienen que moverse dentro y fuera del núcleo están cerca de la velocidad de la luz, c, que es de 299.792’458 Km/s. Cuando tratamos con velocidades tan altas se necesita una segunda modificación a las leyes de la física del siglo XIX; tenemos que contar con la teoría de la relatividad especial de Einstein.

Esta teoría también fue el resultado de una publicación de Einstein de 1905. en esta teoría quedaron sentadas las bases de que el movimiento y el reposo son conceptos relativos, no son absolutos, como tampoco habrá un sistema de referencia absoluto con respecto al cual uno pueda medir la velocidad de la luz.

Pero había más cosas que tenían que ser relativas. En este teoría, la masa y la energía también dependen de la velocidad, como lo hacen la intensidad del campo eléctrico y del magnético. Einstein descubrió que la masa de una partícula es siempre proporcional a la energía que contienen, supuesto que se haya tenido en cuenta una gran cantidad de energía en reposo de una partícula cualquiera, como se denota a continuación:

E = mc²

Como la velocidad de la luz es muy grande, esta ecuación sugiere que cada partícula debe almacenar una cantidad enorme de energía, y en parte esta predicción fue la que hizo que la teoría de la relatividad tuviese tanta importancia para la física (¡y para todo el mundo!). Para que la teoría de la relatividad también sea autoconsistente tiene que ser holista, esto es, que todas las cosas y todo el mundo obedezcan a las leyes de la relatividad. No son sólo los relojes los que se atrasan a grandes velocidades, sino que todos los procesos animados se comportan de la forma tan inusual que describe esta teoría cuando nos acercamos a la velocidad de la luz. El corazón humano es simplemente un reloj biológico y latirá a una velocidad menor cuando viaje en un vehículo espacial a velocidades cercanas a la de la luz. Este extraño fenómeno conduce a lo que se conoce como la “paradoja de los gemelos”, sugerida por Einstein, en la que dos gemelos idénticos tienen diferente edad cuando se reencuentran después de que uno haya permanecido en la Tierra mientras que el otro ha viajado a velocidades relativistas.

Einstein comprendió rápidamente que las leyes de la gravedad también tendrían que ser modificadas para que cumplieran el principio relativista.

La formulación de newton es bien conocida, en la segunda imagen que se representan en este esquema dos partículas que se acercan entre sí siguiendo un movimiento acelerado. La interpretación newtoniana supone que el espacio-tiempo es llano y que lo que provoca la curvatura de las líneas de universo es la fuerza de interacción gravitatoria entre ambas partículas. Por el contrario, la interpretación einsteiniana supone que las líneas de universo de estas partículas son geodésicas (“rectas”), y que es la propia curvatura del espacio tiempo lo que provoca su aproximación progresiva.

Para poder aplicar el principio de la relatividad a la fuerza gravitatoria, el principio tuvo que ser extendido de la siguiente manera: no sólo debe ser imposible determinar la velocidad absoluta del laboratorio, sino que también es imposible distinguir los cambios de velocidad de los efectos de una fuerza gravitatoria.

Einstein comprendió que la consecuencia de esto era que la gravedad hace al espacio-tiempo lo que la humedad a una hoja de papel: deformar la superficie con desigualdades que no se pueden eliminar. Hoy en día se conocen muy bien las matemáticas de los espacios curvos, pero en el época de Einstein el uso de estas nociones matemáticas tan abstractas para formular leyes físicas era algo completamente nuevo, y le llevó varios años encontrar la herramienta matemática adecuada para formular su teoría general de la relatividad que describe cómo se curva el espacio en presencia de grandes masas como planetas y estrellas.

Einstein tenía la idea en su mente desde 1907 (la relatividad especial la formuló en 1905), y se pasó 8 años buscando las matemáticas adecuadas para su formulación.

Leyendo el material enviado por un amigo al que pidió ayuda, Einstein quedó paralizado. Ante él, en la primera página de una conferencia dada ante el Sindicato de Carpinteros, 60 años antes por un tal Riemann, tenía la solución a sus desvelos: el tensor métrico de Riemann, que le permitiría utilizar una geometría espacial de los espacios curvos que explicaba su relatividad general.

Desde que se puso en órbita el telescopio espacial de rayos gamma Fermi, el 11 de junio de 2008, ha detectado poblaciones enteras de objetos nunca antes vistos. El último hallazgo de Fermi afecta al púlsar J1823-3021A, avistado en 1994 con el radiotelescopio Lovell, en Inglaterra. Un equipo internacional de expertos se ha dado cuenta de que esta estrella pulsante emite rayos gamma y gracias a Fermi ha podido caracterizar sus inusuales propiedades. Los resultados de su investigación se publican en el último número de Science. Lo cierto es que han descubierto el púlsar de milisegundos más joven y con la fuerza magnética más potente

No está mal que en este punto recordemos la fuerza magnética y gravitatoria que nos puede ayudar a comprender mejor el comportamiento de las partículas subatómicas.

El electromagnetismo, decíamos al principio, es la fuerza con la cual dos partículas cargadas eléctricamente se repelen (si sus cargas son iguales) o se atraen (si tienen cargas de signo opuesto).

La interacción magnética es la fuerza que experimenta una partícula eléctricamente cargada que se mueve a través de un campo magnético. Las partículas cargadas en movimiento generan un campo magnético como, por ejemplo, los electrones que fluyen a través de las espiras de una bobina.

Las fuerzas magnéticas y eléctricas están entrelazadas. En 1873, James Clerk Maxwell consiguió formular las ecuaciones completas que rigen las fuerzas eléctricas y magnéticas, descubiertas experimentalmente por Michael Faraday. Se consiguió la teoría unificada del electromagnetismo que nos vino a decir que la electricidad y el magnetismo eran dos aspectos de una misma cosa.

La interacción es universal, de muy largo alcance (se extiende entre las estrellas), es bastante débil. Su intensidad depende del cociente entre el cuadrado de la carga del electrón y 2hc (dos veces la constante de Planck por la velocidad de la luz). Esta fracción es aproximadamente igual a 1/137’036…, o lo que llamamos α y se conoce como constante de estructura fina.

En general, el alcance de una interacción electromagnética es inversamente proporcional a la masa de la partícula mediadora, en este caso, el fotón, sin masa.

También antes hemos comentado sobre la interacción gravitatoria de la que Einstein descubrió su compleja estructura y la expuso al mundo en 1915 con el nombre de teoría general de la relatividad, y la relacionó con la curvatura del espacio y el tiempo. Sin embargo, aún no sabemos cómo se podrían reconciliar las leyes de la gravedad y las leyes de la mecánica cuántica (excepto cuando la acción gravitatoria es suficientemente débil).

La teoría de Einstein nos habla de los planetas y las estrellas del cosmos. La teoría de Planck, Heisemberg, Schrödinger, Dirac, Feynman y tantos otros, nos habla del comportamiento del átomo, del núcleo, de las partículas elementales en relación a estas interacciones fundamentales. La primera se ocupa de los cuerpos muy grandes y de los efectos que causan en el espacio y en el tiempo; la segunda de los cuerpos muy pequeños y de su importancia en el universo atómico. Cuando hemos tratado de unir ambos mundos se produce una gran explosión de rechazo. Ambas teorías son (al menos de momento) irreconciliables.

• La interacción gravitatoria actúa exclusivamente sobre la masa de una partícula.
• La gravedad es de largo alcance y llega a los más lejanos confines del universo conocido.
• Es tan débil que, probablemente, nunca podremos detectar esta fuerza de atracción gravitatoria entre dos partículas elementales. La única razón por la que podemos medirla es debido a que es colectiva: todas las partículas (de la Tierra) atraen a todas las partículas (de nuestro cuerpo) en la misma dirección.

La partícula mediadora es el hipotético gravitón. Aunque aún no se ha descubierto experimentalmente, sabemos lo que predice la mecánica cuántica: que tiene masa nula y espín 2.

La ley general para las interacciones es que, si la partícula mediadora tiene el espín par, la fuerza entre cargas iguales es atractiva y entre cargas opuestas repulsiva. Si el espín es impar (como en el electromagnetismo) se cumple a la inversa.

Pero antes de seguir profundizando en estas cuestiones hablemos de las propias partículas subatómicas, para lo cual la teoría de la relatividad especial, que es la teoría de la relatividad sin fuerza gravitatoria, es suficiente.

Si viajamos hacia lo muy pequeño tendremos que ir más allá de los átomos, que son objetos voluminosos y frágiles comparados con lo que nos ocupará a continuación: el núcleo atómico y lo que allí se encuentra. Los electrones, que ahora vemos “a gran distancia” dando vueltas alrededor del núcleo, son muy pequeños y extremadamente robustos. El núcleo está constituido por dos especies de bloques: protones y neutrones. El protón (del griego πρώτος, primero) debe su nombre al hecho de que el núcleo atómico más sencillo, que es el hidrógeno, está formado por un solo protón. Tiene una unidad de carga positiva. El neutrón recuerda al protón como si fuera su hermano gemelo: su masa es prácticamente la misma, su espín es el mismo, pero en el neutrón, como su propio nombre da a entender, no hay carga eléctrica; es neutro.

La masa de estas partículas se expresa en una unidad llamada mega-electrón-voltio o MeV, para abreviar. Un MeV, que equivale a 10⁶ electrón-voltios, es la cantidad de energía de movimiento que adquiere una partícula con una unidad de carga (tal como un electrón o un protón) cuando atraviesa una diferencia de potencial de 10⁶ (1.000.000) voltios. Como esta energía se transforma en masa, el MeV es una unidad útil de masa para las partículas elementales.

La mayoría de los núcleos atómicos contienen más neutrones que protones. Los protones se encuentran tan juntos en el interior de un núcleo tan pequeño que se deberían repeles entre sí fuertemente, debido a que tienen cargas eléctricas del mismo signo. Sin embargo, hay una fuerza que los mantiene unidos estrechamente y que es mucho más potente e intensa que la fuerza electromagnética: la fuerza o interacción nuclear fuerte, unas 10² veces mayor que la electromagnética, y aparece sólo entre hadrones para mantener a los nucleones confinados dentro del núcleo. Actúa a una distancia tan corta como 10^{-15 metros, o lo que es lo mismo, 0’000000000000001 metros.}

La interacción fuerte está mediada por el intercambio de mesones virtuales, 8 gluones que, como su mismo nombre indica (glue en inglés es pegamento), mantiene a los protones y neutrones bien sujetos en el núcleo, y cuanto más se tratan de separar, más aumenta la fuerza que los retiene, que crece con la distancia, al contrario que ocurre con las otras fuerzas.

La luz es una manifestación del fenómeno electromagnético y está cuantizada en “fotones”, que se comportan generalmente como los mensajeros de todas las interacciones electromagnéticas. Así mismo, como hemos dejado reseñado en el párrafo anterior, la interacción fuerte también tiene sus cuantos (los gluones). El físico japonés Hideki Yukawa (1907 – 1981) predijo la propiedad de las partículas cuánticas asociadas a la interacción fuerte, que más tarde se llamarían piones. Hay una diferencia muy importante entre los piones y los fotones: un pión es un trozo de materia con una cierta cantidad de “masa”. Si esta partícula está en reposo, su masa es siempre la misma, aproximadamente 140 MeV, y si se mueve muy rápidamente, su masa parece aumentar en función E = mc². Por el contrario, se dice que la masa del fotón en reposo es nula. Con esto no decimos que el fotón tenga masa nula, sino que el fotón no puede estar en reposo. Como todas las partículas de masa nula, el fotón se mueve exclusivamente con la velocidad de la luz, 299.792’458 Km/s, una velocidad que el pión nunca puede alcanzar porque requeriría una cantidad infinita de energía cinética. Para el fotón, toda su masa se debe a su energía cinética.

Los físicos experimentales buscaban partículas elementales en las trazas de los rayos cósmicos que pasaban por aparatos llamados cámaras de niebla. Así encontraron una partícula coincidente con la masa que debería tener la partícula de Yukawa, el pión, y la llamaron mesón (del griego medio), porque su masa estaba comprendida entre la del electrón y la del protón. Pero detectaron una discrepancia que consistía en que esta partícula no era afectada por la interacción fuerte, y por tanto, no podía ser un pión. Actualmente nos referimos a esta partícula con la abreviatura μ y el nombre de muón, ya que en realidad era un leptón, hermano gemelo del electrón, pero con 200 veces su masa.

Antes de seguir veamos las partículas elementales de vida superior a 10^-20 segundos que eran conocidas en el año 1970.

Para cada leptón y cada barión existe la correspondiente antipartícula, con exactamente las mismas propiedades a excepción de la carga que es la contraria. Por ejemplo, el antiprotón se simboliza con  y el electrón con e⁺. Los mesones neutros son su propia antipartícula, y el π⁺ es la antipartícula del π^–, al igual que ocurre con k⁺ y k^–. El símbolo de la partícula es el mismo que el de su antipartícula con una barra encima. Las masas y las vidas medias aquí reflejadas pueden estar corregidas en este momento, pero de todas formas son muy aproximadas.

Los símbolos que se pueden ver algunas veces, como s (extrañeza) e i (isoespín) están referidos a datos cuánticos que afectan a las partículas elementales en sus comportamientos.

Debo admitir que todo esto tiene que sonar algo misterioso. Es difícil explicar estos temas por medio de la simple palabra escrita sin emplear la claridad que transmiten las matemáticas, lo que, por otra parte, es un mundo secreto para el común de los mortales, y ese lenguaje es sólo conocido por algunos privilegiados que, mediante un sistema de ecuaciones pueden ver y entender de forma clara, sencilla y limpia, todas estas complejas cuestiones.

Si hablamos del espín (o, con más precisión, el momento angular, que es aproximadamente la masa por el radio por la velocidad de rotación) se puede medir como un múltiplo de la constante de Planck, h, dividido por 2π. Medido en esta unidad y de acuerdo con la mecánica cuántica, el espín de cualquier objeto tiene que ser o un entero o un entero más un medio. El espín total de cada tipo de partícula – aunque no la dirección del mismo – es fijo.

El electrón, por ejemplo, tiene espín ½. Esto lo descubrieron dos estudiantes holandeses, Samuel Gondsmit (1902 – 1978) y George Uhlenbeck (1900 – 1988), que escribieron sus tesis conjuntamente sobre este problema en 1972. Fue una idea audaz que partículas tan pequeñas como los electrones pudieran tener espín, y de hecho, bastante grande. Al principio, la idea fue recibida con escepticismo porque la “superficie del electrón” se tendría que mover con una velocidad 137 veces mayor que la de la luz, lo cual va en contra de la teoría de la relatividad general en la que está sentado que nada en el universo va más rápido que la luz, y por otra parte, contradice E=mc², y el electrón pasada la velocidad de la luz tendría una masa infinita.

Hoy día, sencillamente, tal observación es ignorada, toda vez que el electrón carece de superficie.

Las partículas con espín entero se llaman bosones, y las que tienen espín entero más un medio se llaman fermiones. Consultado los valores del espín en la tabla anterior podemos ver que los leptones y los bariones son fermiones, y que los mesones y los fotones son bosones. En muchos aspectos, los fermiones se comportan de manera diferente de los bosones. Los fermiones tienen la propiedad de que cada uno de ellos requiere su propio espacio: dos fermiones del mismo tipo no pueden ocupar o estar en el mismo punto, y su movimiento está regido por ecuaciones tales que se evitan unos a otros. Curiosamente, no se necesita ninguna fuerza para conseguir esto. De hecho, las fuerzas entre los fermiones pueden ser atractivas o repulsivas, según las cargas. El fenómeno por el cual cada fermión tiene que estar en un estado diferente se conoce como el principio de exclusión de Pauli. Cada átomo está rodeado de una nube de electrones, que son fermiones (espín ½). Si dos átomos se aproximan entre sí, los electrones se mueven de tal manera que las dos nubes se evitan una a otra, dando como resultado una fuerza repulsiva. Cuando aplaudimos, nuestras manos no se atraviesan pasando la uno a través de la otra. Esto es debido al principio de exclusión de Pauli para los electrones de nuestras manos que, de hecho, los de la izquierda rechazan a los de la derecha.

En contraste con el característico individualismo de los fermiones, los bosones se comportan colectivamente y les gusta colocarse todos en el mismo lugar. Un láser, por ejemplo, produce un haz de luz en el cual muchísimos fotones llevan la misma longitud de onda y dirección de movimiento. Esto es posible porque los fotones son bosones.

Cuando hemos hablado de las fuerzas fundamentales que, de una u otra forma, interaccionan con la materia, también hemos explicado que la interacción débil es la responsable de que muchas partículas y también muchos núcleos atómicos exóticos sean inestables. La interacción débil puede provocar que una partícula se transforme en otra relacionada, por emisión de un electrón y un neutrino. Enrico Fermi, en 1934, estableció una fórmula general de la interacción débil, que fue mejorada posteriormente por George Sudarshan, Robert Marschak, Murray Gell-Mann, Richard Feynman y otros. La fórmula mejorada funciona muy bien, pero se hizo evidente que no era adecuada en todas las circunstancias.

Uno de los protones se transmuta en un neutrón por medio de la interacción débil, transformando un quark “up”, en “down”. Este proceso consume energía (el neutrón tiene ligeramente más masa que..

En 1970, de las siguientes características de la interacción débil sólo se conocían las tres primeras:

• La interacción actúa de forma universal sobre muchos tipos diferentes de partículas y su intensidad es aproximadamente igual para todas (aunque sus efectos pueden ser muy diferentes en cada caso). A los neutrinos les afecta exclusivamente la interacción débil.
• Comparada con las demás interacciones, ésta tiene un alcance muy corto.
• La interacción es muy débil. Consecuentemente, los choques de partículas en los cuales hay neutrinos involucrados son tan poco frecuentes que se necesitan chorros muy intensos de neutrinos para poder estudiar tales sucesos.
• Los mediadores de la interacción débil, llamados W⁺, W^– y Z⁰, no se detectaron hasta la década de 1980. al igual que el fotón, tienen espín 1, pero están eléctricamente cargados y son muy pesados (esta es la causa por la que el alcance de la interacción es tan corto). El tercer mediador, Z⁰, que es responsable de un tercer tipo de interacción débil que no tiene nada que ver con la desintegración de las partículas llamada “corriente neutra”, permite que los neutrinos puedan colisionar con otras partículas sin cambiar su identidad.

A partir de 1970, quedó clara la relación de la interacción débil y la electromagnética (electrodébil de Weinberg-Salam).

La interacción fuerte (como hemos dicho antes) sólo actúa entre las partículas que clasificamos en la familia llamada de los hadrones, a los que proporciona una estructura interna complicada. Hasta 1972 sólo se conocían las reglas de simetría de la interacción fuerte y no fuimos capaces de formular las leyes de la interacción con precisión.

Como apuntamos, el alcance de esta interacción no va más allá del radio de un núcleo atómico ligero (10^{-13 cm aproximadamente).}

La interacción es fuerte. En realidad, la más fuerte de todas.

Lo dejaré aquí, en verdad, eso que el Modelo Estándar de la Física, es feo, complejo e incompleto y, aunque hasta el momento es una buena herramienta con la que trabajar, la verdad es que, se necesita un nuevo modelo más avanzado y que incluya la Gravedad.

Veremos que nos trae la nueva etapa del LHC.

emilio silvera

  ¡Inexorable paso del “Tiempo”! ¿Qué será el Tiempo?

“Dentro de miles de millones de años a partir de hoy , habrá un último día perfecto en la Tierra… Las capas de hielo Ártica y Antártica se fundirán, inundando las costas del mundo. Las altas temperaturas oceánicas liberarán más vapor de agua al aire, incrementando la nubosidad y escondiendo a la Tierra de la luz solar retrasando el final. Pero la evolución solar es inexorable.  Finalmente los océanos hervirán, la atmósfera se evaporará en el espacio y nuestro planeta será destruido por una catástrofe de proporciones que ni podemos imaginar.”

 

 

Eso nos decía Carl Sagan pensando en ese tiempo que llegará, nuestro Sol, agotado su combustible nuclear de fusión, se convierta primero en gigante roja y en enana blanca después. El Sol crecerá tanto que su esfera se hinchará como un gigantesco globo rojo hasta engullir a los planetas Mercurios y Venus quedando muy cerca de la Tierra.

 Lo único que sabemos es que con el transcurrir del Tiempo las cosas cambian, nada permanece ni es eterno, todo tiene un Principio y tendrá un Final, y, el Sol, amigos míos, no será ninguna excepción a esta máxima que impone el Universo por medio de la Entropía.

“Nadie sabe si las estrellas de quarks existen, pero se publicó en Science un artículo que muestra cómo distinguirlas de las estrellas de neutrones cuando están en un sistema binario y emiten radiación como un púlsar de milisegundos. Una estrella compacta en rápida rotación emite pulsos de radiación de forma periódica debido a su intenso campo magnético. Los sistemas binarios formados por dos púlsares han permitido verificar de forma indirecta la existencia de ondas gravitatorias gracias a la reducción de su periodo de emisión. Kent Yagi y Nicolás Yunes (Univ. Estatal de Montana, EEUU) afirman que las estrellas compactas en rotación rápida se deforman de forma diferente según su composición y que ello afecta a su emisión como púlsares.

El resultado es que el momento cuadripolar de la radiación de los púlsares binarios es diferente entre estrella de neutrones y estrellas de quarks. La variación del periodo de emisión de los púlsares de milisegundos además de permitir comprobar la validez de la relatividad general (Premio Nobel de Física de 1993) también podría permitir descubrir la existencia de las estrellas de quarks. Para ello habría que observar uno que violara, en apariencia, la relatividad general, pero que lo hiciera siguiendo las predicciones de este nuevo artículo. Toda una sorpresa para muchos. El artículo técnico es Kent Yagi, Nicolás Yunes, “I-Love-Q: Unexpected Universal Relations for Neutron Stars and Quark Stars,” Science 341: 365-368, 26 Jul 2013.”

  Paracelso y, “la ciencia” médica

En la Europa del siglo XVI el sentido común y la sabiduría popular, del mismo modo que antes se había interpuesto el hombre y los astros, obstruían la visión que este tenía de sí mismo y la exploración de cuerpos humanos.

En aquelos tiempos eran los “cirujanos” barberos los que curaban las heridas…

« ¿Qué nos trajo la arqueología?

¿Qué otras revoluciones de Física nos aguardan? »

 

 

Los viejos vestigios de lo que fue aún perduran y son la huella de aquel mundo que consiguió una cultura increíble

 

 

A partir del mundo Clásico

 

La Ciencia comenzó en la Grecia antigua clásica, y ahí es donde podemos comenzar a seguir de la pista que nos conduce hasta nuestras ideas actuales sobre la energía de la vida. Los griegos fueron unos pensadores asombrosamente creativos. Realmente es casi imposible describir claramente lo que los griegos pensaban sobre cualquier tema, porque siempre pensaban de manera muy diferente sobre la misma cosa, nunca estaban satisfechos y conjeturaban diferentes perspectivas que podrían ser, y sobre las mismas cosas discutían, siendo la mayoría sus posturas contradictorias, todos perseguían la verdad que esconde la Naturaleza y les llamaban filósofos naturales. La diversidad de ideas enriquecía los pensamientos que, en realidad, aunque por separado, todos trataban de llegar a esa verdad desconocida.

 

 

No podemos dejarlo así y, antes de seguir, habrá que reconocer que, muchos de los conocimientos que manejaban venían de pueblos y culturas anteriores y lejanas, incluso de los sumerios y babilonios, la China, Egipto, la India, Persia…

 

 

Luego, los griegos se equivocaron estrepitosamente en relacion a muchas cosas. Y esto es en si mismo importante, porque durante casi dos mil años después de la caída de Atenas, los herederos intelectuales de Grecia en el mundo romano y el islámico, así como en la Europa Medieval y en la del Renacimiento, creyeron que todo lo que habían pensado los griegos era una verdad incuestionable. Las ideas de los sabios de Grecia sobre Filosofía, Ciencia y Medicina fueron asumidas con la misma admiración  e igual reverencia que las de Moisés, Jesús y Mahoma sobre religión y ética.

Actualmente sabemos que muchas de las “verdades” descubiertas por los griegos son “falsas”, pero la forma de sus ideas, el tipo de preguntas a las que respondían, y el modo en que procedieron para responderlas, han tenido una influencia fundamental en el desarrollo del conocimiento y los conceptos modernos. Si no fuera por el relativamente pequeño de pensadores de la Grecia Antigua y Clásica, la Ciencia, la Filosofía, y la cultura occidental. Tal como la conocemos ahora, no habría existido.

 

 

Empédocles (c.490 c.435 a. C.) fue uno de los mayores y mas completos sabios de todos los tiempos, un ejemplo de la enorme diversidad y creatividad de los pensadores de la Grecia Antigua. Nacido en una familia aristocrática de la ciudad-estado de Agrigento, Sicilia, colaboro en un golpe contra la oligarquía que gobernaba la ciudad y le ofrecieron la corona. Tras rehusar, estableció una Democracia y se convirtió el mismo en político. Sin embargo, en su tiempo libro, consiguió llegar a ser también uno de los mayores poetas, científico, filósofos, y médicos de la época. si esto no fuera suficiente, después del destierro y el exilio de su ciudad, se convirtió en profeta. La leyenda cosas increíbles de Empédocles que hoy dia, serian difíciles de admitir como ciertas.

 

Fuego, Agua, Tierra y Aire

Empédocles desarrollo la teoría de los cuatro elementos. Que ha sido calificada, por su popularidad y larga vigencia, como la teoría científica de más éxito que se ha formulado jamás, aunque, por supuesto, no era correcta pero, sin embargo, denotaba una intuición de lo que podría ser la realidad de la materia. El, hace más de 2000 años, ya nos hablaba de elementos al igual que Demócrito lo hizo de átomos.

 

 

 

La Teoría de Empédocles afirmaba que todo lo que existe en el Universo era una combinación de solo cuatro elementos (el refundió ideas anteriores de otros personajes que, como Tales decía que, el Universo estaba hecho básicamente de agua. Aniximandro nos decía que todo estaba conformado por una sustancia desconocida, Anaximandro decía que era el aire el material principal y Heraclito se refería al fuego como el elemento que todo lo transformaba. Empédocles planteo que no existía en absoluto una sustancia fundamental única, sino cuatro elementos (o “raíces”, como el los llamo): tierra, fuego, aire y agua que, mezclados en la debida proporción, conformaban todas las cosas del mundo. El hecho de tener cuatro elementos en lugar de uno era una ventaja, ya que resultaba obvio para cualquiera que el mundo estaba compuesto por una increíble diversidad de cosas. Y era difícil explicar dicha diversidad si todo estaba hecho de la misma sustancia única. También era difícil explicar como podía cambiar, si todo era, en esencia, lo mismo. Empédocles planteo que cada diferente de cosas tenia proporciones diferentes de los cuatro elementos, y además que cualquier cambio se debía al intercambio de algunos de sus elementos constituyentes. Por ejemplo, dijo que los huesos estaban compuestos de fuego, agua y tierra en la proporción 2:1:1 y la carne estaba compuesta de todos los elementos en proporciones iguales.

 

 

Hoy sabemos que todo aquello era una especie de premonición de lo que después seria, y, luego, no tenemos mas remedio que admirar el pensamiento de aquellos hombres sabios que, como Tales supo darse de la importancia que tenia el agua para la vida, de Demócrito que abr del átomo 2.000 años antes de que lo descubriera Rutherfortd y otros, y de los demás pensadores que de una u otra manera, nos dejaron el camino abierto para llegar a la meta del saber.

Sin embargo, la visión que Empédocles tenia del mundo difiere radicalmente de la visión moderna en mucho aspectos: el considero también estas dos fuerzas, el amor y el odio, en un sentido religioso, como una lucha entre el bien y el mal (identificando cada uno de los cuatro elementos con un dios diferente). Sin embargo, la religión es algo que, al tratarse de fe, tomo un camino divergente con el de la Ciencia que solo se puede asentar en la certeza. Y, desde luego, fue el sabio de Gracia Tales de Mileto el que, un dia, dejo de lado la mitología para emplear la lógica en sus postulados.

 

 

Los primeros pensadores (como Anaximedes) y los últimos (como Demócrito) adoptaron un punto de vista mas moderno que el de Empédocles, y, según el cual, una sustancia constituida por un amplio numero de pequeñas partículas separadas por el espacio vació, y la conversión de un liquido en gas no se debe a un cambio de elementos, sino que dichos elementos se alejan considerablemente unos de otros. Así, el hielo esta formado por moléculas de agua que se mantienen fuertemente unidad, mientras que el agua liquida esta formada por las mismas moléculas de agua, pero en este caso fluyen unas sobre otras, y el vapor, es decir, el agua totalmente evaporada, esta constituidas por las mismas moléculas de agua, pero muy alejadas entre si. –Leucipo y Demócrito (c.460-370 a.C.)- llevaron esta visión del mundo a su extremo mas materialista, tomando la teoría de Empédocles, despojándola de sus componentes religiosos, y añadiendo el vació.

Así, su punto de vista dejo establecido y consistía en afirmar que no existía nada en el mundo  salvo un gran numero de partículas diminutas (átomos) que se movían a traves del espacio vació y que todo lo conformaban bajo ciertas del estado de densidad y temperaturas dependiendo de las regiones en las que se encontraran, en cada momento, dichas partículas.

 

 

La Alquimia tiende un puente entre, por una parte las enseñanzas de la Grecia Antigua y de Roma, y por otra el nacimiento de la Ciencia Moderna en la Europa del siglo XVII. Aunque la investigación de los alquimistas había comenzado 2000 años antes en Alejandría, China y la India, en 1680 Isaac Newton dedicaba aún la mayor parte de su tiempo a este arte misterioso.

Claro que, si hablamos de Alquimía habrá que viajar más lejos, hacia atrás en el tiempo. Considerada una pseudo-ciencia, la alquimia se practicó aproximadamente el siglo IV a. C. hasta el surgimiento de la química y las ciencias naturales, a comienzos del XVII. Es cierto que, su época de esplendor se sitúa en la Europa medieval. Sin embargo, la verdadera historia de la Alquimia, nos dice que deberíamos irnos mucho más atrás en el tiempo.

A partir de la etapa final de la Edad Media se escribieron numerosos libros del denominado «Arte Hermético». La palabra alquimia, del árabe al-kimiya, cuyo significado es similar al de química, , sin embargo, una connotación distinta al concepto actual del término, ya que hace referencia a lo trascendental y espiritual.

Tres fueron los objetivos fundamentales perseguidos por los Alquimistas: La transformación de metales como el plomo y el cobre en metales preciosos como el oro y la plata. También perseguían crear sustancias curativas de todas las enfermedades y, no pocos de dicaron su esfuerzo a conseguir lo quellamaron el elixir de la inmortalidad.

              El Cinabrio, la Piedra filosofal o, el secreto de la !vida eterna!

Ya sabeis, la búsqueda de “La Piedra Filosofal”, la única sustancia capaz de conseguir la transmutación.La verdadera Piedra Filosofal es roja y, tenía sus virtudes que sólo eran conocidas por los alquimistas más expertos y que estaban en posesión de los secretos de la materia transmutada.

Faltaba mucho tiempo para que llegara la tecnología necesaria que les hiciera saber que la verdadera Alquimia natural se producía en las estrellas situadas en el Espacio Interestelar a muchos años-luz de distancia de la Tierra. Sin embargo, ellos, los alquimistas de épocas muy lejanas, buscaron con denuedo los secretos de la materia y creían, de manera firme en el elixir de la juventud y en la transmutación del plomo en oro.

Ellos no sabían que esa Alquimia soñada sólo podía ser hecha en los hornos nucleares de las estrellas. Allí, sí que se transmutan los elementos y, cuando al final mueren, esas explosiones que llamamos de supernovas, transmutan los materiales en oro y plantino a partir de otros más sencillos y menos valiosos pero, el elixir de la felicidad o la eterna juventud… ¡Qué cosas!

Pero, sabemos ¿cuál es el origen de la Alquimia? Es muy difícil contestar esa pregunta dando una y un lugar concretos; China, Egipto, Grecia y el Oriente Medio pudieran atribuirse, con el mismo derecho, la paternidad de la Alquimia. Así pues, parece aconsejable ceñirce a la tradición y remontar el arte hermético hasta el propio Hermes -quien fue un rey prefaraónico-, puesto que él le dio su nombre. Se le atribuyen varios tratados alquímicos, entre otros, la famosa Tabla esmeraldina, que es, sin duda, el resumen más conciso, si no el más claro, de la Gran Obra.

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                  La Tabla Esmeraldina

“Es verdad, sin mentira, cierto y muy verdadero. Lo que está abajo es como lo que está arriba, y lo que está arriba es como lo que está abajo, hacer los milagros de una sola cosa. Todas las cosas vinieron y vienen del Uno, y por mediación del Uno, así todas las cosas han nacido de cosa única por la adaptación. El Sol es el padre; la Luna, la madre; el viento la ha llevado en su vientre, la Tierra es su nodriza. El Padre de toda la Perfección de todo el mundo está aquí. Su potencia está entera si se convierte en tierra.

Separarás la tierra del fuego, lo sutil de lo espeso, suavemente, con gran cuidado. Subirá de la Tierra al Cielo y de bajará a la Tierra y recibirá la fuerza de las cosas superiores e inferiores. Por este medio, tendrás la gloria de todo el mundo, y por esto también, toda oscuridad huirá de ti. Es la fuerza de toda fuerza, pues vencerá todo lo sutil y penetrará todo lo sólido. Así se ha creado el mundo.

De ahí saldrán admirables adaptaciones, cuyo medio está aquí. Por eso he sido llamado Hermes Trismegisto, porque poseo las tres partes de la filosofía de todo el mundo. Lo que he dicho aquí de la operación del Sol, está cumplido y acabado.”

Según la leyenda, los soldados de Alejandro Magno encontraron dicho texto en lo más profundo de la gran pirámide de Gizeh, que sería el sepulcro de Hermes. Al parecer, este mismo empleó un diamante puntiagudo para grabar sobre una plaza de esmeralda -de aquí su nombre- las escasas líneas que componen la Tabla y que, arriba quedan reproducidas.

Pero bueno, esa es otra historia que tocara contar en próximo comentario. Por hoy aquí lo dejo.

emilio silvera.

En nuestro sistema solar la vida se desarrolló por primera vez sorprendentemente pronto tras la formación de un entorno terrestre hospitalario.  Hay algo inusual en esto. Según todos los datos de los que podemos disponer la edad de la Tierra data de hace unos 4.500 millones de años, y, los primeros signos de vida que han podido ser localizados fosilizados en rocas antiguas, tienen unos 3.800 millones de años, es decir, cuando la Tierra era muy joven ya apareció en ella la vida.

        Fósiles de más de 3.850 millones de años hallados en las rocas más antiguas del planeta

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.

           La imagen del cielo de Canarias nos puede servir para mostrar una atmósfera acogedora para la vida

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.

Es cierto que la realidad puede ser mucho más imaginativa de lo que nosotros podamos imaginar. ¿Habrá mundos con formas de vida basadas en el Silicio? Aunque me cuesta creerlo, también me cuesta negarlo toda vez que, la Naturaleza nos ha demostrado, muchas veces ya, que puede realizar cosas que a nosotros, nos parecen imposibles y, sin embargo, ahí está el salto cuántico… Por ejemplo.

Los biólogos, por ejemplo, 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 los estimaciones de la probabilidad de que haya inteligencias extraterrestres en el Universo se centran en formas de vida similares a nosotras que habiten en planetas parecidos a la Tierra y 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.

Hay una coincidencia o curiosidad adicional que existe entre el tiempo de evolución biológico y la astronomía.  Puesto que no es sorprendente que las edades de las estrellas típicas sean similares a la edad actual del Universo, hay también una aparente coincidencia entre la edad del Universo y el tiempo que ha necesitado para desarrollar formas de vida como nosotros.

       Para nosotros ha pasado mucho tiempo, y, sin embargo, para el Universo ha sido solo un instante

Si miramos retrospectivamente cuánto tiempo han estado en escena nuestros ancestros inteligentes (Homo sapiens) vemos que han sido sólo unos doscientos mil años, mucho menos que la edad del Universo, trece mil millones de años, o sea, menos de dos centésimos de la Historia del Universo.  Pero si nuestros descendientes se prolongan en el futuro indefinidamente, la situación dará la vuelta y cuando se precise el tiempo que llevamos en el Universo, se hablará de miles de millones de años.

Brandon Carter y Richard Gott han argumentado que esto parece hacernos bastante especiales comparados con observadores en el futuro muy lejano.

Podríamos imaginar fácilmente números diferentes para las constantes de la Naturaleza de forma tal que los mundos también serían distintos al planeta Tierra y, la vida no sería posible en ellos.  Aumentemos la constante de estructura fina más grande y no podrá haber átomos, hagamos la intensidad de la gravedad mayor y las estrellas agotarán su combustible muy rápidamente, reduzcamos la intensidad de las fuerzas nucleares y no podrá haber bioquímica, y así sucesivamente.

Hay cambios infinitesimales que seguramente podrían ser soportados sin notar cambios perceptibles, como por ejemplo en la vigésima cifra decimal de la constante de estructura fina.  Si el cambio se produjera en la segunda cifra decimal, los cambios serían muy importantes.  Las propiedades de los átomos se alteran y procesos complicados como el plegamiento de las proteínas o la replicación del ADN PUEDEN VERSE AFECTADOS DE MANERA ADVERSA. Sin embargo, para la complejidad química pueden abrirse nuevas posibilidades.  Es difícil evaluar las consecuencias de estos cambios, pero está claro que, si los cambios consiguen cierta importancia, los núcleos dejarían de existir, n se formarían células y la vida se ausentaría del planeta, siendo imposible alguna forma de vida.

Las constantes de la naturaleza ¡son intocables!

Ahora sabemos que el Universo tiene que tener miles de millones de años para que haya transcurrido el tiempo necesario par que los ladrillos de la vida sean fabricados en las estrellas y, la gravitación nos dice que la edad del Universo esta directamente ligada con otros propiedades como la densidad, temperatura, y el brillo del cielo.

Puesto que el Universo debe expandirse durante miles de millones de años, debe llegar a tener una extensión visible de miles de millones de años luz.  Puesto que su temperatura y densidad disminuyen a medida que se expande, necesariamente se hace frío y disperso.  Como hemos visto, la densidad del Universo es hoy de poco más que 1 átomo por M³ de espacio.  Traducida en una medida de las distancias medias entre estrellas o galaxias, esta densidad tan baja muestra por qué no es sorprendente que otros sistemas estelares estén tan alejados y sea difícil el contacto con extraterrestres.  Si existe en el Universo otras formas de vía avanzada, entonces, como nosotros, habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundos hasta alcanzar una fase tecnológica avanzada, entonces, como nosotros, habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundos hasta alcanzar una fase tecnológica avanzada.

La expansión del Universo es precisamente la que ha hecho posible que el alejamiento entre estrellas con sus enormes fuentes de radiación, no incidieran en las células orgánicas que más tarde evolucionarían hasta llegar a nosotras, diez mil millones de años de alejamiento continuado y el enfriamiento que acompaña a dicha expansión, permitieron que, con la temperatura ideal y una radiación baja los seres vivos continuaran su andadura en este planeta minúsculo, situado en la periferia de la galaxia que comparado al conjunto de esta, es solo una cuota de polvo donde unos insignificantes seres laboriosos, curiosos y osados, son conscientes de estar allí y están pretendiendo determinar las leyes, no ya de su mundo o de su galaxia, sino que su osadía ilimitada les lleva a pretender conocer el destino de todo el Universo.

En el contexto temporal del Universo, podemos ser insignificantes. Sin embargo, en nuestro ámbito natural, en el recorrido de nuestras vidas, podemos ser importantes para muchos.

Cuando a solas pienso en todo esto, la verdad es que no me siento nada insignificante y nada humilde ante la inmensidad del Cosmos. soy muy consciente de que, aunque una parte infinitesimal, ¡soy una parte de él!  Las estrellas pueden ser enormes y juntas, formar inmensas galaxias… pero no pueden pensar ni amar; no tienen curiosidad ni en ellas está el poder de ahondar en el porqué de las cosas, nosotros si podemos hacer todo eso y más. De todas las maneras, nsootros somos una parte esencial del universo: La que siente y observa, la que genera ideas y llega a ser consciente de que es, ¡la parte del universo que trata de comprender!

emilio silvera