Hace un tiempo y con motivo del Año Internacional de la Astronomía, salió aquí el anuncio siguiente:

“A partir del día 1 del próximo Septiembre, y, dentro de las actividades del Año Internacional de la Astronomía 2009. En España (AIA-IYA2009), pondremos en marcha una nueva Sección que estará centrada en contestar a todas aquellas preguntas que nos sean formuladas sobre el Universo.

Tuve el honor de ser invitado a la celebración que presidió el Príncipe de Asturias (hoy el Rey de España),  y fui uno de los doscientos invitados a la inauguración del evento, todavía luzco en el ojal de la chaqueta el pequeño astrolabio que conmemoró dicha celebración y colaboré con otros muchos en toda España con artículos y charlas en las universidades.

En aquella publicación decía:

Como comprenderán, se darán respuestas concretas, claras y sencilla, fáciles de entender, y, sin limitación de ninguna clase, se dará respuesta a todo lo que el público quiera saber, como por ejemplo:

¡Qué es una Nebulosa? ¿Cómo se forma?

¡Que es una estrella supermasiva? ¿En qué se convierte cuando agota su combustible nuclear?

¿Qué es un Cuásar?

¿Qué es la materia cósmica?

¿Qué es la radiación de fondo cósmico?

¿Cuántas clases de estrellas pueden existir?

¿Cuánto puede pesar 1 cm³ del material de una estrella de Neutrones? ¿Será cierto que 1 cm³ podría pesar unos mil millones de toneladas?

Y, de esta manera, podrán, al fin, conocer aquellas cuestiones del Universo que siempre quisieron saber y que, por una u otra cuestión, nadie les explicó.

Pensad en ello y, por favor, podéis ir pensando en la pregunta que os gustaría plantear.

¿Qué pregunta se te ocurre?.”

Os recuerdo que aquel mensaje sigue en vigor.

Entre las actividades que llevé a cabo, incluí una encuesta para ver los conocimientos que tenían los universitarios de quinto grado de Física y Astronomía. Simplemente planteaba 10 preguntas, y, de 100 encuestados, sólo 3 dieron 20 respuestas correctas, 9 dieron 12, 6 dieron 5, y el resto no pasaron de 3.

Es una pena que, en nuestros centros educativos no se les dé a los niños una noción básica de cuestiones esenciales para un mínimo conocimiento del lugar en el que viven, y, lo que más asombra es lo poco que leen cuando son mayores, es una pena que la lectura que antes era el único camino que teníamos para viajar a lugares fantásticos, conocer mundos que de otra manera nunca podríamos haber conocido, encontrar las respuestas necesarias para saciar nuestra curiosidad…. ¡Hoy, con los móviles y la TV… ¡Se perdió la buena costumbre de leer!

 

Recuerdo aquel poema:

Para fugarnos de la Tierra

Un libro es el mejor bajel;

Y se viaja mejor en el poema

Que en el más brioso corcel.

Emily Dickinson

En fin, amigos, solo se me vino el recuerdo a la mente y lo quise plasmar aquí por si alguno de ustedes quiere preguntar alguna cosa, o, me quiere enseñar a mí alguna de las muchas que ignoro.

Emilio Silvera Vázquez

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Como pregona la filosofía, nada es como se ve a primera vista, todo depende del punto de vista desde el que miremos las cosas, o,  de la perspectiva que podamos tener de ellas conforme a las herramientas que tengamos a nuestra disposición, incluida la intelectual. Nosotros, que estudiamos el Universo y no lo sabemos todo de él, ya pensamos en la posible existencia de otros universos.

           Si es que existen, ¿Cómo serían esos otros universos? ¿dejarían un margen para alguna forma de vida? y, de ser así, ¿Cómo serían?

“Lo primero que hay que comprender sobre los universos paralelos… es que no son paralelos. Es importante comprender que ni siquiera son, estrictamente hablando, universos, pero es más fácil si uno lo intenta y lo comprende un poco más tarde, después de haber comprendido que todo lo que ha comprendido hasta ese momento no es verdadero.”

Douglas Adams

Antes en la entrada que más arriba tenéis (“Observar la Naturaleza… da resultados”), comentaba sobre los grandes números de Dirac y lo que el personaje llamado Dicke pensaba de todo ello y, cómo dedujo que para que pudiera aparecer la biología de la vida en el Universo, había sido necesario que el tiempo de vida de las estrellas fuese el que hemos podido comprobar que es y que, el Universo, también tiene que tener, no ya las condiciones que posee, sino también, la edad que le hemos estimado.

[?]

Cuando los físicos empezaron a apreciar el papel de las constantes en el dominio cuántico y explotar la nueva teoría de la gravedad de Einstein para describir el universo en su conjunto, las circunstancias eran las adecuadas para que alguien tratara de casarlas.

Así entró en escena Arthur Stanley Eddington: un extraordinario científico que había sido el primero en descubrir cómo se alimentaban las estrellas a partir de reacciones nucleares. También  hizo importantes contribuciones a nuestra comprensión de las galaxias, escribió la primera exposición sistemática de la teoría de la relatividad general de Einstein y fue el responsable de la expedición que durante un eclipse de Sol, pudo confirmar con certeza la predicción de la relatividad general que debería desviar la luz estelar que venía hacia la Tierra en aproximadamente 1’75 segundos de arco cuando pasaba cerca de la superficie solar, cuyo espacio estaría curvado debido a la gravedad generada por la masa del Sol. En aquella expedición, el equipo de Eddington hizo una exitosa medición del fenómeno desde la isla Príncipe, que confirmó que Einstein tenía razón y que su teoría predecía de manera exacta la medida de curvatura del espacio en función de la masa del objeto estelar que genera la gravitación distorsionando el espacio-Tiempo a su alrededor.

                        Eddintong con Einstein

Entre los números que Eddington consideraba de importancia primordial estaba al que ahora conocemos como número de Eddington, que es igual al número de protones en el universo visible. Eddington calculó (a mano) este número con enorme precisión en un crucero trasatlántico, sentado en cubierta, con libreta y lápiz en la mano, tras calcular concienzudamente durante un tiempo, finalizó escribiendo:

“Creo que el Universo hay:

15.747.724.136.275.002.577.605.653.961.181.555.468.044.717.914.527.116.709.366.231.425.076.185.631.031.296

de protones y el mismo número de electrones”.

 

Este número enorme, normalmente escrito N_Edd, es aproximadamente igual a 10⁸⁰.  Lo que atrajo la atención de Eddington hacia él era el hecho de que debe ser un número entero, y por eso en principio puede ser calculado exactamente.

Durante la década de 1.920, cuando Eddington empezó su búsqueda para explicar las constantes de la naturaleza, no se conocían bien las fuerzas débil y fuerte. Las únicas constantes dimensionales de la física que sí se conocían e interpretaban con confianza eran las que definían la gravedad y las fuerzas electromagnéticas. Eddington las dispuso en tres puros números adimensionales. Utilizando los valores experimentales de la época, tomó la razón entre las masas del protón y del electrón:

m_pr/m_e ≈ 18⁴⁰

La inversa de la constante de estructura fina

2πhc/e²  ≈ 137

Y la razón entre la fuerza gravitatoria y la fuerza electromagnética entre un electrón y un protón,

e²/Gm_pr m_e ≈ 10⁴⁰

A estas añadió su número cosmológico, N_Edd ≈ 10⁸⁰. A estos cuatro números los llamó “las constantes últimas”, y la explicación de sus valores era el mayor desafío de la ciencia teórica:

 “¿Son estas cuatro constantes irreducibles, o una unificación posterior de la física que pueda demostrar que una o todas ellas podrían ser prescindibles? ¿Podrían haber sido diferentes de lo que realmente son?…  Surge la pregunta de si las razones anteriores pueden ser asignadas arbitrariamente o si son inevitables.  En el primer caso, sólo podemos aprender sus valores por medida; en el segundo caso es posible encontrarlos por la teoría…  Creo que ahora domina ampliamente la opinión de que las (cuatro anteriores) constantes… no son arbitrarias, sino que finalmente se les encontrará una explicación teórica; aunque también he oído expresar lo contrario.”

 

     Medida una y mil veces, α parece que no cambia a pesar de todo

Siguiendo con su especulación Eddington pensaba que el número de constantes inexplicadas era un indicio útil del hueco que había que cerrar antes de que se descubriese una teoría verdaderamente unificada de todas las fuerzas de la naturaleza.  En cuanto a si esta teoría final contenía una constante o ninguna, tendríamos que esperar y ver:

 

 “Nuestro conocimiento actual de 4 constantes en lugar de 1 indica meramente la cantidad de unificación de teoría que aún queda por conseguir. Quizá resulte que la constante que permanezca no sea arbitraria, pero de eso no tengo conocimiento.”

Eddington, como Max Planck, Einstein y Galileo, y Newton antes que ellos, era simplemente un adelantado a su tiempo; comprendía y veía cosas que sus coetáneos no podían percibir.

Hay una anécdota que se cuenta sobre esto y que ilustra la dificultad de muchos para reconciliar el trabajo de Eddington sobre las constantes fundamentales con sus monumentales contribuciones a la relatividad general y la astrofísica. La historia la contaba Sam Goudsmit referente a él mismo y al físico holandés Kramers:

  Samuel Abraham Goudsmit, George Uhlenbeck y Hendrik Kramers

“El gran Arthur Eddington dio una conferencia sobre su derivación de la constante de estructura fina a partir de una teoría fundamental. Goudsmit y Kramers estaban entre la audiencia.  Goudsmit entendió poco pero reconoció que era un absurdo inverosímil. Kramers entendió mucho y reconoció que era un completo absurdo. Tras la discusión, Goudsmit se acercó a su viejo amigo y mentor Kramers y le preguntó: ¿Todos los físicos se vuelven locos cuando se hacen mayores? Tengo miedo. Kramers respondió, “No Sam, no tienes que asustarte. Un genio como Eddington quizá puede volverse loco pero un tipo como tú sólo se hace cada vez más tonto”.

 

               El filósofo-poeta , prosista y pensador

Aquí hablamos del Universo, de las Teorías que tratan de explicarlo, de la Mente humana que no hemos llegado a comprender, y, hemos llegado a la conclusión que, como dijo aquel pensador: “No sólo de pan vive el hombre”. Necesitamos sentir y crear para alcanzar la plenitud, para dar algún sentido a nuestras vidas.

   Aquí también están algunas de esas constantes

Los campos magnéticos están presentes por todo el Universo. Hasta un diminuto (no por ello menos importante) electrón crea, con su oscilación, su propio campo magnético, y,  aunque pequeño,  se le supone un tamaño no nulo con un radio r_o, llamado el radio clásico del electrón, dado por r₀ = e²/(mc²) = 2,82 x 10^-13 cm, donde e y m son la carga y la masa, respectivamente del electrón y c es la velocidad de la luz.

       Nuestro universo es como lo podemos observar gracias a esos números

El mayor misterio que rodea a los valores de las constantes de la naturaleza es sin duda la ubicuidad de algunos números enormes que aparecen en una variedad de consideraciones aparentemente inconexas. El número de Eddington es un ejemplo notable. El número total de protones que hay     dentro del alcance del universo observable esta próximo al número

10⁸⁰

Si preguntamos ahora por la razón entre las intensidades de las fuerzas electromagnéticas y gravitatoria entre dos protones, la respuesta no depende de su separación, sino que es aproximadamente igual a

10⁴⁰

En un misterio. Es bastante habitual que los números puros que incluyen las constantes de la naturaleza difieran de 1 en un factor del orden de 10², ¡pero 10⁴⁰, y su cuadrado 10⁸⁰, es rarísimo! Y esto no es todo. Si seguimos a Max Planck y calculamos en valor estimado para la “acción” del universo observable en unidades fundamentales de Planck para la acción, obtenemos.

10¹²⁰

   Supernovas, Nebulosas, Estrellas… ¡Fuerzas y Constantes fundamentales!

Algunos llegan a afirmar que, el Universo es plano e indican que la “energía oscura” es probablemente la constante cosmológica de Einstein…¡Vivir para ver! El maestro llegó a decir que incluir la constante cosmológica en su ecuación había sido el mayor error de su vida y, sin embargo ahora… resulta que sí estaba en lo cierto. ¡Ya veremos!

Ya hemos visto que Eddington se inclinaba a relacionar el número de partículas del universo observable con alguna cantidad que incluyera la constante cosmológica. Esta cantidad ha tenido una historia muy tranquila desde esa época, re-emergiendo ocasionalmente cuando los cosmólogos teóricos necesitan encontrar una manera de acomodar nuevas observaciones incómodas.

Recientemente se ha repetido este escenario. Nuevas observaciones de alcance y precisión sin precedentes, posibilitadas por el telescopio espacial Hubble trabajando en cooperación con telescopios sensibles en tierra, han detectado supernovas en galaxias muy lejanas. Su pauta de brillo y atenuación característica permite deducir su distancia a partir de su brillo aparente. Y, sorprendentemente, resulta que están alejándose de nosotros mucho más rápido de lo que cualquiera esperaba. La expansión del universo ha pasado de ser un estado de deceleración a uno de aceleración. Estas observaciones implican la existencia de una constante cosmológica positiva (Λ⁺). Si expresamos su valor numérico como número puro adimensional medido en unidades del cuadrado de la longitud de Planck, entonces obtenemos un número muy próximo a

10^-120

Nunca se ha encontrado un número más pequeño en una investigación física real. Podemos decir que es el más grande de los pequeños números.

Hablar del Universo en todo su conjunto…, no es nada fácil. Podemos hablar de parcelas, de elementos por separado y también de sucesos, objetos y de la mecánica celeste de manera individualizada para tratar de comprenderlos mejor y, más tarde, juntarlos para tener una perspectiva de su conjunto que… No siempre podemos llegar a comprender. ¡Es tanto lo que esas constantes nos quieren decir! que comprenderlas y entenderlo todo…, nos llevará algún tiempo.

¿Qué vamos a hacer con todos estos grandes números? ¿Hay algo cósmicamente significativo en 10⁴⁰ y sus cuadrados y cubos?

                             Hermann Weyl

La aparición de algunos de estos grandes números ha sido una fuente de sorpresas desde que fue advertida por vez primera por Hermann Weyl en 1.919. Eddington había tratado de construir una teoría que hiciera comprensible su aparición, pero no logró convencer a un número significativo de cosmólogos de que estaba en la vía correcta. Pero sí convenció a la gente de que había algo que necesitaba explicación. De forma inesperada, fue precisamente uno de sus famosos vecinos de Cambridge quien escribió a la revista Nature la carta que consiguió avivar el interés por el problema con una idea que sigue siendo una posibilidad viable incluso hoy.

                                 Paul Dirac

Paul Dirac ocupó la Cátedra Lucasiana de matemáticas en Cambridge durante parte del tiempo en que Eddington estuvo viviendo en los observatorios. Las historias que se cuentan de Paul Dirac dejan muy claro que era un tipo con un carácter peculiar, y ejercía de matemático las 24 h. del día. Se pudo saber que su inesperada incursión en los grandes números fue escrita durante su viaje de novios (Luna de miel), en febrero de 1937.

Aunque no muy convencido de las explicaciones de Eddington, escribió que era muy poco probable que números adimensionales muy grandes, que toman valores como 10⁴⁰ y 10⁸⁰, sean accidentes independientes y no relacionados: debe existir alguna fórmula matemática no descubierta que liga las cantidades implicadas. Deben ser consecuencias más que coincidencias.

Esta es la hipótesis de los grandes números según Dirac:

“Dos cualesquiera de los números adimensionales muy grandes que ocurren en la naturaleza están conectados por una sencilla relación matemática, en la que los coeficientes son del orden de la unidad”.

 

Alfa (α) la Constante de estructura fina, el número puro y adimensional 137

El Nobel León Lederman (Director del CERN muchos años), decía:

“Todos los físicos del mundo deberían tener en el lugar más destacado de sus casas, un marco con el número 137. El motivo de tan conveniente obligación, sería recordarles, cada vez que lo vieran, lo poco que sabemos.”

Nos puede parecer mentira pero… Los verdaderos grandes números están en ¡La Mente!

Los grandes números de que se valía Dirac para formular esta atrevida hipótesis salían del trabajo de Eddington y eran tres:

N₁ = (tamaño del universo observable) / (radio del electrón)

= ct (e²/m_ec²) ≈ 10⁴⁰

N₂ = Razón fuerza electromagnética-a-gravitatoria entre protón y electrón

= e²/Gm_e m_p ≈ 10⁴⁰

N = número de protones en el universo observable

= c³t/Gm_p ≈ 10⁸⁰

Aquí t es la edad actual del universo, m_e es la masa de un electrón, m_p es la masa de un protón, G la constante de gravitación, c la velocidad de la luz y e la carga del electrón.

 

     El Universo es todo lo que existe: Materia, Tiempo y Espacio inmersos en un océano de fuerzas y constantes

Según la hipótesis de Dirac, los números N₁, N₂y raizN eran realmente iguales salvo pequeños factores numéricos del orden de la unidad. Con esto quería decir que debe haber leyes de la naturaleza que exijan fórmulas como N₁ = N₂, o incluso N₁ = 2N_2. Un número como 2 ó 3, no terriblemente diferente de 1 está permitido porque es mucho más pequeño que los grandes números implicados en la fórmula; esto es lo que él quería decir por “coeficientes….  del orden de la unidad”.

Esta hipótesis de igualdad entre grandes números no era en sí misma original de Dirac. Eddington y otros habían escrito antes relaciones muy semejantes, pero Eddington no había distinguido entre el número de partículas del universo observable, que se define como una esfera centrada en nosotros con un radio igual a la velocidad de la luz multiplicada por la edad actual del universo, o lo que es lo mismo:

La trayectoria del llamado Universo Observable (y del cual somos su centro al recorrer su geodésica en la geometría espacio-temporal) tiene la forma perimetral de una gota (forma de media lemniscata; cosa curiosa, lemniscata: figura curva ∞ usada como el símbolo de infinito ¿?) que al girarla 45 ° y desarrollar un cuerpo de revolución, se obtienen dos campos toroidales cual si fuesen imágenes antagónicas (una reflejada) de una fuente (surtidor – sumidero cada uno), correspondiendo uno al campo material y el otro al antimaterial.

               Trayectoria del Universo observable.

Lo están ocupando en su totalidad, se retroalimentan a sí mismos en la Hipersingularidad (punto de contacto de los dos campos, principio y fin de ambos flujos donde reacciona la materia y la antimateria con la finalidad de mantener separados ambos universos con el adicional resultado de impulsar nuevamente a los fluidos universales de ambos campos a recorrer la finita trayectoria cerrada (geodésica) siendo el motor propulsor universal de dos volúmenes dinámicos, finitos pero continuos).

Universo observable: R = 300.000 × 13.500.000.000

La propuesta de Dirac provocó un revuelo entre un grupo de científicos vociferantes que inundaron las páginas de las revistas especializadas de cartas y artículos a favor y en contra. Dirac, mientras tanto, mantenía su calma y sus tranquilas costumbres, pero escribió sobre su creencia en los grandes números cuya importancia encerraba la comprensión del universo con palabras que podrían haber sido de Eddington, pues reflejan muy estrechamente la filosofía de la fracasada “teoría fundamental”.

“¿No cabría la posibilidad de que todos los grandes sucesos presentes correspondan a propiedades de este Gran Número [10⁴⁰] y, generalizando aún más, que la historia entera del universo corresponda a propiedades de la serie entera de los números naturales…? Hay así una posibilidad de que el viejo sueño de los filósofos de conectar la naturaleza con las propiedades de los números enteros se realice algún día”.

Cuando hablamos del Universo, de inmediato, surgen las polémicas y los desacuerdos y las nuevas ideas y teorías modernas que quieren ir más allá de lo que “se sabe”, nunca han gustado en los centros de poder de la Ciencia que ven peligrar sus estatus con ideas para ellos “peregrinas” y que, en realidad, vienen a señalar nuevos posibles caminos para salir del atolladero o callejón sin salida en el que actualmente estamos inmersos: Mecánica cuántica y Relatividad que llevan cien años marcando la pauta en los “mundos” de  lo muy pequeño y de lo muy  grande sin que nada, las haya podido desplazar.

 

Esto nos deja con un ridículo 4% para la materia Bariónica que emite luz, y, hablan de todo ello como si realmente estuvieran seguros, cuando solo se trata de una hipótesis, no se ha podido comprobar de manera fehaciente que existe, ni la energía oscura ni la materia oscura.

Mientras tanto, continuamos hablando de materia y energía oscura que delata la “oscuridad” presente en nuestras mentes, creamos modelos incompletos en el que no sabemos incluir a todas las fuerzas y en las que (para cuadrar las cuentas), hemos metido con calzador y un poco a la fuerza, parámetros que no hemos sabido explicar (como el Bosón de Higgs en el Modelo Estándar que…, a pesar de todo ¡No está muy claro que esté ahí!).  Sin embargo y a pesar de todo, el conocimiento avanza, el saber del mundo aumenta poco a poco y, aunque despacio, el conocimiento no deja de avanzar y, esperemos que las ideas surjan y la imaginación en la misma medida para que, algún día en el futuro, podamos decir que sabemos, aunque sea de manera aproximada, lo que el Universo es.

Emilio Silvera Vázquez

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                 El amanecer del día es tan antiguo que se pierde en la noche de los tiempos

Desde tiempos inmemoriales, se hizo cada vez más evidente para nuestros antepasados que en la Naturaleza se daban sucesos predecibles y también impredecibles. Unos eran repetitivos, como el día y la noche y otros, nunca se veían venir, como los temblores de la Tierra. Así, los aspectos impredecibles eran peligrosos y temibles. En aquellos tiempos remotos, decían que eran castigos de los dioses por el comportamiento humano y, ahí estaban incluidos desde la erupción de un volcán, un Tsunami o un terremoto. También plagas, desastres y pestilencias que azotaron al mundo se vieron como un castigo.

Mucho menos interés tenían lo predecible  de los comportamientos de la Naturaleza que, por cotidianos, se veían naturales y eran, al ser conocidos, aprovechados de una u otra manera. Advirtiendo y explotando los cambios periódicos del entorno, podían prepararse las cosechas, hacer acopios para el invierno y construir defensas contra las incursiones del viento y de las aguas. Estas regularidades de la Naturaleza se reflejaron en el comportamiento de las Sociedades estables que se estructuraron alrededor de estos sucesos y generaron una creencia en la ley y el orden a escala cósmica.

                              Lo impredecible

Finalmente, ayudadas por la fe monoteísta de muchas sociedades occidentales, estas creencias alimentaron la idea de que existían cosas llamadas “leyes de la Naturaleza” que son válidas en todos los tiempos y lugares. Estas leyes universales prescriben el modo en que se comportaran las cosas y no, como las leyes humanas que son cambiantes y dependen de criterios que no siempre están aconsejados por la razón.

Hemos llegado a comprender que las leyes de cambio siempre pueden reemplazarse por el requisito de que algún otro aspecto de la Naturaleza no cambie: es lo que llaman el principio de conservación o una invariancia de la Naturaleza. Se cree que la energía es un ejemplo primordial. Puede ser intercambiada y reorganizada de formas diferentes pero, al final, cuando se hace la suma, la energía total debe ser siempre la misma.

Hasta la década de 1970 los físicos estaban impresionados por esta correspondencia entre leyes de la Naturaleza y pautas invariables que empezaron a explotar el catálogo de pautas invariables en busca de candidatos para las leyes de cambio asociadas. Las cuatro fuerzas básicas de la Naturaleza -Gravedad, electricidad y magnetismo, radiactividad e interacciones nucleares- eran descritas por teorías de este tipo. Cada una de estas cuatro fuerzas de la Naturaleza corresponde a una pauta independiente que se conserva cuando algo sucede en la Naturaleza: cuando un núcleo radiactivo se desintegra o un imán en movimiento en la dinamo de una bicicleta produce una corriente eléctrica.

Todo esto eran buenas noticias para los físicos. A mediados de la década de 1970 tenían teorías separadas para la Gravedad, el Electromagnetismo, la Fuerza débil (de la que se deriva la radiactividad) y la Fuerza fuerte (de la que se deriva las fuerzas nucleares) que estaban de acuerdo con los sucesos observados. La conservación de una pauta invariable en cada caso requería que existiese la respectiva fuerza de la Naturaleza y determinara en detalle cómo y sobre qué debería actuar. ¿Por qué debería el mundo estar gobernado por cuatro pautas invariables diferentes?

Hemos aprendido que las fuerzas de la naturaleza no son tan diferentes como a primera vista nos pueden parecer. Parecen tener intensidades muy diferentes y actuar sobre partículas elementales diferentes. Pero esto es una ilusión creada por nuestra necesidad de habitar un lugar en el Universo donde la temperatura es más bien baja; suficientemente baja para que existan átomos y moléculas. Conforme la temperatura aumenta y las partículas elementales de materia colisionan entre sí a energías cada vez más altas, las fuerzas separadas que gobiernan nuestro mundo quiescente a baja temperatura se hacen cada vez más parecidas. Las fuerzas fuertes se debilitan y las fuerzas débiles se fortalecen. aparecen nuevas partículas a medida que se alcanzan temperaturas más elevadas y consiguen producir interacciones entre las familias separadas de partículas que, a bajas temperaturas, parecen estar aisladas entre sí.

              Gran número de partículas generadas después del choque en el Gran Colisionador de Hadrones.

Las partículas viajan a velocidades cercanas a la velocidad de la luz y haces de hadrones chocan con tal violencia que, a muchos miles de millones de grados de temperatura, surge una nueva materia y partículas desconocidas que, durante una pequeñísima fracción de tiempo – de una trillonésima de segundo- son captadas por las potentes computadoras para que, posteriormente, los expertos experimentadores, diluciden los misterios que han surgido de ese big bang en miniatura.

Así, poco a poco, a medida que alcanzamos esas inimaginables condiciones de la temperatura “última” que Max Planck encontró definida por las cuatro constantes G, k, c y h, esperamos que las diferencias se vayan borrando completamente y que las fuerzas de la Naturaleza presenten al fín, un único frente unido como se cree que sucedía al principio de todo, antes de que las temperaturas iniciales del Universo se enfriaran y diera lugar a que, la única fuerza existente en aquel momento, se escindiera en las cuatro que hoy conocemos.

Todo esto que aquí podemos contar es posible gracias a que existe algo que llamamos cerebro en el que se estructura un algo que llamamos mente y que, ha llegado a un nivel de consciencia  de inusitada grandeza, capaz de percibir esos parámetros y pautas de la Naturaleza que la hacen como es y que, permiten que dicha mente pueda estar presente para observar todo lo que aquí ocurre en tan inmenso Universo.

Hay cosas que se nos escapan pero que, de alguna manera presentimos. Por ejemplo, en nuestras vidas cotidianas, los efectos de la energía de vacío son ínfimos, diminutos, pero aún así detectables en pequeñas correcciones a los niveles de las energías de los átomos. En Teorías de campos relativistas, la energía de vacío está dada por una expresión matemáticamente idéntica y físicamente indistinguible de la famosa constante cosmológica, o por el contrario varia con el tiempo, algo que tendría consecuencias importantísimas para el destino del universo y que es un tema de investigación candente en cosmología, con varios experimentos propuestos para detectarlo.

                Imaginar lo que pudiera ser… siempre se nos ha dado muy bien y, a veces, hasta hemos acertado

Claro que… No podemos anclarnos en el Pasado.

Es cierto que existen campos en los que tenemos dudas y queremos seguir avanzando, es mucha la ignorancia que sobre nuestros hombros cargamos pero, por ejemplo, si bien existe confusión e intriga acerca de su uso y factibilidad, la computación cuántica no es un sueño. De hecho, muchos expertos la ven como inevitable. En los computadores tradicionales, el procesamiento paralelo divide una tarea en partes y las delega a procesadores separados. La computación cuántica hace mas o menos lo mismo, solo que el procesamiento ocurre a nivel subatómico, donde rigen las leyes de la mecánica cuántica.

“Un qubit, o bit cuántico, es la unidad básica de información en la computación cuántica. Es el equivalente cuántico del bit tradicional, que se utiliza en los ordenadores clásicos. “

Mientras que un bit magnético tradicional puede representar solo un 1 o un 0, los bits cuánticos, o “cubits”, consistentes de átomos y partículas subatómicas ofrecen una gama de posibilidades exóticas. Un computador cuántico puede guardar datos en el espín de los electrones, o en la posición de un cierto electrón. Un qubit, por ejemplo, puede ser 0, 1 y 0 y 1 al mismo tiempo, permitiendo la construcción de procesadores inmensamente más rápidos que los procesadores tradicionales.

Sabemos que, 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 sub-nucleares. 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. Y, tras profundos pensamientos y continuados sufrimientos, él pudo elaborar su ecuación que es el reflejo de una de las mayores muestras de ingenio que han podido ser hechas por un humano. Su Ecuación de campo de la Relatividad General.

De la ecuación de campo de Einstein (entre otras muchas cosas) nos sale el esquema de la curvatura del espacio-tiempo que se produce en presencia de grandes masas. Ahí, también está encerrado el exótico agujero negro. En esa breve ecuación subyace la inmensidad del Cosmos, de su geometría y configuración. Así que, en el presente comentario, vamos a explicar una serie de cosas que ocurren y están aquí con nosotros en el Universo, e incluso, formar parte de nosotros mismos o hacen posible que podamos estar aquí.

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.

                                                   ¡La belleza y los misterios del Universo!

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.

Claro que, no siempre es todo como creemos verlo, ni siempre estamos en disposición de elegir. Nada es lo que nos dicen nuestros sentidos que es. Y, lo que entendemos por libre albedrío, de la misma manera, está distorsionado por mil parámetros ajenos a nosotros que, sólo podemos ejercer de manera parcial y hasta el punto en que, el entorno nos lo permite.

Emilio Silvera Vázquez

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Pequeñas Galaxias y Materia Oscura

Sistema de la Vía Láctea: Enana de Sagitario, Enana del Can Mayor, Gran Nube de Magallanes, Pequeña Nube de Magallanes, Enana de la Osa Menor, Enana de Draco, Enana de Carina, Enana de Sextans, Enana de Sculptor, Enana de Fornax, Leo I, Leo II y Enana de Tucana.

La verdadera Historia de la Teoría del Caos

Las condiciones iniciales de un sistema implica que las condiciones finales sean tal como, de manera inevitable serán. En su condición inicial nos dice como será su condición final. Desde su nacimiento nos está diciendo como será su muerte. La causalidad: El Presente está cargado del Pasado, y, el Futuro, está hecho de Presente.

Son muchas las cosas que no sabemos y, de cada una de ellas, nosotros los humanos, creamos hipótesis y hacemos conjeturas, construimos modelos y, con los datos que hemos podido reunir, dejamos expuesta una teoría de lo que pudo ser. De esa manera hemos creado la “historia” de cómo se formó nuestro Sistema solar a partir de una explosión de supernova que creando una nebulosa sería el origen, hace algunos miles de millones de años, de todo el sistema planetario en el que está la Tierra y nos cobijamos nosotros.

A mayor escala y viajando mucho más lejos en el Tiempo, también hemos “recreado” el escenario que suponemos que pudo existir cuando “nació” el universo, cuando dio comienzo la existencia del Tiempo y apareció el Espacio, se creó la materia y comenzaron a formarse los objetos que hoy podemos contemplar por todo el inmenso Cosmos. De todo ello, de manera “misteriosa” (nadie sabe a ciencia cierta como fue), aparecieron los primeros signos de vida, primero en forma de rústicas criaturas y más elaboradas después, cuando con el paso de los años, pudieron evolucionar.

En nuestra región, situada en el interior del brazo de Orión a unos 30.000 años-luz del centro galáctico, las cosas se pudieron suceder, más o menos, como nos dicen al margen de la imagen, con algunas dudas y algunas preguntas sin contestar, así pudieron suceder, a grandes rasgos las cosas. Sin embargo, no es ese el tema que el título nos señala, nos vamos a centrar en la “vida” esa explosión de imaginación que ha tenido el universo para que, al menos en nuestro caso, haya alguien que comente sobre él y también, sobre esa maravilla que representamos: Seres Conscientes en un universo de materia, de explosiones y cambios, de energías sin fin.

Lo cierto es que, el recuerdo de los miles de millones de años de la historia de la vida, no ha podido ser inscrito en la memoria de los seres que la representan, al igual que los últimos millones de años no están grabados en la memoria de los seres humanos, los primeros naturalistas que se sintieron intrigados por los fósiles que encontraban, no pudieron presentir de qué manera aquello que estaban sacando a la luz del día, acabaría por servir para reconstruir el pasado a través de los archivos sedimentarios de la Tierra.

De nada sirvieron los razonamientos poéticos y religiosos que les habían preparado para lo contrario. La realidad nos hizo descubrir un mundo distinto, una cronología distinta y una historia distinta. Resulta fácil comprender, en qué medida, los primeros  descubrimientos paleontológicos les pudieron parecer (en aquellos tiempos), por tanto, maravillosos y también, desconcertantes, hasta que punto aquella extraordinaria diversidad de formas de vida desaparecidas, su frecuente extravagancia y rareza y el encadenamiento asombroso que parecían ir revelando poco a poco, les debieron fascinar, pero también confundir.

Y, de esa manera, nuestra innata curiosidad, nos llevó a descubrir muchas clases de vida que existió en el pasado, incluso de seres monstruosamente grandes que extinguidos, sirvieron para que todos, antes sus descomunales restos, dejaran volar la imaginación y pudieran construir escenarios ya desaparecidos hacia millones de años. Claro que, todos aquellos descubrimientos, vinieron a ensanchar la mente de lo posible y la concepción de la historia de la vida en la Tierra y también, de manera paralela, hemos ido creando una historia más profunda, de unos 13.750.000 millones de años para la historia del propio universo. Pero, la historia que nos interesa, la de la vida, se remonta a unos 4.000 millones de años (al menos en nuestro planeta), que es el tiempo que tienen los fósiles más antiguo hallados en las rocas más viejas del planeta.

Ya el hombre de Neanderthal se interesaba por los fósiles.

El descubrimiento de edades anteriores a la aparición del hombre tuvo una enorme repercusión, a finales del siglo XIX, mucho más allá de los círculos científicos, en buena parte porque reveló paisajes desaparecidos y poblados por criaturas extrañas, predominantemente monstruosas. Incluso en nuestros días los grandes vertebrados del pasado ejercen a menudo una especie de fascinación: ¿no se ha convertido acaso el mamut en el emblema de una cadena de supermercados y no resultan los nombres de muchos dinosaurios mucho más familiares, incluso para los niños, que los numerosos animales actuales?.

Esa familiaridad relativa con criaturas que hasta hace dos siglos, su existencia era inimaginable, es así mismo, un gran logro de la paleontología de los vertebrados sacados a la luz por la ciencia. Claro que, si hablamos de vida, no sólo de grandes animales se compone la gran relación que podríamos hacer de todas aquellas especies que poblaron nuestro planeta y de las que, el 99% están desaparecidas. Ahora, sólo el 1% de todas las especies vivientes siguen presentes y, las demás, por una u otra causa, quedaron extinguidas al no poder adaptarse, al ser eliminadas en las grandes extinciones… ¡y vaya usted a saber cómo!

Cuentan que, durante uno de sus viajes por el Mediterráneo, san Pablo, según la leyenda que circula, naufragó ante las costas de Malta. Habiendo logrado llegar a esa isla, fue mordido por una vibora. Encolerizado, maldijo entonces a todas las serpientes maltesas, por lo que sus lenguas bífidas se transformaron en piedra. Esas lenguas petrificadas, llamadas a veces “lenguas de san Pablo”, son muy comunes en Malta; no son otra cosa que los dientes de los tiburones del período mioceno, cuyas formas evocan las lenguas bífidas de las serpientes.

El relato ilustra muy bien la fascinación que han ejercido desde tiempos inmemoriales ciertos fósiles sobre la imaginación humana y la forma en que pueden ser explicados los orígenes de esos objetos misteriosos, más allá de toda hipótesis científica, en los sistemas de pensamientos tradicionales. Sin embargo, jamás conoceremos las más antiguas de esas leyendas explicativas, ya que el interés por los fósiles se remonta a la prehistoria lejana, tal como nos lo demuestran los diversos descubrimientos arqueológicos.

En el transcurso de sus excavaciones en las cuevas de Arcy-sur-Cure,  en Borgoña, el célebre prehistoriador francés André Leroi Gourhan descubrió en un estrato correspondiente qal paleolítico medio una pequeña pero muy antigua “colección paleontológica” ; se trataba de un polípero y de un gasterópodo fósiles, y habían sido llevados a esa cueva por un hombre de Neardenthal. Hará más de 50.000 años posiblemente, que la atención de un “hombre fósil” se vio atraida por esos objetos curiosos, hasta el punto de que se los llevó consigo. No cabe duda de que nunca sabremos cuáles eran las interpretaciones que los hombres prehistóricos daban a los fósiles que recogían. En todo caso, ciertas conchas profundamente enterradas, le pudieron recordar a sus conchas actuales, y bien pudiera ser que se hubieran preguntado en aquel entonces qué hacían sobre las rocas unos animales que se encuentran habitualmente en el agua.

Es cierto que siempre, a lo largo de la Historia, hemos tenido pensadores y naturalistas. La Historia natural es un término cuya definición es problemática, en tanto que diversas disciplinas la abordan de manera diferente. Muchas de estas concepciones incluyen el estudio de las cosas vivientes (por ejemplo, la biología, incluyendo botánica, zoología y ecología); otras concepciones extienden el término al campo de la paleontología, la geografía y la bioquímica, así como a la geología, astronomía y la física. Lo cierto es que, al final del camino, todas esas disciplinas se encuentras, es decir, están de una u otra manera relacionadas. Todo en el Universo tiene una conexión que no siempre podemos ver o comprender.

Claro que, algunos pensadores griegos ya especularon con las viejas conchas fósiles que se hallaban dentro de las piedras y que eran el origen de especulaciones “geológicas” de algunos que, como Jenófanes o Heródoto, quiénes habían comprendido la naturaleza auténtica de ciertas conchas fósiles y habían sacado conclusiones pertinentes, aquellos restos de organismos marinos, encontrados tierra adentro, demostraba que los mares, se extendían en otras épocas mucho más allá de sus límites actuales.

Lo cierto es que, construir la historia de la vida en nuestro planeta es imposible, sólo podemos ir atando cabos a medida que se encuentran huellas de ella en las viejas rocas, y, como la vida consciente tardó mucho más en llegar…

“La atmósfera primitiva de la Tierra estaba compuesta por gases como vapor de agua, dióxido de carbono, nitrógeno, azufre, metano, hidrógeno, amoniaco, sulfuro de hidrógeno, entre otros. No tenía oxígeno libre. “

En una Tierra primitiva, hace ahora unos 3.850 millones de años, surgieron las primeras formas de vida, aquellas células replicantes que comenzaron la fascinante aventura. Las condiciones cambiantes del planeta, la atmósfera y el agua líquida corriente… entre otros parámetros físicos naturales lo hicieron posible con el paso del Tiempo y la evolución por adaptación al medio.

Carecemos de esa Historia y sólo podemos hacer conjeturas a medida que vamos descubriendo indicios de lo que realmente pasó. Hasta el momento, en relación a nuestra especie… Nos falta el eslabón perdido!

Así, ¡carecemos de Historia fiable, toda vez que no existieron cronistas para escribirla! Así, nos vemos abocados a especular juntando todos los datos que hemos podido reunir y, de esas especulaciones, hemos formado un conjunto, si no plausible en su totalidad, sí aceptable mientras no encontremos más respuestas a la gran pregunta: ¿Cómo surgió la vida en la Tierra, y, es nuestro planeta el único lugar del Universo que la contiene?

Claro que, si creemos que la vida es ciudadana del universo sin fronteras, no debemos perder de vista la Panspermia, esas esporas viajeras que llegan a los mundos y en ellos, se posan y dejan pasar el tiempo para que, las condiciones locales, las radiaciones exteriores y propias del lugar, hagan su trabajo para que, con el tiempo suficiente por delante, puedan emerger y crecer hasta llegar a conformar seres con ideas y pensamientos.

Los animales unicelulares han descubierto el método más corto para comer las plantas. La muerte y el sexo han de crearse para que los organismos pluricelulares sean capaces de envejecer y dejar de funcionar como una cooperativa colonial de células. Los animales han descubierto como comerse a otros animales. Por encima de todo, ha evolucionado una especie inteligente, una especie tan lista que ha llegado a descubrir una vía para poder salir de la Tierra y llevar todo el proceso de la evolución hasta el extremo.

Nunca nadie ha sabido explicar lo que es la Vida a pesar de que también siempre nos lo hemos preguntado. Cuál es su origen y cómo surgieron los seres vivos que conocemos y que tenemos a nuestro alrededor, así como aquellos que con el paso de tiempo no supieron adaptarse y se extinguieron. La especie humana, la única que en nuestro planeta alcanzó la plenitud de conciencia, siempre ha tratado de responder a esa pregunta: ¿Qué es la Vida? Pero siempre también, resultó un gran problema el poder responderla y las Ciencias Naturales nunca pudo confeccionar una respuesta plausible. Hemos podido llegar a saber que sin los materiales fabricados en las estrellas, la vida no sería posible en nuestro Universo. Así muchos, dicen que somos… ¡Polvo de estrellas!

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

“Nadie sabe con exactitud cuándo o cómo comenzó su existencia la célula viva. Las evidencias disponibles sugieren que los precursores de las primeras células surgieron en forma espontánea, mediante el autoensamblaje de moléculas simples.”

¿Cómo ese proceso ordenado llegó a existir? Una vez que la célula es una entidad altamente ordenada y no aleatoria (evitando, la torpe regularidad de un cristal), se puede pensar en ella como un sistema que contiene información. La información es un ingrediente que adicionado, trae a la vida lo que serían átomos no vivos. ¿Cómo –nos preguntamos- la información puede ser introducida sin una inteligencia creativa sobrenatural? Este es el problema que la Ciencia aún tiene que responderse, lo que colocaría a Dios en la categoría de completamente desempleado.

La vida, seguramente, fue el resultado de los mismos procesos químicos y físicos que formaron los océanos y la corteza continental de nuestro planeta. Sin embargo, la vida es distinta porque puede experimentar evolución darwiniana. La selección natural ha desempeñado un papel fundamental en la evolución de plantas y animales durante los primeros tiempos de la historia de nuestro planeta, pero también dirigió la evolución química que hizo posible la propia vida. A grandes rasgos entendemos cómo pueden haber evolucionado las moléculas a partir de precursores simples presentes en la Tierra joven. Sin embargo, sigue siendo un misterio cómo las proteínas, los ácidos nucleicos y las membranas llegaron a interaccionar de forma tan compleja.

Según todos los indicios, en los primeros años del planeta, los continentes que hoy conocemos estaban todos unidos formando la denominada Pangea. El movimiento de las placas tectónicas terrestres logró que estos se separaran y, con el transcurso de millones de años, llegaron a adquirir la moderna forma que hoy conocemos. En todo ese transcurrir y, mientras tanto, una serie de condiciones nuevas aparecieron para hacer posible el surgir de la vida.

Distribución de los continentes hace 260 millones durante el Pérmico. El supercontinente con forma de “C” es Pangea; dentro de la C se localizan los océanos Paleo-Tetis al norte y Tetis al sur; separando ambos océanos se sitúa el continente Cimmeria; cerrando la “C” al noreste se sitúan los microcontinentes de China del Norte y China del Sur; mientras que el resto del globo está ocupado por el océano Panthalassa.

Microfósiles de sedimentos marinos. “Microfósil” es un término descriptivo que se aplica al hablar de plantas o animales fosilizados cuyo tamaño es menor de aquel que puede llegar a ser analizado por el ojo humano. Normalmente se utilizan dos rasgos diagnósticos para diferenciar microfósiles de eucariotas y procariotas.

A partir de todos los fragmentos que la ciencia ha podido ir acumulando, ¿Qué tipo de planeta podemos recomponer y qué procesos tuvieron que darse para que, la vida, tal como la conocemos pudiera surgir?

Sin temor a equivocarnos podemos afirmar que, cuando se formó el mar de Warrawoona la Tierra ya era un planeta biológico. Además, las mediciones de isótopos de carbono indican que ya podía haber comenzado la gran liberación ecológica de la fotosíntesis. No podemos tener la certeza si entre los microorganismos de aquel entonces había cianobacterias reproductoras de oxígeno, pero la presencia de cualquier tipo de organismo fotosintético en el océano de Warrawoona es de por sí muy informativa, pues nos permite colocar un punto de calibración en el árbol de la vida.

Los estromatolitos forman parte del registro fósil y son los responsables del oxígeno de la Tierra

Son la evidencia de vida más antigua que se conoce en la Tierra. Las rocas ígneas más antiguas de la Tierra están en Groenlandia y tienen 3800 millones de años. Los estromatolitos más antiguos son de Warrawoona, Australia y tienen unos 3500 millones de años (Precámbricos – Arqueanos). La edad de la Tierra como planeta acrecionado se calcula en 4500 millones de años. La teoría dice que, dadas las condiciones en esa época, los primeros habitantes de la Tierra debieron ser organismos unicelulares, procariontes, y anaerobios. Por tanto, los estromatolitos forman parte del registro fósil más importante de la vida microbiológica temprana. Pero además, vida microscópica fototrófica.

En la nueva concepción de la evolución microbiana que simboliza el árbol, los organismos fotosintéticos aparecen relativamente tarde y se diversifican mucho después del origen de la vida y de la divergencia de los principales dominios de la biología. Si la materia orgánica de Warrawoona es producto de la fotosíntesis, hay que concluir que para entonces la evolución de la vida ya debía llevar en marcha un buen tiempo.

Las observaciones geológicas indican que hace tres mil quinientos millones de años la atmósfera de la Tierra contenía nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua, pero muy poco oxígeno libre. La mayoría de las inferencias acerca de ambientes antiguos se realizan a partir de pistas sutiles que nos proporcionan la geoquímica; la signatura sedimentaria del oxígeno, sin embargo, es muy llamativa: bandas de color rojo vivo en rocas con silex ricos en hermatita (Fe₂ O₃), un mineral de óxido de hierro.

En la actualidad, nuestros conocimientos de la vida y ambientes arcaicos son a un tiempo frustrantes y emocionantes: frustrantes por las pocas certezas que tenemos y, sólo muchas hipótesis a partir de los datos dispersos que se van obteniendo, emocionante porque sabemos algo, por poco que esto pueda ser, es estimulante contar con un punto de partida que nos permita continuar en el estudio y la observación, seguir experimentando para que, algún día, sepamos a ciencia cierta, de donde pudo venir la vida.

Es verdad que las rocas más antiguas que podemos identificar nos indican la presencia de organismos complejos ¿qué clase de células vivían en aquellos tiempos aún más lejanos? En última instancia, ¡cuál será el verdadero origen de la vida?

Además de las cianobacterias, la microflora puede incluir algas (verdes y diatomeas), hongos, crustáceos, insectos, esporas, polen, rodofitas, fragmentos y sedimentos de todo tipo. La variedad biológica de cada comunidad estromatolitica dependerá de condiciones ambientales e hidrológicas: hipersalino, dulce-acuícola, intermareales, submareales, fuertes corrientes, moderadas nulas, cálidos, templado, altitud (afecta a la exposición de la luz uv). En la superficie, es rugosa, porosa y cubierta por mucilago, filamentos, etc. Las partículas de carbonato van quedado de atrapadas, hasta que la cementación por crecimiento de cristales, forma una capa mas, de esta forma la estructura aumenta de tamaño.

La Tierra es el tercer planeta del Sistema Solar. Esta situación orbital y sus características de masa la convierten en un planeta privilegiado, con una temperatura media de unos 15º C, agua en forma líquida y una atmósfera densa que pudo evolucionar, con oxígeno y otros ingredientes, condiciones imprescindibles para el desarrollo de la vida.

La creencia general es que hace unos 4.600 millones de años la corteza de la Tierra comenzó a consolidarse y las erupciones de los volcanes empezaron a formar la atmósfera, el vapor de agua y los océanos. El progresivo enfriamiento del agua y de la atmósfera permitió el nacimiento de la vida, iniciada en el mar en forma de bacterias y algas, de las que derivamos todos los seres vivos que habitamos hoy nuestro planeta tras un largo proceso de evolución biólógica.

Aun los organismos más simples son máquinas moleculares extraordinariamente sofisticadas. Las primeras formas de vida tenían que ser muchísimo más sencillas. Necesitamos encontrar una familia de moléculas lo bastante simples como para formarse por procesos químicos y lo bastante complejas como para servir de cimiento a la evolución de las células vivas. Una molécula capaz de contener información y estructura suficientes como para replicarse a sí mismas y, al cabo, para dirigir la síntesis de otros componentes que puedan canalizar la replicación con una eficiencia cada vez mayor.

ESTRUCTURA DE LA CELULA BACTERIANA

Unas moléculas, en fin, que pudieran iniciar una trayectoria evolutiva que permitiera a la vida emanciparse de los procesos físicos que le dieron nacimiento, sintetizando las moléculas necesarias para el crecimiento en lugar de incorporarlas de su entorno y captando energía química o solar para alimentar el funcionamiento de la célula.

El descubrimiento de las enzimas de ARN, o ribosomas, realizado de forma independiente y aproximadamente al mismo tiempo por el bioquímico de Yale Sidney Altman, tuvo un efecto catalítico sobre el pensamiento acerca del origen de la vida.

Los enzimas de ARN (llamadas “ribozimas” o “aptazimas”) son moléculas de ARN capaces de autorreplicarse a temperatura constante en ausencia de proteínas. Utilizan la llamada replicación cruzada, en la que dos enzimas se catalizan el uno al otro de forma mutua. Este proceso permite entender cómo surgió la vida, pero los biotecnólogos las usan para algo mucho más prosaico. Estos enzimas de ARN pueden ser utilizados para detectar una gran variedad de compuestos, incluyendo muchos relevantes en diagnóstico médico. El compuesto orgánico se liga al aptazima, que se replica exponencialmente, amplificando exponencialmente la concentración del compuesto hasta permitir que sea fácilmente detectado.

En palabras del filósofo de la biología Iris Fry, esta extraordinaria molécula se alzó como “el huevo y la gallina al mismo tiempo” en el rompecabezas del orgien de la vida. La vida, esa misteriosa complejidad que surgió a partir de la “materia inerte” que, bajo ciertas y complejas condiciones, dio lugar a que lo sencillo se conviertiera en complejo, a que lo inerte pudiera despertar hasta los pensamientos.

Sabemos que, en ciertas condiciones prebióticas, los aminoácidos se forman fácilmente, así quedó demostrado por Stanley Miller en su gamoso experimento. Como los ácidos nucléicos, pueden unirse para formar péptidos, las cadenas de aminoácidos que se pliegan para formar proteínas funcionales.

Hay teorías para todos los gustos, y, el afamado Freeman Dyson, un renombrado físico que ha pensado profundamente sobre el origen de la vida, sugiere que en realidad la vida comenzó en dos ocasiones, una por la vía del ARN y otra vez por vía de las proteínas. Las células con proteínas y ácidos nucleicos interactivos habrían surgido más tarde en función proto-biológica.  Y, está claro que, la innovación por alianzas es uno de los principales temas de la evolución.

En el árbol de la vida, nosotros (“tan importantes”), sólo somos una pequeña ramita.

Hay muchos procesos que son de una importancia extrema en la vida de nuestro planeta y, dado que los organismos fotosintéticos (o quimiosinteéticos) no pueden fraccionar isótopos de carbono en más de unas treinta parte por 1.000, necesitamos invocar la participación de otros metabolismos para poder explicar los resultados de las mediciones que se han realizado. Los candidatos más probables son bacterias que se alimentan de metano en los sedimentos. Estas bacterias obtienen tanto el carbono como la energía del gas natural (CH₄) y, al igual que los organismos fotosintéticos, son selectivos con los isótopos. A causa de su preferencia química por el ¹²CH₄ frente al ¹³CH₄, los microbios que se alimentan de metano fraccionan los isótopos de carbono en unas veinte o vejnticinco partes por 1.000 en los ambientes donde el metano es abundante. ¿Habéis pensado en la posibilidad de que esos organismos fotosintéticos estén presentes en Titán? ¡El festín está servido!

              Los océanos de metano de Titán podrían ser una buena fuente de vida

La fotosíntesis anoxigénica se da en los organismos que utiliza la energía de la luz del sol, dióxido de carbono (sustrato a reducir) y sulfuro de hidrógeno (en lugar del agua) como dador de electrones que se oxida, se fabrican glúcidos y se libera azufre a el medio acuoso donde habitan o se aloja en el interior de la bacteria.

Otra característica es que los organismos foto-sintéticos anoxigénicos contienen bacterio-clorofila, un tipo de clorofila exclusiva de los foto-organótrofos, usan longitudes de onda de luz que no son absorbidas por las plantas. Estas bacterias contienen también carotenoides, pigmentos encargados de la absorción de la energía de la luz y posterior transmisión a la bacterio-clorofila. El color de estos pigmentos dan el nombre a estas bacterias: bacterias púrpuras del azufre y bacterias verdes del azufre. En las cianobacterias los pigmentos captadores de luz son las ficobilinas, por lo tanto se les nombra, bacterias azules.

Cualquiera de estas imágenes de arriba nos cuenta una larga y compleja historia de cómo se pudieron formar cada uno de los ahí representados, y, en cualquiera de sus fases, formas y colores, es toda una gran obra de la Ingeniería de la Naturaleza que, al fin y al cabo, es la única fuente de la que debemos beber para saciar nuestra sed de sabiduría y alejar la ignorancia que nos abruma.

No pocas veces he dejado aquí constancia de que, el Universo, en todas sus regiones, por muy alejadas que estén, se rige por unas leyes que están presentes en todas parte por igual, y, así lo confirman mil observaciones y mil proyectos que a tal efecto se han llevado a buen término. Por ejemplo, mediaciones precisas de isótopos de azufre en muestras de Marte traídas a la Tierra por meteoritos demuestran que muy pronto en la historia del planeta vecino el ciclo del azufre estaba dominado por procesos atmosféricos que producían un fraccionamiento independiente de la masa.

Valles en Marte. (ESA) La región de Valles Marineris, que tiene una longitud de 4.000 kilómetros y una anchura de 600 kilómetros, es el sistema de cañones más grande conocido en el sistema solar, con profundidades que llegan a los diez kilómetros.

Basándose en este descubrimiento del fraccionamiento independiente de la masa, se dirigió la atención sobre las rocas terrestres más antiguas. Para sorpresas de muchos geoquímicos, lo que se halló fue que el yeso y la pirita de las sucesiones sedimentarias más antiguas de la Tierra  también como en Marte, han dejado constancias del fraccionamiento independiente de la masa de los isótopos de azufre. Al igual que en Marte, en la Tierra primitiva la química del azufre se encontraba al parecer influenciada por procesos fotoquímicos que sólo pueden producirse en una atmósfera pobre en oxígeno. La etapa del oxígeno comenzó en nuestra atmósfera a comienzos del eón Ptoterozoico. En suma, todos los caminos de la biogeoquímica llevan al mismo sitio, es decir, lo que pasa aquí pudo pasar allí y, al decir allí, quiero decir en cualquier planeta de cualquier galaxia. Las leyes fundamentales de la Naturaleza son, las mismas en todas partes. No existen sitios privilegiados.

                                       Es difícil imaginarse hoy una Tierra sin oxígeno

Dos equipos independientes de investigadores descubrieron que el oxígeno gaseoso apareció en la atmósfera terrestre unos 100 millones de años antes del evento de la gran oxidación de hace 2400 millones de años. Es decir, cuando cambió la antigua atmósfera y el planeta se equipo con la que hoy conocemos.

El oxígeno es un gas muy reactivo, no existe de manera libre durante un largo período de tiempo, pues forma óxidos o reacciona con otras sustancias de manera rápida. Si está presente en la atmósfera es porque las plantas lo reponen continuamente. Antes de la invención de la fotosíntesis y durante muchos cientos de millones de años no había oxígeno libre en la Tierra.

En los estratos geológicos se pueden encontrar pruebas de la existencia de un momento en el que se produjo una gran oxidación mineral, prueba de que el oxígeno se encontraba ya libre en la atmósfera terrestre por primera vez y en gran cantidad. A este hecho se le ha denominado evento de gran oxidación, o GOE en sus siglas en inglés, y fue un hecho dramático en la historia de la Tierra. Este oxígeno permitió más tarde la aparición de vida animal compleja. Los geólogos creían que durante el GOE los niveles de oxígeno subieron rápidamente desde niveles prácticamente despreciables.

El mundo bacteriano es fascinante

Con estas bacterias es posible obtener dos tipos de celdas microbianas o baterías. Unas llamadas celdas de sedimento emplean el lodo donde habitan estos microorganismos; ahí, se produce energía simplemente conectando un electrodo en la parte donde, a cierta profundidad, no hay oxígeno, con otro electrodo que se encuentre en presencia de oxígeno.

¿Cómo respondió la vida a la revolución del oxígeno? Podemos imaginar, un “holocausto de oxígeno” que habría llevado a la muerte y la extinción a innumerables linajes de microorganismos anaeróbicos. Pero hace dos mil doscientos millones de años los ambientes anóxicos no desaparecieron; simplemente, quedaron relegados bajo una capa oxigenada de agua y sedimentos superficiales.

Aquello permitió a la Tierra dar cobijo a una diversidad biológica sin precedentes. Los microorganismos anaeróbicos mantuvieron un papel esencial en el funcionamiento de los ecosistemas, igual que en la actualidad.

En la primera fase de cualquier ejercicio aeróbico, el oxígeno se combina con la glucosa procedente del glucógeno. Al cabo de unos minutos, cuando el cuerpo nota que escasea el azúcar, empieza a descomponer las grasas. Entonces disminuye un poco el rendimiento, mientras el cuerpo se adapta al cambio de origen de su energía. Superado este punto, se vuelve a los niveles y sensaciones normales, pero se queman grasas en lugar de glucosa.

De otro lado, los organismos que utilizan, o al menos toleran el oxígeno se expandieron enormemente. La respiración aeróbica se convirtió en una de las formas principales de metabolismo en las bacterias, y las bacteria quimiosintéticas que obtienen energía de la reacción entre oxígeno e hidrógeno o iones metálicos se diversificaron a lo largo de la frontera entre ambientes ricos en oxígeno y ambientes pobres en oxígeno. Desde ese momento, la Tierra comenzó a convertirse en nuestro mundo.

Nuestro mundo, rico en agua líquida que cubre el 71% de la superficie del planeta, y, su atmósfera con un 78% (en volumen) de Nitrógeno, un 21 de Oxígeno y un 0,9 de Argón, además de dióxido de carbono, hidrógeno y otros gases en cantidades mucho menores que, permiten que nuestros organismos encuentren el medio idóneo para poder vivir. Otros muchos factores presentes en la Tierra contribuyen a que nuestra presencia aquí sea posible.

Las algas verdeazuladas también son llamadas bacterias verdeazuladas porque carecen de membrana nuclear como las bacterias. Sólo existe un equivalente del núcleo, el centroplasma, que está rodeado sin límite preciso por el cromatoplasma periférico coloreado. El hecho de que éstas se clasifiquen como algas en vez de bacterias es porque liberan oxígeno realizando una fotosíntesis similar a la de las plantas superiores. Ciertas formas tienen vida independiente, pero la mayoría se agrega en colonias o forma filamentos. Su color varía desde verdeazulado hasta rojo o púrpura dependiendo de la proporción de dos pigmentos fotosintéticos especiales: la ficocianina (azul) y la ficoeritrina (rojo), que ocultan el color verde de la clorofila.

Mientras que las plantas superiores presentan dos clases de clorofila llamadas A y B, las algas verdeazuladas contienen sólo la de tipo A, pero ésta no se encuentra en los cloroplastos, sino que se distribuye por toda la célula. Se reproducen por esporas o por fragmentación de los filamentos pluricelulares. Las algas verdeazuladas se encuentran en hábitats diversos de todo el mundo. Abundan en la corteza de los árboles, rocas y suelos húmedos donde realizan la fijación de nitrógeno. Algunas coexisten en simbiosis con hongos para formar líquenes. Cuando hace calor, algunas especies forman extensas y, a veces, tóxicas floraciones en la superficie de charcas y en las costas. En aguas tropicales poco profundas, las matas de algas llegan a constituir unas formaciones curvadas llamadas estromatolitos, cuyos fósiles se han encontrado en rocas formadas durante el precámbrico, hace más de 3.000 millones de años. Esto sugiere el papel tan importante que desempeñaron estos organismos cambiando la atmósfera primitiva, rica en dióxido de carbono, por la mezcla oxigenada que existe actualmente. Ciertas especies viven en la superficie de los estanques formando las “flores de agua”.

Sin descanso se habla de que nosotros, con nuestro comportamiento estamos cambiando la atmósfera de la Tierra, que contaminamos y que, de seguir así, podemos acabar con la vida placentera en el planeta. Tal exageración queda anulada por la realidad de los hechos.

Gigantescas ciudades son una buena muestra de nuestra presencia aquí, y, ¿Qué duda nos puede caber? Nuestro morfología nos ha convertido en el ser vivo dominante en el planeta. Sin embargo, no somos los que más hemos incidido en sus condiciones. Si se estudia la larga historia de la vida en la Tierra, podremos ver que una inmensa cantidad de especies han interactuado con la biosfera para modificar, en mayor o menor medida los ecosistemas del mundo. En realidad, la especie que cambió el planeta de manera radical, la que en verdad modificó la Tierra hasta traerla a lo que hoy es, creando una biosfera nueva a la que todas las especies se tuvieron que adaptar (también nosotros), esa especie que, aunque diminuta en su individualidad forma un gigantesco grupo, no son otras que las cianobacterias.

De esa manera, si el oxígeno trajo consigo un cambio revolucionario, las heroínas de la revolución fueron las cianobacterias. Fósiles extraordinariamente bien conservados en síles de Siberia de mil quinientos millones de años de edad demuestran que las bacterias verdeazuladas se diversificaron tempranamente y se han mantenido hasta la actualidad sin alterar de manera sustancial su forma. La capacidad de cambiar con rapidez, pero persistir indefinidamente, compendia la evolución bacteriana.

Las cianobacterias comparten con algunas otras bacterias la habilidad de tomar el N2 del aire, donde es el gas más abundante, y reducirlo a amonio (NH4), una forma que todas las células pueden aprovechar. Los autótrofos que no pueden fijar el N2, tienen que tomar nitrato (NO3-), que es una sustancia escasa. Esto les ocurre por ejemplo a las plantas. Algunas cianobacteria son simbiontes de plantas acuáticas, como los helechos del género Azolla, a las que suministran nitrógeno. Dada su abundancia en distintos ambientes las cianobacterias son importantes para la circulación de nutrientes, incorporando nitrógeno a la cadena alimentaria, en la que participan como productores primarios o como descomponedores.

                                       Es importante una higiene constante

La resistencia general de las bacterias a la extinción es media tarde, las bacterias que hayan sobrevivido al cepillo de dientes se habrán multiplicado hasta el extremo de recubrir nuevamente el interior de la boca. Además, las bacterias saben habérselas muy bien con medios cambiantes. El aire, por ejemplo, está lleno de bacterias; un plato de leche colocado en el alfeizar de la ventana no tarda en fermentar.

Incluso nuestros cuerpos en seco, contienen un diez por ciento de bacterias que viven en estrecha simbiosis con nosotros, por ejemplo, las Mitocondrias sin las que no podríamos vivir, toda vez que, entre otras funciones, nos proporcionan la energía del cerebro.

Una cosa que me tranquiliza un poco, es que, a pesar de mis más de ocho décadas de vida… ¡Sigo sintiendo la misma curiosidad de siempre, o, quizás aumentada! Esa es una buenísima señal, y, el no dejar de buscar respuestas me tiene la Mente más despiertas, no puedo caer en el tedio ni en el aburrimiento, siempre persigo alguna respuesta de las muchas cosas que ignoro.

Emilio Silvera Vázquez

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