Las leyes de la naturaleza son las mismas en cualquier lugar de “nuestro” Universo; todo está formado por partículas elementales que se unen para formar núcleos, átomos, células y materia. Todo ello, se produce en un medio que no conocemos bien del todo, al parecer existen algunos parámetros desconocidos que hacen que las cosas sean como son. Algo puede estar permeando todo el espacio y no sabemos lo que pueda ser, existen lo que llamamos energía y fluctuaciones de vacío que no sabemos bien lo que puedan ser, hay (según nos dicen) más materia de la que podemos ver, y, tanto el mundo infinitesimal de lo cuántico como el macrocosmos, existen fenómenos que debemos descubrir si queremos saber, lo que la Naturaleza es.

La cueva Reed Flute de Guilin, China fue descubierta durante la Dinastía Tang hace casi 1,300 años. Y, de la misma manera, hemos descubierto otras maravillas en el mundo físico. Leucipo y Demócrito conjeturaron, 45o años a. C., que la materia estaba hecha de entidades indivisibles, los átomos y, Platón, enseñaba que el mundo material sólo era la sombra de la realidad.

Einstein se inspiró en la invariancia de la velocidad de la luz para regalarnos su teoría de la relatividad especial con su sencilla y asombrosa fórmula  E = mc², que nos dice la igualdad entre masa y energía. Nos dijo cómo se ralentizaba el tiempo al viajar más rápido y, con su teoría de la relatividad general, nos dejó una profunda lección de cómo se formula una teoría de la máxima eficacia mediante unas ecuaciones de bella factura y, sobre todo, de un extenso e inmenso mensaje que hoy, 100 años después, aún está dando sus frutos.

Cheddar Gorge es el mas grande cañón británico que se encuentra dentro de las Cavernas Cheddar, donde en 1903 se descubrió el esqueleto humano mas antiguo y completo que data de 9,000 años de antigüedad. El poner estas imágenes que, al parecer, nada tienen que ver con los temas aquí tratados, es para hacer ver que, son muchas las cosas que desconocemos y que están aquí, a nuestro alrededor. Hay cosas que nos llaman la atención y nos hablan de la inteligencia humana: Hace 5.500 años que en Perú y México se cultivaba algodón.

Los grandes números de Eddington y Dirac, Los números infinitesimales de Planck, y trabajos de otros muchos personajes, tales como Maxwell o Lorentz, son los que, junto a otros de otras disciplinas científicas han facilitado al mundo el avance intelectual del que ahora dispone, y, a lo largo de mis escritos he procurado ir reflejándolos para facilitar al lector datos que no conocía y aspectos interesantes de las ciencias físicas y de otro tipo de saber.

Hamilton Pool una piscina natural formada de por la naturaleza cuando el domo de la caverna colapso, es frecuentada por naturalistas. Una bella piscina natural. Ante la presencia del agua, uno recuerda a aquél filósofo natural, Tales de Mileto (uno de los siete sabios de Grecia) que fue el primero en darse cuenta de la importancia del agua para la vida.

El espacio “vacío” del universo, las fuerzas que lo rigen, la simetría original en el Big Bang, las familias de las partículas con sus quarks, leptones y hadrones (bariones y mesones), y las partículas mediadoras de las fuerzas, gluones, fotones, partículas W y Z y el esquivo gravitón.

Estalactitas que adornan el techo de las cavernas Luray, Virginia, las aguas siguen mostrando un perfecto reflejo. Uno puede pensar en el tiempo que fue necesario para construir lo que arriba podemos contemplar, y, al mismo tiempo, pensar que, hace ahora 40.000 años que los humanos pudimos inventar el lenguaje complejo con la aparición de los seres humanos modernos.

El Modelo Estándar de la Física de Partículas y las interacciones con sus parámetros discrecionales y sus muchos beneficios con su eficacia como herramienta de trabajo que, a pesar de todo, debemos mejorar. Durante un largo camino de observar el mundo que nos rodea, los científicos han podido llegar a la formulación de modelos que nos hablan de cómo la Naturaleza se comporta en ciertos medios en regiones de lo muy pequeño y, también, en el macro-mundo del Cosmos de las Galaxias y todo lo que en ellas existe.

Las nuevas teorías de supercuerdas, la teoría M, sus autores y el final que pretenden unificar todas las fuerzas del universo, la materia, la luz y la gravedad (la teoría cuántica de Max Planck con la Relatividad de Einstein), la explicación de “todo” lo que en el Universo es.

También otras veces hemos comentado sobre el principio de incertidumbre de Heisenberg, la función de onda de Schrödinger, el cuanto de Planck, el positrón de Dirac, la exclusión de Pauli, la nueva teoría de Witten, el radio de Schwarzschild que, a partir de las ecuaciones de Einstein dedujo la existencia de agujeros negros con su singularidad y el horizonte de sucesos, punto sin retorno de lo que pueda traspasar sus límites.

Cuenta la leyenda que la Cueva Wookey fue habitada por cavernícolas en Somerset, Inglaterra. Por otra parte, también se cuenta que hace ahora 3.500 millones de años, células vivas microscópicas evolucionaban sobre la Tierra y que, poco después, la división sexual aceleró el ritmo de evolución biológica. Algo más tarde, aparecieron las plantas, el oxígeno envenenó la atmósfera de la Tierra y proliferaron los organismos aeróbicos (amantes del oxígeno).

 

La Protagonista de Contac y la máquina del Tiempo

 

He dedicado algunas líneas a explicar la teoría de los viajes en el tiempo, permitidos por las ecuaciones de Einstein a través de los agujeros de gusano que nos llevarían desde este universo hasta otros lugares muy lejanos y en otros tiempos distintos. Se habla de la materia exótica que permitiría mantener abierta la boca del agujero para permitir dicho viaje,  Kip S. Thorne y el físico Stephen Hawking  tuvieron largas discusiones sobre si eran o no eran posibles dichos viajes en el tiempo, el primero decía que sí y el segundo argumentaba que tenía que haber una censura temporal que los impediría. Sobre estos viajes que hoy día son pura teoría (no tenemos los medios ni las energías necesarias para poder realizarlos y tampoco la tecnología ni el conocimiento), se han escrito muchas historias y realizado muchas películas dentro del género futurista.

Este lago subterráneo en las cuevas de Mellisani, cerca de Kefalonia, fue encontrado cuando el techo de la cueva se derrumbó tras un terremoto en 1953. Como podéis ver, no siempre es necesario hacer un viaje en el tiempo a través de un agujero de gusano, aquí mismo, por casualidad, podemos encontrarnos con lugares como el de arriba que al haberse formado en otros tiempos, nos llevan a mundos remotos dentro de nuestro propio mundo.

Es bueno para el ser humano que sepa el por qué de las cosas, que se interese por lo que ocurre a su alrededor, por su planeta que le acoge, por el lugar que ocupamos en el universo, por cómo empezó todo, cómo terminará y qué será del futuro de nuestra civilización y de la Humanidad en este universo que, como todo, algún día lejano del futuro terminará.

https://youtu.be/72QiQRAEVe0

 

Finalmente, cuando las galaxias se separen entre sí y la temperatura del Universo alcance el Cero Absoluto (-273,15 ºC), llegará lo irremediable, el universo como sistema cerrado será fulminado por la Entropía, y, ni los átomos se moverán, no s3e crearán nuevas estrellas, nuevos mundos, ni nuevas formas de vida.

El fin del universo es irreversible, de ello hemos dejado amplio testimonio a lo largo de mis comentarios, su final estará determinado por la Densidad Crítica, la cantidad de materia que contenga nuestro universo que será la que lo clasifique como universo plano, universo abierto, o universo cerrado. En cada uno de estos modelos de universos, el final será distinto…,  claro que para nosotros, la Humanidad, será indiferente el  modelo que pueda resultar; en ninguno de ellos podríamos sobrevivir cuando llegara ese momento límite del fin. La congelación y el frío del cero absoluto o la calcinación del fuego final a miles de millones de grados del Big Crunch, acabarán con nosotros.

La Cueva Lechuguilla, en el Parque Nacional de las Cavernas de Carlsbad, Nuevo México es la quinta mayor caverna descubierta con 120 millas (193 km) de largo y 489 metros (1604 pies) de profundidad, lo cual la hace ser la más profunda en el territorio de Estados Unidos. Aquí estamos hablando de Densidades críticas, de un posible Big Crunch, del final del Universo. Sin embargo, ¿nos hemos parado a pensar en cómo se formaron lugares como el de arriba? ¿Cuánto tiempo se necesitó? Pienso, por ejemplo que, hace ahora 100.000 años que las estrellas adoptaron las formas de las constelaciones reconocibles. ¡El Tiempo!

Si se produce el Big Crunch, algunos, postulan que habrá una especie de “rebote” o fluctuación y a partir de esa contracción final, se producirá una nueva expansión y comenzará un nuevo universo que, desde luego, nadie sabe, si volverá a ser o tendrá las mismas fuerzas y constantes y materia que este Universo nuestro presente.

Para evitar la desaparición de la Humanidad se está trabajando desde hace décadas. Se buscan formas de superar dificultades que nos hacen presas fáciles de los elementos. La Naturaleza indomable, sus leyes y sus fuerzas, hoy por hoy son barreras insuperables, para poder hacerlo, necesitamos tiempo y saber.

                   Nunca conseguiremos vencer la velocidad de la luz pero… ¡Burlarla sí!

El saber nos dará soluciones para conseguir más energías, viajar más rápido y con menos riesgos, vivir mejor y más tiempo, superar barreras hoy impensables como las del límite de Planck, la barrera de la luz (para poder viajar a las estrellas) y el saber también posibilitará, algún día, que nuestras generaciones futuras puedan colonizar otros mundos en sistemas solares de estrellas lejanas, incluso se podrán habilitar mundos y viajar a otras galaxias, viajar a otro tiempo y, finalmente, viajar para escapar de nuestro destino, a otros universos.

Sí, lo sé, algunos de los que esto puedan leer pensarán que estoy fantaseando, pero la verdad es que no he hablado con más seriedad en mi vida, ya que, si no fuera como estoy diciendo, entonces, ¿para qué tantas calamidades, desvelos y sufrimientos?

Este lago subterráneo cerca de Macan Ché en la Península de Yucatán es uno de los muchos que se consideran regalos de los dioses Mayas, y por tanto, sagrada. Hace 800 años que estaba presente la cultura Olmeca en México, ¿será de aquella época ésta maravilla de la Naturaleza?

Creo que la Humanidad tiene que cumplir su destino, primero en las estrellas lejanas, en otros mundos dentro y fuera de nuestra galaxia, y después…, ¿Quién sabe? Y, a todo esto, no debemos olvidar que para conseguir lo que necesitamos, lo que en verdad tenemos que procurarnos es ¡TIEMPO! Claro que, según lo que podemos ver cada día, una Sociedad deteriorada y mal encaminada, ese tiempo se nos acaba, tenemos que poner remedio y retomar el buen camino para que todo lo que deseamos en nuestro futuro se pueda hacer realidad.

Nos referimos al tiempo en múltiples ocasiones y para distintas situaciones y motivos, como al referirnos a la duración de las cosas sujetas a cambios, época durante la cual ocurrieron unos hechos, edad de los objetos, estación del año, el período de vida de alguien desde que crece hasta que deja de existir, ocasión o coyuntura de hacer algo, cada uno de los actos sucesivos en que dividimos la ejecución de un trabajo, y otros mil temas que requieren la referencia temporal.

 

Corre inexorable y no lo podemos frenar

La configuración de esta formación de Caliza en este lago subterráneo de México se asemeja a una cascada convertida en piedra. La Naturaleza no tiene prisas, tiene todo el tiempo del mundo para conformar bellas maravillas que, mucho más tarde nosotros encontramos y admiramos. De la misma manera, muy poco a poco, a transcurrido el avance del saber de la Humanidad, recordemos, por ejemplo, que Aristarco de Samos (hace ya mucho tiempo) adoptó la hipótesis de una Tierra girando alrededor del Sol en un universo gigantesco. Eso fue mucho antes de que llegará Copérnico.

 

    Aristarco de Samos

En física, el tiempo es la cuarta coordenada espacial en el continuo espacio-tiempo. En gramática es la categoría que indica el momento relativo en que se realiza o sucede la acción del verbo: pretérito, lo que ha sucedido; presente, lo que sucede en ese momento y futuro, lo que aún no ha sucedido. Nos referimos al tiempo meteorológico para explicar el estado del clima (hace mal tiempo; qué tiempo más bueno hace hoy, etc). En mecánica, el tiempo puede estar referido a las fases de un motor. También están los tiempos referidos a cada una de las partes de igual duración en que se divide el compás musical. En astronomía nos referimos al tiempo de aberración en relación al recorrido de un planeta hasta llegar a un observador terrestre. El tiempo está también en la forma de cálculo horario que empleamos en nuestra vida cotidiana para controlar nuestros actos y evitar el caos (¿Qué haríamos sin horario de trenes, de comercio, bancos, oficinas,,,?).

                              Sí, el Tiempo transcurre inexorable

El tiempo es tan importante en nuestras vidas que está presente siempre, de mil formas diferentes, desde que nacemos (cuando comienza “nuestro tiempo”), hasta que morimos (cuando “nuestro tiempo ha terminado”). El tiempo siempre está. Es algo que, simplemente, está ahí. Sin embargo, a pesar de lo importante que es el TIEMPO, no he podido leer nunca una explicación satisfactoria sobre el mismo; una explicación que lo defina con sencillez y claridad sin restarle la importancia que tiene para todos y lo que en realidad es dentro del contexto – no ya de nuestras vidas, simples e insignificantes puntos en la inmensidad del universo – de la naturaleza cósmica de la que formamos parte.

¿Cuánto tiempo ha tenido la Naturaleza para formar  esta pequeña cascada y su entorno en Banff, Canadá?

Bueno, seguramente mucho más tiempo del que tuvo Pitágoras para enseñar a sus discípulos que “todo es número” y que, “la Naturaleza es armoniosa”.

       Los postulados de ésta Teoría sacó a relucir el escepticismo de la físicos

En el año 1.905, Einstein público su teoría de la relatividad especial y desde entonces, el concepto de “tiempo” cambió para el mundo. Minkowski, un antiguo profesor de Einstein, cuando repasó el trabajo de la relatividad especial, se dio cuenta de que a partir de ese momento se tendría que hablar del continuo espacio-temporal; el espacio y el tiempo dejan de estar separados, dejan de considerarse como entidades distintas, para pasar a estar conectados; conexión que, desde el punto de vista matemático, la dan las transformaciones de Lorentz.

Las transformaciones de Lorentz ponen de manifiesto cómo varía el tiempo, considerado como una cuarta coordenada.

Estamos acostumbrados a considerar el mundo como tridimensional. Para especificar exactamente la posición de un objeto en una habitación, por ejemplo un reloj encima de una mesa, partiremos de un ángulo de la habitación e indicaremos las distancias del reloj a las dos paredes que forman el ángulo y la altura respecto al suelo; la posición del reloj queda globalmente determinada por tres números, esto es, tres coordenadas espaciales.

Pero al hacerlo así no tenemos en cuenta el hecho de que el reloj en cuestión, que estaba encima de la mesa a las diez, puede estar en el dormitorio a las once y ser colocado en el mismo punto de la mesa que ocupaba antes a las once y media. Esto no importa cuando se considera un tiempo absoluto y, por tanto, hay un único reloj para todos los observadores, pero resulta esencial cuando sistemas de referencia en movimiento relativo tienen distintos relojes no sincronizables. Por tanto, todo observador tiene un espacio cuatridimensional (el espacio-tiempo) relativo al propio sistema de referencia.

Lost Sea en Sweetwater, Tennessee el lago subterráneo más grande del mundo. Pero, yo al menos considero que es mucho más grande todo lo que nosotros, a lo largo de nuestra evolución, hemos podido descubrir sobre la naturaleza de las cosas, de la materia, de las fuerzas de la Naturaleza y del Universo en su conjunto, y, todo ello, confinados en nuestro mundo, lo cual, no ha podido impedir que salgamos fuera, muy lejos, para ver que ocurre por ahí en las ignotas regiones del Cosmos.

Las transformaciones de Lorentz son más complejas que las de Galileo, pero tienen la ventaja de eliminar todas las contradicciones halladas anteriormente. Sin embargo, para velocidades muy inferiores a la de la luz, estas nuevas relaciones se reducen a las de Galileo, y sólo se manifiestan grandes diferencias cuando los sistemas de referencia tienen velocidades relativas próximas a la de la luz; entonces, el tiempo transcurre más lentamente para ese hipotético viajero que viaje a esas velocidades relativistas.

La diferencia fundamental entre la mecánica clásica y la mecánica relativista radica en el hecho de que, en el primer caso, la velocidad de un cuerpo es diferente para un observador en reposo y para otro en movimiento, es decir, es un concepto relativo; sin embargo, en el segundo caso la velocidad es un concepto absoluto, no cambia con el movimiento. No obstante, como cociente que es entre dos magnitudes fundamentales, espacio y tiempo, el hecho de que dos velocidades que deben ser diferentes sean iguales obliga a que exista una variación en el espacio y el tiempo. Así, se debe producir un acortamiento de los metros y una ralentización del tiempo. En la mecánica de Newton, por el contrario, los metros y los segundos son invariables.

Las transformaciones de Lorentz son un conjunto de ecuaciones que relacionan las coordenadas espacio-tiempo de dos sistemas que se mueven a velocidad constante el uno respecto al otro. Efectivamente, las fórmulas predicen una contracción espacial (contracción conocida como de Lorentz-Fitzgerald) y una dilatación temporal, cuando la velocidad relativa de los dos sistemas se aproximan a la de la luz. Sin embargo, Lorentz se vio obligado a introducir el concepto de tiempo local, que supone que el paso del tiempo varía según el lugar. Einstein se basó en la transformación de Lorentz y la mejoró para el desarrollo de su teoría de la relatividad especial.

Imágenes impresionantes las podemos hallar en cualquier parte y, siempre, sin excepción, están presentes los mecanismos de la naturaleza y la luz. En 1572, Tycho Brahe pudo ver el resplandor de una supernova en el cielo, y, por mi parte, cada día puedo ver el resplandor que emana de mi querida esposa que, para mí, brilla mucho más. ¡Qué paciencia tiene conmigo! Me sumerjo en mis escritos y me olvido del mundo.

El Diccionario Oxford-complutense de Física explica que, cuando se viaja a velocidades relativistas, cercanas a c, se produce lo que conocemos como contracción de Lorentz-Fitzgerald que se concreta en la contracción de un cuerpo móvil en la dirección del movimiento. Fue propuesta independientemente por H. A. Lorentz  (1.853 -1.928) y G. E. Fitzgerald (1.851-1.900) en 1892 para explicar el resultado negativo del experimento de Michelson – Morley. A la contracción se le dio el marco teórico en la teoría especial de la relatividad como antes hemos reseñado. La ecuación está definida de la forma siguiente:

De donde se sigue que, L₀ es la longitud en reposo (por ejemplo una barra), L es la longitud cuando el objeto se desplaza a velocidad v y c es la velocidad de la luz. La mecánica clásica estudia los fenómenos a una escala tal que v < c, por lo que estos cambios son apreciables.

                     La Naturaleza también tiene sus rarezas

Esa variación que experimenta el tiempo en la mecánica relativista cuestiona el concepto de simultaneidad, ya que bajo ese punto de vista no es fácil afirmar que dos fenómenos son simultáneos. Si lo son, deben ocurrir en el mismo instante, y para medir ese tiempo debe emplearse un mismo reloj para cada uno de los sucesos.

Lorentz supuso dos sistemas de ejes coordenados que se mueven uno respecto al otro con velocidad v. Las coordenadas de ambos sistemas están relacionadas entre sí según muestran las ecuaciones siguientes:

Siguen otra serie de ecuaciones que, al no ser el presente trabajo de tipo técnico ni para entendidos, no me parece procedente reseñar, y me limitaré a explicaciones escritas, no numéricas que no estarían al alcance de todos.

Así que, en realidad, tanta numerología nos viene a decir que:

• Los objetos se contraen en el sentido de su marcha si sus velocidades son relativistas (cercanas a c, la velocidad de la luz).
• El tiempo se dilata para el viajero que ocupe una nave espacial que corre a la velocidad de la luz o similar. Su tiempo transcurre más despacio que el tiempo de los que quedamos en la Tierra.

De esta forma, podemos demostrar cómo el tiempo es distinto para cada persona, lugar o circunstancia, tendremos tiempos unitarios y tiempos universales.

     — Y pasamos de estar en la copa de los árboles a… ¡Construir Estaciones Espaciales!

El transcurrir del tiempo en el universo está referido a un tiempo uniforme igual para todo y para todos. El transcurrir del tiempo de personas individuales o de grupos, en realidad, puede ser distinto del tiempo de otras personas o de otros grupos.

Lo que llamamos tiempo es otra de las incógnitas que tienen que resolver los seres humanos. ¿Existe en realidad el tiempo? ¿Es una abstracción? y, ¿por qué el tiempo no es igual para todos? y transcurre en función de la velocidad a la que viajemos o podamos estar en reposo.

Así lo demuestra . Son los efectos predichos por la teoría de la relatividad especial de Einstein; los tiempos son relativos al movimiento de los observadores. El reloj viajero es más lento en un factor = ecuación arriba reseñada.

Para poder contestar la pregunta ¿Cuándo comenzó el tiempo?, nos vemos obligado a retroceder 13.500 millones de años, hasta lo que conocemos como Big Bang, el origen del universo. Allí, en ese preciso momento, nació el tiempo y el espacio.

El Big Bang es la teoría más acertada del origen y evolución del universo que se originó a partir de un estado inicial de alta temperatura y densidad que, desde entonces, ha estado siempre expandiéndose, y es precisamente esta expansión la que da lugar al espacio (cada vez mayor) que abarca el universo y, al mismo ritmo, crece o transcurre el tiempo inexorable.

                   La Tierra, nuestro mundo, es una maravilla

El paso del tiempo lo cambia todo; los sistemas se transforman, viven y mueren para dar paso a otros nuevos sistemas. Estrellas que brillan durante miles de millones de años y con el paso del tiempo consumen su material-combustible nuclear y mueren explotando en novas o supernovas para, con su material complejo, contribuir a la formación de nuevas estrellas y planetas e incluso formas de vida.

Todo envejece, se deteriora por la acción de la entropía, del paso del tiempo. Sin embargo, él no cambia, es invariante, continúa su camino mientras que, a su alrededor, las mutaciones son continuas y lo único que permanece inalterable es: el Tiempo.

Me encantaría tener sabiduría para poder exponer de manera más amplia y precisa lo que es el Tiempo. Lo que aquí dejo escrito (después de documentarme), es corto y no me deja satisfecho. Cualquier persona mejor preparada lo habría hecho mejor pero, de todas formas, la voluntad que he puesto en este trabajo compensa sus posibles deficiencias y el lector sabrá disculpar las mismas.

De todas las maneras posibles en los que me he detenido a pensar sobre lo que es y supone el tiempo, la que más me impresiona es aquella que me hacer ver claramente que no podemos impedir su transcurrir, que su paso nos llevará hacia la eternidad convertidos en polvo, dejando atrás a los seres queridos que nos gustaría seguir protegiendo, sin llevarnos la certeza de lo que el destino les tiene reservado a sus vidas. Esa incertidumbre me causa una aguda impotencia, casi infinita que, en no pocas ocasiones, llego a sentir como un dolor físico y real causado por un pensamiento profundo del significado y las implicaciones irreversibles que el paso del tiempo nos trae a todos.

                              ¿Cómo puede existir, a estas alturas, un pueblo dentro de una Cueva?

Individualmente hablando, el tiempo está bien mientras nos acompaña en nuestro recorrido a lo largo de nuestras vidas; después él continúa su camino mientras nosotros desaparecemos. Colectivamente, el tiempo es muy importante. Cada uno de nosotros hacemos un trabajo y desarrollamos una actividad que se va sumando a la de los demás. Con el tiempo, el trabajo, ese conocimiento adquirido, continúa aumentando y ese tiempo “infinito” es el que necesitamos nosotros y los que vendrán detrás para resolver problemas muy graves que se presentarán en el futuro y que, de poder o no poder resolverlos, dependerá que la humanidad perdure.

“… Con el paso de los eones, hasta la misma muerte tendrá que morir”

El tiempo será la mejor herramienta con la que podemos contar para resolver todos los problemas. Así lo dijo Hilbert:

“Por muy inabordables que parezcan estos problemas, y por muy desamparados que nos encontremos frente a ellos hoy, tenemos la íntima convicción de que debe ser posible resolverlos mediante un número finito de deducciones lógicas. Y para ello, la mejor herramienta es el tiempo; él nos dará todas las respuestas a preguntas que hoy no podemos ni sabemos contestar”.

Es mucho lo que hemos avanzado en los últimos ciento cincuenta años.  El adelanto en todos los campos del saber es enorme. Las matemáticas, la física, la astronomía, la química, la biología genética, y otras muchas disciplinas científicas que, en el último siglo, han dado un cambio radical a nuestras vidas.

¿Hasta dónde podremos llegar? Ahí tenemos que estar ojo avizor, no podemos consentir que, nosotros mismos, construyamos seres que sean nuestros destructores.

Con el tiempo suficiente por delante… no tenemos límite. Todo lo que la mente humana pueda idear… podrá hacerlo realidad. A excepción, claro está, de las imposibilidades físicas que, en este momento, no tenemos la capacidad intelectual para enumerar, ya que, incluso en ese campo, se avanza para que, poco a poco, y, cada día, podamos creer más en el hecho de que la inmortalidad podría, algún día, ser un hecho cierto a través de la robótica.

La verdad es que nuestra especie es inmortal. Sí, lo sé, a nivel individual morimos pero…, debemos tener un horizonte más amplio y evaluar una realidad más global y, sobre todo, a más largo plazo. Todos dejamos aquí nuestro granito de arena, lo que conseguimos no se pierde y nuestras antorchas son tomadas por aquellos que nos siguen para continuar el trabajo emprendido, ampliar los conocimientos, perfeccionar nuestros logros y pasar a la fase siguiente. Este es un punto de vista que nos hace inmortales e invencibles, nada podrá parar el avance de nuestra especie, a excepción de nuestra especie misma.

Nebulosa Dumbbell

La humanidad necesita más energía para continuar avanzando. Los recursos naturales fósiles, como el petróleo, el gas o el carbón, son cada vez más escasos y difíciles de conseguir. Se ha llegado a un punto en el que se deben conseguir otras energías. Estos combustibles, en su momento cambiaron el rumbo de la Humanidad, sin embargo, están quedando en el pasado, y, a estas alturas se necesitan nuevas fuentes de energía que posibiliten otras formas de avanzar y de profundizar en los secretos de la Naturaleza, y, para eso, sólo necesitamos…Tiempo.

                        ¿Mutará nuestros cerebros para ser mejores?

Sí, es el Tiempo el factor que juega a nuestro favor para conseguir nuestros logros más difíciles, para poder responder preguntas de las que hoy no tenemos respuesta, y es precisamente la sabiduría que adquirimos con el paso del Tiempo la que nos posibilita para hacer nuevas preguntas, más profundas que las anteriores y que antes, por ignorancia, no podríamos hacer.  Cada nuevo conocimiento nos abre una puerta que nos invita a entrar en una nueva región donde encontramos otras puertas cerradas que tendremos que abrir para continuar nuestro camino. Sin embargo, hasta ahora, con el “Tiempo” suficiente para ello, hemos podido franquearlas hasta llegar al momento presente en el que estamos ante puertas cerradas con letreros en los que se puede leer: fusión, teoría M, viajes espaciales tripulados, nuevas formas de materia, el gravitón, la partícula de Higgs, las ondas de energía de los agujeros negros, hiperespacio, otros universos, materia oscura, y otras dimensiones.

La Partícula de Higgs que puede estar inmersa en una maraña surgida de las explosiones del LHC. ¿Cuándo aparecerá? Pero, ¿existe? Se preguntaban en aquel entonces de pruebas interminables.

Todas esas puertas y muchas más nos quedan por abrir. Además, tenemos ante nuestras narices puertas cerradas que llevan puesto el nombre de: genética, nanotecnología, nuevos fármacos, alargamiento de la vida media, y  muchas más en otras ramas de la ciencia y del saber humano.

Aunque es mucho lo que se ha especulado sobre el tema, en realidad, el tiempo sólo transcurre (que sepamos) en una dirección, hacia delante. Nunca ha ocurrido que unos hechos, que unos sucesos, se pudieran borrar, ya que para ello habría que volver en el tiempo anterior al suceso para evitar que sucedieran. Está claro que en nuestro universo, el tiempo sólo transcurre hacia lo que llamamos futuro.

       El Pasado enterrado en las arenas del Tiempo

El Presente para vivirlo sin desperdiciar ni un segundo

           El Futuro que nunca podremos conocer

Siempre encontramos las huellas del paso del tiempo, aparecen sutiles efectos que delata el sentido de su transcurrir, aunque es algo que no se puede ver ni tocar, su paso se deja sentir, lo nuevo lo va convirtiendo en viejo, con su transcurrir, las cosas cambian. La misma Tierra, debido a las fuerzas de marea, con el paso del tiempo va disminuyendo muy lentamente su rotación alrededor de su eje (el día se alarga) y la distancia media entre la Tierra y la Luna crece. El movimiento de un péndulo, con el tiempo disminuye lentamente en su amplitud por las fuerzas de rozamiento. Siempre está presente ese fino efecto delator del sentido del paso del tiempo que va creando entropía destructora de los sistemas que ven desaparecer su energía y cómo el caos lo invade todo.

                                            ¿Le dijimos ¡Te quiero! lo suficiente?

No pocas veces, nosotros mismos, distorsionamos el paso del tiempo con nuestro quehacer. ¡Insensatos!

Nos podríamos hacer tantas preguntas sobre las múltiples vertientes en que se ramifica el tiempo que, seguramente,  ni un extenso libro sería insuficiente para poder contestarlas todas (de muchas no sabríamos la respuesta).

• ¿Por qué consideramos que el tiempo rige nuestras vidas?
• ¿Cómo explicarías “qué es el tiempo”?
• ¿Por qué unas veces te parece que el tiempo “pasa rápido” y otras veces “muy lento”?
• ¿Crees que el tiempo estaba antes del Big Bang? ¿Por qué?
• ¿En algún momento se acabará el tiempo?
• ¿Cómo el ser humano “fue consciente” de la existencia del tiempo?
• ¿Qué cosa es el tiempo?
• ¿Por qué no lo vemos ni tocamos pero notamos sus efectos?
• ¿Por qué la velocidad relativista puede frenar el transcurrir del tiempo?

El concepto de tiempo está enclavado en las profundidades y conceptos más avanzados de la física y la astronomía. Sin embargo, su verdadera naturaleza permanece en el misterio. Todo acontece con el transcurso del tiempo que es implacable y fluye continuamente y todo lo que existió, lo que existe y lo que existirá, está sometido a los efectos del tiempo que, desgraciadamente, sí podemos ver. La destrucción provocada por el paso del tiempo es muy real, y tanto en las cosas como en nosotros mismos, el resultado es el mismo: ¡la aniquilación y la muerte!

Bueno, creo que hay otras formas de mirar el cuadro en el que estamos inmersos y que, nuestro Universo es un Sistema Cerrado que se regenera, y, por eso en las Galaxias las estrellas mueren, nacen Nebulosas de donde nacen nuevas estrellas y de esta manera, el Universo se defiende de la entropía destructora y, de igual forma nosotros, de alguna manera, actuamos igual que el Universo, unos nos vamos para posibilitar que vengan otros que, como las nuevas estrellas vendrán llenos de energía para poder seguir en la lucha de conseguir…nuestro destino, el destino de la Humanidad que, como tantas veces he repetido, está, ineludiblemente, donde está nuestro origen:  ¡las Estrellas!

Emilio Silvera V.

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Una galaxia extremadamente distante, HD1,  anunciada en abril de 2022. Ubicada a unos 13.500 millones de años luz, existía 330 millones de años después del Big Bang y fue detectada utilizando datos de varios telescopios, incluido el Hubble,

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La presencia de agua en el planeta res esencial para la vida

El acercamiento a este extraño elemento constitutivo, sin embargo, desde la perspectiva de la física cuántica (desde la ecuación de Schrödinger para ser más exactos), y gracias al uso de un conjunto de ordenadores super-potentes, ha revelado la estructura subyacente del conjunto de moléculas aparentemente sencillas del agua, que están formadas “tan sólo” por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

El logro lo ha alcanzado un equipo de científicos de la universidad norteamericana de Delaware y de la Radboud University de Holanda, que han desarrollado un nuevo método para desvelar las propiedades ocultas del agua, y sin necesidad de concienzudos experimentos de laboratorio: simplemente, informática.

Principios fundamentales

Funciones de onda del electrón en un átomo de hidrógeno en diferentes niveles de energía. La mecánica cuántica no puede predecir la ubicación exacta de una partícula en el espacio, solo la probabilidad de encontrarla en diferentes lugares. Las áreas más brillantes representan una mayor probabilidad de encontrar el electrón.

Y es que toda la química y la física a nivel macroscópico podría describirse mediante una única ecuación de Schrödinger para un número enorme de átomos (aproximadamente  6.022×10²³   átomos por mol). Sin embargo, aunque es teóricamente correcta, su aplicación práctica es actualmente imposible debido a la enorme complejidad computacional que implicaría resolver una ecuación de tal magnitud, lo que limita su uso a sistemas más pequeños. 

• La idea teórica:

  La ecuación de Schrödinger es una ley fundamental de la mecánica cuántica que describe el estado de un sistema físico, como un átomo o una molécula, en términos de su función de onda. 
• La escala macroscópica:

  En principio, si pudiéramos aplicar la ecuación a todos los átomos individuales de una sustancia macroscópica, su comportamiento colectivo (química y física) quedaría completamente determinado. 
• La complejidad:

  La aplicación práctica de esta idea es inviable porque la ecuación de Schrödinger se vuelve computacionalmente intratable cuando el número de partículas (átomos) es extremadamente grande, como los 10²³  átomos que hay en una unidad de materia.
• El uso práctico:

  Por esta razón, la ecuación de Schrödinger se utiliza con éxito para describir sistemas más pequeños, como los átomos individuales y las moléculas, mientras que la física macroscópica se basa en aproximaciones estadísticas y leyes como las de Newton.

Utilizar esta ecuación y aplicarla de manera eficaz es actualmente posible gracias al uso de ordenadores con una capacidad de cálculo super-potente, que permitirían comprender algunas de las enigmáticas propiedades del agua. Este tipo de herramienta informática de análisis ya se ha aplicado en otros campos, como la meteorología y la mecánica celeste.

Propiedades extrañas

Todo el mundo sabe que una molécula de agua es H2O, pero, aunque su composición parezca simple, el agua líquida en realidad es mucho más compleja que eso. Por ejemplo, señala Szalewicz, contrariamente a otros líquidos, el agua aumenta de volumen cuando se congela, lo que explica que el hielo flote en el agua. Por otro lado, el agua puede absorber grandes cantidades de calor antes de empezar a calentarse y lo libera lentamente mientras se enfría.

Las características únicas del agua parecen relacionarse con su estructura molecular y con la capacidad de sus moléculas para formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua. El hidrógeno de la molécula del agua tiene una carga ligeramente positiva, mientras que la carga del otro extremo de la molécula es ligeramente negativa.

Tradicionalmente se pensó que en el agua en estado líquido cada molécula se coordinaba con una media de otras cuatro moléculas gracias a estos enlaces de hidrógeno. Sin embargo, posteriormente se descubrió que esta coordinación tiene lugar sólo con dos moléculas.

Ambigüedades

 

Todas estas ambigüedades del agua han sido estudiadas desde la mecánica cuántica por Szalewicz y sus colegas, aplicando leyes de la física a un nivel microscópico, allí aparece la vida oculta del agua y todo lo que en ella se esconde.

El resultado: los investigadores han conseguido generar un nuevo marco teórico para describir la estructura y el comportamiento de la molécula del agua átomo a átomo, gracias a los ordenadores de última generación, multiprocesadores, capaces de aportar soluciones bastante ajustadas de las ecuaciones de la mecánica cuántica para la descripción de las fuerzas que ejercen unas moléculas del agua sobre otras. Esto debería permitir desvelar el porqué de las extrañas propiedades de este líquido.

                                                      Una gota de agua bajo el microscopio

Con un conjunto de ordenadores Linux funcionando en paralelo, y que realizaron cálculos a gran escala, el estudio tardó varios meses en completarse. El nuevo modelo puede predecir con bastante exactitud, tanto las propiedades de un par de moléculas de agua, como las del agua en estado líquido.

Las aplicaciones de este novedoso modelo, señalan los investigadores, van desde la posibilidad de comprender mejor el agua en diversos estados y en condiciones extremas, hasta el estudio de otros líquidos y sistemas moleculares, el ADN en biología o el llamado plegamiento de proteínas (proceso por el que una proteína alcanza su estructura tridimensional), entre otras.

Todos estos conocimientos que han sido conquistados por nuestra especie, son objetos de publicaciones múltiples en los medios, se dan conferencias, entrevistas, publicaciones de todo tipo encaminadas a divulgar conocimientos esenciales para conocer el mundo en el que vivimos.

Emilio Silvera V.

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“¿Cuántas generaciones de partículas existen? El modelo estándar no predice el número de generaciones de fermiones (quarks y leptones). Hoy conocemos tres generaciones, pero podrían existir más. Una cuarta generación dentro del modelo estándar estaría formada por dos quarks pesados y y dos leptones pesados y . Cualquier otra opción implicaría física más allá del modelo estándar. En este caso SM4 sustituiría a SM3, como SM3 sustituyó a SM2 en los 1970.”

(Fuente Francis (th)E mule Science’s News).

Pero hablemos de partículas “bellas” de materia y antimateria. Así se titula un magnifico artículo de Don Alberto Ruiz Jimeno, miembro del Grupo de Altas Energías del Instituto de Física Moderna Universidad de Cantabria y Jefe del Grupo de Altas Energías. En él nos dice que:

El resultado procede del análisis de CDF de miles de millones de colisiones de protones y antiprotones producidos en el colisionador Tevatron del Fermilab. De acuerdo con la Teoría de la Relatividad de Einstein, energía es igual a masa, por lo que esas colisiones de alta energía pueden lanzar a la existencia a partículas subatómicas masivas no vistas en nuestro mundo cotidiano. Los físicos intentan entonces identificar esas partículas estudiando las combinaciones de partículas más familiares en las que decaen.

“Nuevos bariones constituidos por tres Quarks, como los protones, pero conteniendo el quarks b (“belleza”) han sido observado en el experimento CDF del Acelerador del Tevatrón de protones y antiprotones. Por otra parte (nos dice), se ha observado por primera vez la oscilación de los mesones B, entre materia y antimateria. Dado que el artículo puede tener un alto interés para ustedes, he creído positivo transcribirlo aquí para gozo del personal que, con estos nuevos conocimientos (como me pasó a mí), podrán aumentar los suyos.

La física de partículas elementales tiene por objeto el estudio de los constituyentes más elementales de la materia y de las fuerzas fundamentales que rigen su comportamiento. La dinámica de estos bloques fundamentales viene formulada por la mecánica cuántica relativista.

El denominado Modelo Estándar establece que los bloques elementales de la materia tienen un momento magnético intrínseco (spín) de valor ½, denominándose fermiones por verificar las leyes de la estadística cuántica que formularon Fermi y Dirac a comienzos del siglo XX. A su vez, las fuerzas fundamentales vienen determinadas por el intercambio de cuantos de energía, con spin 1 (salvo el hipotético gravitón que tendría spin 2), llamado bosones al verificar las leyes estadísticas cuántica establecidas por Bose y Einstein, en el mismo siglo XX.

Los Bosones de interacción son el fotón, causante de la interacción electromagnética; los bosones vectoriales W⁺, W^– y Z⁰, causantes de la interacción nuclear débil; los ocho tipos de Gluones que confinan a los Quarks en hadrones (como el protón o el neutrón) a causa de la interacción fuerte nuclear, y el gravitón u onda gravitacional que explicaría la interacción gravitatoria. La fuerza gravitacional es despreciable a escala subatómica, pero es la dominante a grandes escalas. Su portador aún no ha sido observado; de hecho, su existencia requeriría una teoría cuántica de la gravitación, que aún no ha sido formulada.

Los fermiones de materia se denominan quarks o leptones, siendo los primeros los que están sometidos a los cuatro tipos de interacciones y los segundos los que no están sometidos a la interacción nuclear fuerte; en cualquiera de los casos, la interacción electromagnética solo afecta a las partículas que poseen carga eléctrica y la interacción gravitatoria a las que poseen masa.

Los quarks son de seis tipos o sabores,  así como los leptones. Unos y otros se clasifican en familias o generaciones, siendo la más ligera la constituida por los quarks y los leptones electrón y neutrino electrónico. Los nucleones, protón y neutrón, tienen la estructura de quarks, respectivamente uud y udd. Los átomos tienen un núcleo interno constituido por nucleones y electrones orbitando en torno al mismo.

El resto de quarks y leptones constituyen materia exótica, siendo producidos en los aceleradores de partículas y en la radiación cósmica, pero formaban parte de la materia original del Universo primitivo. Los quarks pueden tener, además, tres tipos de carga fuerte o “color”.

Además existen otros doce sabores correspondientes a la antimateria, en forma de anti-quarks y anti-leptones, con las mismas masas que los quarks y leptones correspondientes, pero con sus cargas invertidas. No se ha observado antimateria en el Universo actual, pero el Universo primigenio tenía igual cantidad de materia que de antimateria. Toda la antimateria actual es producida en los choques de partículas aceleradas, como consecuencia de la transformación de energía en pares materia-antimateria.

La ecuación cuántica relativista que gobierna el comportamiento de los fermiones es la ecuación de Dirac, debida al famoso físico inglés. Las soluciones de dicha ecuación incluyen las denominadas partículas de antimateria, que poseen la misma masa que la partícula correspondiente, pero tienen todas sus “cargas” internas, como la carga eléctrica, con el signo opuesto. Así por cada quark tenemos un anti-quark y por cada leptón un anti-leptón. Cuando un fermión y su correspondiente anti-fermión se encuentran se aniquilan mutuamente, convirtiéndose en energía y, a la viceversa, si tenemos energía superior a la suma de las masas de fermión y anti-fermión, puede convertirse en un par fermión-anti-fermión.

El 7 de agosto de 1912, el físico austriaco Victor Franz Hess descubrió esta potentísima fuente de energía llegada del espacio, lo que años después le supuso el premio Nobel ABC.ES / MADRID V.F. SOCIETY    Víctor F. Hess, en un globo entre 1911 y 1912.

La historia de la Física de Partículas debe mucho al descubrimiento de los rayos cósmicos, realizada por el físico austríaco Francis Hess, en 1912, y apodados como tales por el físico americano Robert Millikan, en 1925. Los experimentos de Hess, utilizando globos aerostáticos, concluyeron que la cantidad de radiación crecía por encima de los 2000 metros de altura y la fuente de los mismos eran el Sol y otras fuentes procedentes del firmamento.

A partir de esa fecha y hasta mediados del siglo XX, gracias a los experimentos con rayos cósmicos, el número de tipos diferentes de partículas observadas, que previamente se reducían al protón y el electrón, se multiplicó, creándose un auténtico caos que obligó a pensar en esquemas de clasificación de las mismas.

                                           Esquema de un sincrotrón

El sincrotrón es un tipo de acelerador de partículas.  Se diferencia de otros aceleradores en que las partículas se mantienen en una órbita cerrada. Los primeros sincrotrones se derivaron del ciclotrón. que usa un campo magnético constante para curvar la trayectoria de las partículas, aceleradas mediante un campo eléctrico también constante, mientras que en el sincrotrón ambos campos varían. La velocidad máxima a la que las partículas se pueden acelerar está dada por el punto en que la radiación sincrotrón emitida por las partículas al girar es igual a la energía suministrada. Los sincrotrones también se utilizan para mantener las partículas circulando a una energía fija; en este casos reciben el nombre de «anillos de almacenamiento».

En 1947, los físicos del Laboratorio Lawrence Berkeley, de California, construyeron el primer gran acelerador, un ciclotrón, comenzando la era de los grandes aceleradores de partículas, que continuaron descubriendo nuevos tipos de las mismas, de modo que, en 1960, había cientos de tipos de partículas observadas, sin que hubiera, aún, un esquema de clasificación adecuado. Este fue desarrollado durante la década de 1960, en la que el análisis de las colisiones de partículas, y las propiedades de los diferentes tipos de interacción observadas, establecieron la base para la construcción del Modelo Estándar.

    Sí, las fuerzas fundamentales, o, interacciones… ¡Están presentes en todas partes por el Universo! Son las que marcan el ritmo.

Las leyes que rigen el comportamiento de las interacciones fundamentales y sus propiedades de simetría permitieron establecer un marco de clasificación de los hadrones (partículas compuestas por quarks, como es el caso del protón) que pueden ser de dos tipos: Bariones, si en su constitución tenemos tres quarks, o mesones, si si están constituidos de un quark y un antiquark.

En realidad, la dinámica de los hadrones está determinada, esencialmente, por la interacción nuclear fuerte, de modo que los quarks constituyentes son los quarks de “valencia”, en analogía con los electrones de valencia de los átomos (los que fijan sus propiedades químicas). En la dinámica de la interacción fuerte nuclear hay un continuo intercambio de Gluones entre los quarks y reacciones de producción y aniquilación de quarks y anti-quarks mediante Gluones.

Esta dinámica es debida a la existencia de una propiedad intrínseca de los quarks que denominamos “color”, que es intercambiada en las reacciones de Quarks y Gluones. Los hadrones son,  globalmente,  neutros de color (como los átomos son neutros de carga eléctrica) y es tan fuerte y característica la interacción que los quarks están confinados en unas dimensiones especiales inferiores al tamaño de los núcleos de los átomos, siendo paradójicamente casi libres en el interior de los hadrones (libertad asintótica de los quarks).

      La fuerza nuclear fuerte es la más potente de la Naturaleza y mantiene el núcleo de los átomos unidos

El Modelo Estándar ha sido comprobado desde su desarrollo formal, a mediados de 1960, y sus parámetros han sido medidos con extraordinaria precisión, gracias al desarrollo de experimentos muy potentes, entre los que destacan los realizados en el acelerador LEP (“Large Electrón Positrón”) del CERN ( Centro Europeo de Física de Partículas, en Ginebra), durante la última década del siglo XX, y del Tevatrón del Laboratorio Fermilab (Chicago, USA), aún en funcionamiento.

A continuación viene una referencia al LHC que, a estas alturas está sobrepasada por conocer todos nosotros lo que ha pasó en su inauguración y sus primeras pruebas. Así que, no me parece oportuno plasmar aquí esa referencia que conoceremos de primera mano cuando sucedieron los hechos y toda la prensa los publicó.

Emilio Silvera V.

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