« Conociendo el Universo

La primera interacción que puede ser considerada era la constante aniquilación y producción de electrones y positrones. Uno de los descubrimientos más famosos del siglo XX es la equivalencia entre la masa y la energía (E= m c²): bajo condiciones adecuadas, la energía se puede convertir en materia y viceversa. La conversión de energía en materia no se observa comúnmente en nuestro entorno porque éste es demasiado frío y no hay presión suficiente. Pero con las densidades y temperaturas que reinaban en el universo primitivo, esta conversión era el pan de cada día. Los fotones (g) se convertían en electrones (e^–) y positrones (e⁺) (proceso conocido como producción de pares). Estos fotones no podían producir partículas más pesadas (como nucleones por ejemplo) por no poseer suficiente energía. Los electrones y positrones terminarían por colisionar con sus respectivas antipartículas y convertirse de nuevo en fotones (a lo que nos referiremos como aniquilación)

La segunda interacción fue la conversión de protones en neutrones y viceversa. Esas partículas atómicas pesadas estaban ya presentes “en el principio” y estaban continuamente transmutándose una en otra mediante las siguientes reacciones:

“En el principio”, debido a la alta densidad de energía, las colisiones entre las partículas ocurrían de forma tan rápida que las reacciones de conversión de protones en neutrones y viceversa se equilibraban de tal manera, que su número, aunque pequeño, era muy aproximadamente el mismo.

Pero esa igualdad se rompió casi inmediatamente debido a que los neutrones son ligeramente más pesados que los protones. Por tanto, se necesita un poco más de energía para cambiar de un protón a un neutrón que viceversa. Al principio esto no tenía ninguna influencia porque había gran cantidad de energía en los alrededores. Pero como esta densidad de energía decrecía continuamente con la expansión, cada vez había menos energía disponible para cada colisión. Este hecho empezó a inclinar la balanza hacia la formación de protones, por lo que en número de protones empezó a ser mayor que el de neutrones y a medida que bajaba la temperatura la diferencia fue cada vez más notable.

Antes de alrededor de un minuto y cuarenta segundos desde el comienzo del tiempo,  no hay núcleos atómicos estables.  El nivel de energía en el ambiente es mayor que la energía de unión nuclear. Por consiguiente, todos los núcleos que se forman, se destruyen de rápidamente.

Alrededor de un segundo desde el comienzo del tiempo, llegamos a la época de desacoplamiento de los neutrinos.  Aunque en esa época el Universo es más denso que las orcas (y tan caliente como la explosión de una bomba de hidrógeno), ya ha empezado a parecer vacío a los neutrinos.  Puesto que los neutrinos sólo reaccionan a la fuerza débil, que tiene un alcance extremadamente corto, pueden escapar de sus garras y volar indefinidamente sin experimentar ninguna otra interacción.

Aunque parezca mentira, al día de hoy no sabemos, a ciencia cierta, como se formaron las galaxias, la expansión de Hubble lo habría impedido. ¿Qué había allí para hacerlo posible? ¿Quizás las sustancias cósmica que los clásicos griegos llamaron Ylem?

Así, emancipados, en lo sucesivo son libres de vagar por el Universo a su manera indiferente, volando a través de la mayor   de la materia como sino existiese. (Diez trillones de neutrinos atravesarán sin causar daños el cerebro y el cuerpo del lector en el tiempo que le lleve leer esta frase.  Y en el tiempo en que usted haya leído esta frase estarán más lejos que la Luna).

En menos de un siglo, el neutrino pasó de ser una partícula fantasma propuesta en 1930 por el físico austríaco Wolfgang Pauli (1900-1958), a explicar el balance de energía en una forma de radioactividad,  el llamado decaimiento beta, en una sonda capaz de escrutar el interior de estrellas y de la propia Tierra.

   Proto-cúmulos galácticos en el universo primitivo captados por los telescopios Planck y Herschel

De esa manera, oleadas de neutrinos liberados en un segundo después del big bang persiste aún después, formando una radiación cósmica de fondo de neutrinos semejante a la radiación de fondo de microondas producida por el desacoplamiento de los fotones.

Si estos neutrinos “cósmicos” (como se los llama para diferenciarlos de los neutrinos liberados más tarde por las supernovas) pudiesen ser observador por un telescopio de neutrinos de alguna clase, proporcionarían una visión directa del Universo cuando sólo tenía un segundo.

A medida que retrocedemos en el tiempo, el Universo se vuelve más denso y más caliente, y el nivel de  estructura que puede existir se hace cada vez más rudimentario.

Por supuesto, en ese tiempo, no hay moléculas, ni átomos, ni núcleos atómicos, y, a 10-⁶ (0.000001) de segundo después del comienzo del tiempo, tampoco hay neutrones ni protones.  El Universo es un océano de quarks libres y otras partículas elementales.

Si nos tomamos el de contarlos, hallaremos que por cada mil millones de anti-quarks existen mil millones y un quark.  asimetría es importante.  Los pocos quarks en exceso destinados a sobrevivir a la aniquilación general quark-anti-quark formaran todos los átomos de materia del Universo del último día.  Se desconoce el origen de la desigualdad; presumiblemente obedezca a la ruptura de una simetría materia antimateria en alguna etapa anterior.

Nos aproximamos a un tiempo en que las estructuras básicas de las leyes naturales, y no sólo las de las partículas y campos cuya conducta dictaban, cambiaron a medida que evolucionó el Universo.

La primera transición semejante se produjo en los 10^-11 de segundo después del comienzo del tiempo, cuando las funciones de las fuerzas débiles y electromagnéticas se regían por una sola fuerza, la electrodébil.  hay bastante energía ambiente para permitir la creación y el mantenimiento de gran de

bosones w y z.

En los 10^-35 de segundo desde el comienzo del tiempo, entramos en un ámbito en el que las cuerdas cósmicas son aún menos conocidas.  Si las grandes teorías unificadas son correctas, se produjo una ruptura de la simetría por la que la fuerza electronuclear unificada se escindió en las fuerzas electrodébil y las fuertes.  Si es correcta la teoría de la supersimetría, la transición puede haberse producido antes, había involucrado a la gravitación.

En el universo temprano la primera materia (hidrógeno y Helio) era llevada por la fuerza de gravedad a conformarse en grandes conglomerados de gas y polvo que interaccionaba, producían calor y formaron las primeras estrellas.

Elaborar una teoría totalmente unificada es tratar de comprender lo que ocurrió en ese tiempo remoto que, según los últimos estudios está situado entre 15.000 y 18.000 millones de años, cunado la perfecta simetría que, se pensaba, caracterizó el Universo, se hizo añicos para dar lugar a los simetrías rotas que hallamos a nuestro alrededor y que, nos trajo las fuerzas y constantes Universales que, paradójicamente, hicieron posible nuestra aparición para que , sea posible que, alguien como yo esté contando lo que pasó.

Pero hasta que no tengamos tal teoría no podemos esperar comprender lo que realmente ocurrió en ese Universo bebé.  Los límites de nuestras conjeturas actuales cuando la edad del Universo sólo es de 10^-43 de segundo, nos da la única respuesta de encontrarnos ante una puerta cerrada.

Del otro lado de esa puerta está la época de Planck, un tiempo en que la atracción gravitatoria ejercida por cada partícula era comparable en intensidad a la fuerza nuclear fuerte.

La fuerza nuclear fuerte hizo posible la existencia de los núcleos que atraían electrones para formar átomos

Así que, llegados a este punto podemos decir que la clave teórica que podría abrir esa puerta sería una teoría unificada que incluyese la gravitación, es decir, una teoría cuántica-gravitatoria que uniese, de una vez por todas, a Planck y Einstein que, aunque eran muy amigos, no parecen que sus teorías (la Mecánica Cuántica) y (la Relatividad General) se lleven de maravilla.

emilio silvera

La investigación rigurosa del pasado con el fin de descubrir las raíces humanas, la percepción y el estudio de las diferencias culturales, el interés por indagar los mecanismos profundos que gobiernan los sistemas económicos y sociales, e incluso el análisis del funcionamiento de la mente humana, surgieron y se desarrollaron en épocas relativamente recientes. Salvo la Psicología, que tiene  una original y larguísima y valiosa tradición en la India, las restantes ciencias sociales son una creación propia de de la cultura europea occidental, lo que no deja de llamar la tención de muchos estudiosos puesto que culturas milenarias con trayectorias prácticamente ininterrumpidas como la de China e India parecían las más adecuadas para que de ellas surgieran disciplinas como Historia, la Economía o la Sociología. Es curioso el indagar sobre la  génesis y los primeros logros de las ciencias que tienen como objeto el hombre y la sociedad que este ha creado.

                                            Hemos pasado de la tradición oral a las bibliotecas

Antes de la invención de la escritura, la cultura humana ya se había desarrollado extensamente en áreas tan variadas como las artes plásticas, la religión, , la agricultura, la poesía y las técnicas de la metalurgía, la alfarería y de la construcción. Nuestra especie, comenzó a crear Sociedades de convivencia que ganaron estadios superiores en áreas hasta entonces desconocidas.

Pero incluso después de que se generalizaran los escritos, la transmisión oral y la memorización de los acontecimientos continuaron siendo imprescindibles durante mucho tiempo, por lo que el cultivo y mejoramiento de la memoria humana fue una de las grandes preocupaciones de la Antigüedad.

                               Sutra del Diamante, hallado en la cueva de Dunhuang (China).

Es el documento impreso de fecha conocida más antiguo que se conserva. Fue realizado el 11 de mayo del año 871. La imprenta es un método mecánico destinado a reproducir textos e imágenes sobre papel, tela u otros materiales. En su forma clásica, consiste en aplicar una tinta, generalmente oleosa,  sobre unas piezas metálicas (tipos)para transferirla al papel por presión. Aunque comenzó como un método artesanal, su implantación trajo consigo una revolución cultural.

Muchos expertos estudiosos han sido los que han explicado el largo proceso de seguido por la Humanidad desde que empleo las antiguas técnicas de memorización  y recitación hasta la invención de la imprenta de tipos móviles, la producción masiva de libros  y su clasificación y conservación en extensas bibliotecas.

Culturas como la China, la Japonesa y la Coreana, fueron pioneras en la utilización de la imprenta, pero sería el europeo Gutenberg quien le dio el impulso definitivo que había de convertirla en la herramienta básica de la cultura moderna.

Del mito a la construcción del pasado histórico.

Sin embargo, hasta el siglo XV no aparecería un pionero que introdujera las primeras técnicas de lo que hoy conocemos como crítica histórica. En efecto, fue Lorenzo Valla quien utilizó por primera ves el conocimiento de la gramática histórica para descubrir anacronismos en documentos falsificados y quien aplicó el análisis filológico y del estilo para fijar autoría de libros y documentos.

Por otra parte, también durante los siglos y XV y XVI surgió el interés por el estudio de las ruinas, sobre todo las de Roma, aunque no fue hasta el XVIII, con la obra de Johann Joachim Winckelmann, que se sentaron las bases de la formación de la moderna arqueología: esta conocería durante esta centuria y la siguiente un espectacular desarrollo.

De la construcción del pasado al análisis del presente.

 Daniel J. Boorstin demuestra finalmente cómo el descubrimiento y la colonización americana fueron elementos fundamentales para que surgiera la Antropología y la Etnología y, con ellas,  ideas como la del origen común de toda la humanidad, a pesar de la diversidad racial y cultural.

Más propias de los siglos XVIII y XIX son la Economía, la Sociología y la Sicología , de las que Adam Smith, Jonh Graunt y Sigmund Freud fueron, más que precursores, auténticas fundadores. Hay otras aportaciones considerables como las de David Ricardo, Kal Marx, o John Mynard Keynes en los análisis económicos. Malthus en los estudios demográficos y Adolphe Quletet en la Estadística aplicada a la sociología.

Pero, todo este recorrido, estaría falto de algo esencial, los descubrimientos de la Física del siglo XIX que han posibilitado a los físicos de nuestro tiempo conquistar los secretos de la constitución íntima de la materia, llegando hasta las constituyentes del núcleo atómico.

                                        “El hombre sólo está en mala compañía”

Valery

Sí, el hombre es eminentemente un animal social y, necesita, que sus congéneres sean sabedores y admiradores de su s obras. Sin otros que vean lo que haces el esfuerzo tendrá menor sentido. Se estaba refiriendo a la divulgación de los conocimientos, de los descubrimientos, de que investigar sin divulgar tenía poco o ningún valor.

Con todo este repaso llegamos a la conclusión de que debimos descubrir la historia antes de poder explorarla. Y, como he dicho antes, los mensajes del pasado se transmitían primero a través de las habilidades de la  memoria, luego de la escritura, y, finalmente, de manera explosiva en los libros.

  Los pensamientos llevados a la escritura para decir al mundo cómo están conformadas las cosas, la Naturaleza y el Universo mismo

El insospechado tesoro de  reliquias que guarda la tierra se remontaba a la prehistoria. El pasado se convirtió en algo más que un almacén de mitos o un catálogo de lo familiar. Nuevos mundos terrestres y marinos, riquezas de continentes remotos, modos de vida de pueblos lejanos, abrieron nuevas perspectivas en nuestras mentes que, así, de esa manera, comprendieron que, muchos antes que nosotros estuvieron aquí y crearon grandes  cosas, hicieron grandes ciudades, inventaron grandes formas de vivir y elevaron los grupos humanos a la categoría de Sociedad, de Civilización que trajeron progreso y novedades,

Así, las nuevas formas cotidianas de convivencia en Sociedad, llevó a estos seres a tener que aprender a convivir de distinta manera, a compartir con los demás y, se dio cuenta de que, las ideas, en conjunto, alcanzaban cotas mayores y mayores logros también no quedando perdidas como tantas veces ocurrió a la larga la historia de la Humanidad.

Claro que, hoy tenemos una idea muy clara: Toda la Humanidad es una. El origen y el destino de todos… ¡Es el mismo!

Sin embargo, nos falta dar el paso final y hacer que esa unidad sea realmente cierta, estamos en la edad de la globalización, las noticias diarias nos traen escenas de cualquier parte del mundo en tiempo real, y, sin embargo, las diferencias continúan.

Necesitamos un sólo Gobierno Mundial, un Consejo compuesto por seres de todo el planeta y que rija nuestros destinos y distribuya las riquezas de manera proporcional al número de la población de cada región. La igualdad debe estar presente en todas partes. No hablar de ella con bonitas palabras en un alto estrado,  NO, sino que, se deben evitar desigualdades que, a estas alturas están fuera de lugar.

         Así se conforman los pobres para no caer en la desesperación e impotencia

Es imperdonable que puedan existir algunas personas (unos pocos cientos de miles, o, incluso algunos millones) que domine el 90% de toda la riqueza mundial. Eso no es moral. Algunas familias, para que sus hijos puedan estudiar están pasándolo mal y tienen carencias de necesidades primarias, mientras que otros, tienen a sus hijos estudiando en el extranjero en colegios por los que paga en un año lo que aquí en España se paga por todo el curso, y, los padres del primero están pasando necesidades mientras que, los del segundo, su mayor preocupación es hacer una lista de los invitados que vendrán el domingo a su próxima montería en la finca de 6.000 Has.

Mientras todo esto siga a sí, el avance será pequeño. Hoy días, el lugar de aquellos Sacerdotes de las épocas pasadas, lo ocupan los gurús del dinero que se pavonean por el mundo y…si se escarbara un poco en el origen de las fortunas, muy pocos podrían pasar el examen.

En fin amigos, me desvío de mi cometido principal que es hablaros de lo que pasó en tiempos pasados, de como podemos actuar en el presente para preparar el terreno y tener un futuro mejor.

Hablamos de Ciencia y de Cultura, de Letras y de Números, de lo infinito y de lo infinitesimal, de la Mente y de la Conciencia pero, ¿seremos alguna vez conscientes? En cuanto a la pregunta planteada…. ¡El futuro siempre será incierto!

                                  ¿Serán ellos la “especie” dominante en el Futuro incierto?

emilio silvera

A la biología cuántica aún le aguardaba una larga espera. Al menos, hasta 2007. Aquel año, un equipo de la Universidad de California en Berkeley dirigido por el físico Graham Fleming demostraba algo que otros científicos llevaban tiempo barruntando: la fotosíntesis, ese proceso cuasimágico por el que muchos organismos consiguen producir oxígeno a partir del dióxido de carbono, funciona gracias a la física cuántica.

Los investigadores aislaron los centros fotosintéticos de dos microbios, la bacteria verde del azufre Chlorobium tepidum y la bacteria púrpura Rhodobacter sphaeroides, y los bombardearon con pulsos láser para estudiar cómo la energía de los fotones se transfería desde los pigmentos que recogen la luz hasta el centro de reacción, donde se cuece esa química necesaria para la vida. Los mensajeros de esta transferencia son los electrones, que corren alimentados por esa poción mágica de la energía fotónica. Pero ¿cómo encuentran su camino entre el desorden molecular para evitar perderse y desperdiciar esa energía?

Fleming y su equipo descubrieron que lo hacen como ondas, no como partículas. De este modo, la onda se dispersa para encontrar el mejor camino sin tener que recorrerlos todos uno a uno. Y esta capacidad de estar en distintos lugares al mismo tiempo, o de tener dos estados incompatibles entre sí, es el privilegio de la física cuántica; por fin había nacido la biología cuántica.

Un caos húmedo y caliente

Los análisis químicos y biológicos indican que hay un extraño ecosistema subglacial de bacterias autótrofas que metaboliza iones de azufre y hierro. Según la geomicrobióloga Jill Mikucki, en las muestras de agua existen como mínimo 17 tipos diferentes de microbios, que viven prácticamente sin oxígeno. Nunca antes se había observado en la naturaleza el proceso metabólico mediante el cual los microbios utilizan un sulfato como catalizador para respirar con iones férricos y metabolizar la materia orgánica microscópica atrapada con este compuesto químico.

Pero no tan aprisa. Fleming y su equipo llevaron a cabo sus experimentos en condiciones típicas de la física cuántica; por ejemplo, por debajo de los 100 grados bajo cero. Y está claro que las bacterias no suelen vivir a esas temperaturas. Para un físico, una célula es la peor de sus pesadillas: caliente, húmeda, ruidosa y desordenada. En tan miserables condiciones es imposible que ninguna tarea importante pueda confiarse a la extrema levedad de los fenómenos cuánticos. “Muchos científicos creen que estos fenómenos son tan frágiles que sólo aparecen en sistemas muy simples, compuestos por muy pocas partículas y donde el ruido molecular se congela a temperaturas cercanas al cero absoluto”, resume a EL ESPAÑOL el genetista molecular de la Universidad de Surrey (Reino Unido) Johnjoe McFadden.

O al menos eso parecía, hasta que en 2010 dos estudios demostraron que lo dicho para la fotosíntesis en el frío glacial era válido también a temperatura ambiente. Pero, de hecho, éste no es el único sistema biológico en el que la física cuántica puede marcar las reglas, ni siquiera el primero en el que sospechó algo semejante: durante décadas, los biofísicos intuyeron que las enzimas, esos mediadores que convencen a las moléculas para que reaccionen, funcionan según un conocido mecanismo cuántico llamado efecto túnel que permite a una partícula, en este caso un protón, pasar de un estado a otro sin saltar la barrera de energía que los separa, excavando un túnel. En 1989 se mostró por primera vez el efecto túnel en las enzimas.

Con todo esto, parece que la biología cuántica debería ser ya un miembro de pleno derecho del club de las disciplinas científicas. Y sin embargo, ni sus propios patrocinadores se atreven a ir tan lejos. Regresando al chiste del comienzo, Nori aplica a la biología cuántica esa misma doble condición del gato vivo y muerto: “Es a la vez un campo excitante para estudiarlo con precaución en el futuro, y también en el que muchas cuestiones importantes aún no están demostradas”.

“Muchos científicos aún no están convencidos de que estos efectos requieran la mecánica cuántica para explicarse”, apunta a EL ESPAÑOL el físico de la Universidad de Surrey Jim Al-Khalili, coautor junto con McFadden del libro Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology (Bantam Press, 2014).

El obstáculo esencial es esa diferencia de pulcritud entre los experimentos cuánticos y el aparente caos de una célula viva, que suscita el escepticismo de no pocos expertos. Para el físico de la Universidad de Viena Markus Arndt, este es “un rasgo de la ciencia de la vida, no tan limpia como los laboratorios de física o los tubos de ensayo de la química”. “¿Pueden estas acciones sobrevivir en las escalas macroscópicas de tiempo y tamaño de los medios biológicos? Esta cuestión todavía está abierta”, comenta Arndt a este diario.

La brújula de las aves

La escala temporal que menciona Arndt es uno de los factores que levantan las cejas de los físicos. Un posible ejemplo de biología cuántica muy de actualidad es el sistema que guía a las aves migratorias, basado en el fenómeno de entrelazamiento cuántico. Según estudios en el petirrojo europeo, la luz dispara en la retina un par de electrones gemelos que responden al magnetismo terrestre, como la aguja de una brújula. Un estudio reciente ha prestado nuevo crédito a esta hipótesis. Pero un problema es que este entrelazamiento duraría unos pocos microsegundos. Para los físicos, esto es una eternidad jamás lograda ni de lejos en un laboratorio, y no digamos a una temperatura a la que el petirrojo no se convierta en un fósil congelado.

Sin embargo, el nuevo estudio no es experimental, sino una simulación por ordenador. “Todavía necesitamos pruebas experimentales de que la teoría es correcta”, dice Al-Khalili. El obstáculo principal al que se enfrenta la biología cuántica es la dificultad de llevar sus predicciones al laboratorio. “Los experimentos adecuados para evaluar estas cuestiones son complicados y difíciles de interpretar”, señala Nori. Otra pega es que los científicos aún se resisten a creer que estos mecanismos cuánticos en la biología tengan realmente un significado evolutivo; es decir, que existan porque los seres vivos han encontrado en la cuántica una ventaja aprovechable. “¿Por qué la naturaleza habría seleccionado estas superposiciones cuánticas? ¿Qué propósito tienen?”, se pregunta Nori.