Si un físico extraterrestre buscara el valor de la Constante de estructura fina (α), sin importar qué guarismos pudiera utilizar, el resultado siempre sería…  número natural sin dimensiones.

La Densidad Crítica (Omega negro), la cantidad de materia del universo, determinará su final y como es (cerrado, abierto, plano).

Omega, la Densidad Critica del Universo (la cantidad de materia que contiene), determinará si estamos en un universo plano, abierto o cerrado, y, de eso, dependerá su final.

No todos los magnetares producen ondas de radio, aunque sí emiten cantidades extraordinarias de radiación gamma y X.

“Un objeto descubierto por el ICRAR, al que nombraron GPM J1839−10, emite un pulso de radio transitorio de 22 minutos cuyas señales varían en brillo y magnitud. De acuerdo con los datos obtenidos, lleva activo de manera ininterrumpida por tres décadas y su origen se encuentra a 15 mil años luz de distancia, en la constelación de Scutum (el escudo).”

[?]

Los astrónomos han confirmado mediante observaciones espectroscópicas que los átomos son realmente los mismos en cualquier lugar del Cosmos, Un átomo de Carbono en la galaxia Andrómeda es exactamente igual que un átomo de Carbono de la Galaxia Vía Láctea, son idénticos y también, idénticos, a los átomos de Carbono de la Tierra. Cinco elementos químicos desempeñan un papel estelar en la Biología terrestre:

Carbono

Oxígeno

Hidrógeno

Nitrógeno

Fósforo

Estos elementos están entre los más abundantes del Universo. Sin embargo, no siempre fue así. Hubo un tiempo, antes de que nacieran las primeras estrellas, que en el Universo todo era Hidrógeno y Helio, los materiales primordiales a partir de los cuales, pudieron surgir todos los demás en los hornos nucleares de las estrellas y en las explosiones supernovas.

  ¿La Vida? Sí es un delicado equilibrio que hace la Naturaleza para que pueda existir

Todas las leyes de la física nos muestran que la existencia y sostenimiento de la vida se asientan en equilibrios y medidas o cantidades específicas. La estructura general del universo, el lugar de la Tierra en el mismo, las características materiales de ésta –aire, luz, agua, etc.–, se basan en propiedades esenciales para nuestra supervivencia y, sobre todo eso… ¡El Carbono!

El carbono ayuda a regular la temperatura de la Tierra, hace posible la vida, es un ingrediente clave en los alimentos que nos sustentan y proporciona una fuente importante de energía para impulsar nuestra economía global. El ciclo del carbono es un viaje continuo desde la atmósfera al suelo terrestre y de vuelta

El Carbono es el elemento auténticamente vital. Merece un lugar de honor debido a una propiedad química única: los átomos de Carbono (como tantas veces expliqué aquí) pueden unirse para formar moléculas de cadena extendida, o polímeros, de variedad y complejidad ilimitadas. Las Proteínas y el ADN son dos ejemplos de dichas moléculas de cadena larga.

Hay que recordar que todas las especies que han vivido en la Tierra, sin excepción, están basadas en el Carbono

Si no fuera por el Carbono, la vida como la conocemos sería imposible. Probablemente sería imposible cualquier tipo de vida. Soy muy remiso (aunque no descarto nada), a que existan formas de vida que no estén basadas en el Carbono. De hecho, todos los seres vivos que conocemos que existen en la Tierra están, como nosotros, basados en el Carbono.

Concretan la primera detección de carbono en el Universo primitivo

Hasta el momento, los científicos pensaban que era imposible detectar este elemento en las estrellas más antiguas

Cuando el Universo “empezó” con el “Big Bang”, el Carbono estaba completamente ausente. El intenso calor del nacimiento cósmico impedía cualquier núcleo atómico compuesto. En lugar de ello, el material cósmico consistía en una sopa de partículas elementales tales como protones y neutrones que pudieron conformar los núcleos de átomos de hidrógeno. Sin embargo, a medida que el universo se expandía y enfriaba durante los primeros minutos, las reacciones nucleares transmutaron parte del hidrógeno en helio.

El proceso triple alfa es el proceso por el cual tres núcleos de helio (partículas alfa) se transforman en un núcleo de carbono. Esta reacción nuclear de fusión solo ocurre a velocidades apreciables a temperaturas por encima de 100 000 000 kelvin y en núcleos estelares con una gran abundancia de helio

Muchos millones de años más tarde, en las estrellas, por algo que se llama “proceso triple Alfa”, surgió el Carbono en el Universo. No siendo el tema aquí el de explicar como se llega en las estrellas  hasta el Carbono a partir del helio, seguiremos hablando de la química cósmica.

La Química es algo más que unos tubos de ensayo, y, está presente de manera natural por todo el espacio interestelar. Allá por los 70 me llamó poderosamente la atención el descubrimiento de moléculas de amoníaco y de agua en el espacio exterior. ¿Cómo llegaron a llí? Bueno, todos conocemos esas inmensas nubes estelares que llamamos Nebulosas y, en ellas, se producen, a partir de materiales sencillos, esos cambios que tan poderosamente llaman nuestra atención.

El timo de átomo más común en el universo, después del hidrógeno y el helio, es el oxígeno. El oxígeno puede combinarse con hidrógeno para formar grupos grupos oxhidrilos (HO) y moléculas de agua (H₂O), que tiene una marcada tendencia a unirse a otros grupos y moléculas del mismo tipo que encuentren por el camino, de forma que poco a poco se van constituyendo pequenísimasm partículas compuestas por millones y millones de tales moléculas. Los grupos oxhidrilo y las moléculas de agua pueden llegar a constitur una parte importante del polvo cósmico. Allá por el año 1965 se detectó por primera vez grupos oxhidrilo en el espacio y se comenzó a estudiar su distribución. desde entonces, se han encontrado allí, moléculas más, complejas que contienen átomos de carbono, de hidrógeno y de oxígeno. También átomos de calcio, sodio, potasio y hierro han sido detectados al observar la luz que dichos átomos absorben.

Alrededor de las nebulosas planetarias Tc-1 y M1-20, entre 600 y 2.500 años luz de la Tierra, un equipo de investigadores del Instituto e Astrofísica de Canarias(IAC) ha hallado por primera vez evidencias de fullerenos complejos, denominados «cebollas de carbono», las moléculas más complejas observadas hasta el momento en el espacio exterior. Un hallazgo que tiene importantes implicaciones a la hora de entender la física y química del Universo y del origen y composición de las bandas difusas interestelares (DIBs), uno de los fenómenos más enigmáticos de la astrofísica.

Algunas de las moléculas descubiertas en las Nebulosas son esenciales para la vida

Actualmente, la lista de las moléculas descubiertas en el espacio es larga y más de cien sustancias químicas la adornan, siendo muchas de esas moléculas interestelares orgánicas. La más abundante es el monóxido de carbono, pero también hay abundancia de acetileno, formaldehido y alcohol. También se han detectado moléculas orgánicas más complejas, tales como aminoácidos y HAP (hidrocarburos aromáticos policíclicos). Ahora está claro que no sólo abunda en todo el Universo elementos que favorecen la Vida, sino que también lo hacen muchas de las moléculas orgánicas realmente utilizadas por la vida. Con miles de millones de años disponibles para que la química cósmica pudiera generar dichas sustancias, ha habido tiempo más que suficiente para que estas se formen en las nubes moleculares gigantes de las que emergen las estrellas y los sistemas solares como el nuestro.

Nubes Moleculares Gigantes  en este caso (NGC 7822 en Cefeo). Colapsos gravitacionales, estrellas nuevas, vientos estelares, abundante radiación ultravioleta, todas esas fuentes de energías que dan lugar al nacimiento de estrellas nuevas, hacen también posible que, los materiales se mezclen y sufran mutaciones de simples a complejos y, a partir de ellos, nacen los nuevos sistemas planetarios y…¡la Vida!

Que en un principio, sin temor a equivocarnos podemos decir que la génesis de la vida ha sido posible a partir de lo que en el espacio pasó, ¿Qué duda nos puede caber? Incluso no se descarta que las semillas que trajeron la vida al planeta Tierra fueran transportadas por cometas que hicieron impacto en la Tierra regando de materiales biológicos el planeta que, miles de millones de años más tarde, evolucionaron y florecieron para surgir en sus formas diferentes.

           El cometa West, con sus colas de plasma y polvo

Los Cometas que a pesar de todo lo que sabemos de ellos, siguen siendo algo enigmáticos, incluso algunos que han sido minuciosamente observados durante siglos. Muchos son los que dicen que llevan la semilla de la Vida con ellos y, de vez en cuando, la siembran en algún planeta que, como la Tierra, recibe sus esporádicas visitas.

Mucho se podría hablar aquí de cómo llegaron a formarse los cometas a partir de aquella Nebulosa planetaria pero, no siendo el tema de hoy, lo dejaremos en lo que ya hemos explicado y que, de manera muy simple y general, os dará una idea de lo que en el Universo puede pasar y de cómo, todo se confabula para que la vida, sea posible.

En la parte primera hemos hablado de los super-microbios y de otras cuestiones que nos acercan al saber, al menos, de cómo hemos tratado de conocer el origen de la Vida en nuestro mundo, una pregunta que más o menos ha quedado contestada pero, a medias, toda vez que, contestar a la pregunta primera de… ¿Qué es la vida? no he podido, me faltan conocimientos para ello.

Para documentarme, he leído sobre el misterioso origen de la vida, he tratado de saber qué es la vida, he buceado en la historia de las moléculas antiguas, he dado un largo paseo por el Edén de los microbios y sus dominios, he tratado de estudiar lo que es el principio de generación biológica y química, a todo ello, he añadido meros conocimientos del hueco de entropía y la Gravedad como fuente de Orden, He querido saber sobre el árbol de la vida y me he querido enterar de qué hallaron los expertos en las rocas antiguas, qué fósiles había allí como huella de la vida del pasado, también procuré saber si era posible la generación expontánea y sobre “la sopa primordial”. Me interesé sobre el Azar en relación con el Origen de la Vida.

                              Los precursores de las primeras células procariotas

También sobre las células replicantes que nos trajeron la vida, el código genético de la reproducción, el ARN y el ADN. No me olvidé del polvo de Estrellas y de la Química cósmica para hacer posible una génesis a partir del espacio exterior y, en fin, muchos espacios y muchas razones más que me han llevado a conocer, lo que creemos que la vida es. Sin embargo, a pesar de todo eso, con algunos conocimientos más de los que tenía hace veinte o treinta años sobre el tema, sigo sin saber contestar la pregunta:

¿Qué es la Vida? ¿Quién puede contestar a eso?

Emilio Silvera Vázquez

[?]

Un gran porcentaje de esos 30.000 millones de “soles”, están rodeados de planetas, y, no pocos, estarán situados en la zona habitable. Si eso es así (que lo es), existen multitud de mundos habitables que pueden acoger la Vida.

Si eso es así, ¿Por qué SETI no ha podido encontrar esa vida en otros mundos?

SETI ha podido explorar una ínfima parte del Universo, digamos que la superficie de lo explorado es la de una piscina olímpica, y, el Universo sería el Océano Pacífico.

Por otra parte, las distancias que nos separan dificulta bastante las exploraciones y las comunicaciones, si pensamos que un mundo en zona habitable estaría a 150 años de nosotros, el mensaje enviado llegaría a los 150 años y la contestación en otros 150. Claro que,¿ entenderían el mensaje para poder contestar?

La Naturaleza es sabia, y cuando ha situado los mundos tan alejados los unos de los otros… ¿Por qué será?

He leído por ahí, en respuesta a la posibilidad de vida en otros mundos:

“La pregunta resalta la Paradoja de Fermi: si hay miles de millones de estrellas como el Sol, ¿por qué no vemos evidencia de vida extraterrestre avanzada?. La respuesta es que, aunque hay muchas estrellas, la vida como la conocemos requiere condiciones extremadamente específicas (zona habitable, agua líquida, atmósfera adecuada, tamaño planetario correcto, tiempo de evolución, etc.), y el desarrollo de vida inteligente es un proceso aún más improbable que filtra la cantidad de planetas habitables, dejando posiblemente solo la Tierra como ejemplo conocido, o muy pocas civilizaciones en distancias inmensas, explicando el “Gran Silencio”. 

Siendo cierto que para el surgir de la vida en un planeta se requiere la presencia de  muchos factores complejos.

Sí,  la vida en la Tierra surgió por una conjunción única de factores complejos, incluyendo la ubicación en la zona habitable (agua líquida), una atmósfera protectora (con N, O, C, N.), una fuente de energía (Sol), un campo magnético, y la composición química correcta  y cantidad de elementos como Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno y otros en menor escala, todo resultado de procesos de formación planetaria muy específicos, creando un equilibrio dinámico esencial para su existencia y evolución. 

Claro que, al pensar en todo esto, no debemos olvidad una cuestión importante:

Ya lo decía en aquellas fechas de celebración  del Año Internacional de la Astronomía

El Universo es igual en todas partes, y todas sus regiones, por alejadas que se puedan encontrar, están regidas por cuatro leyes fundamentales: Las nucleares fuerte y débil, el electromagnetismo y la Gravedad que, acompañadas por una serie de Constantes universales, son las que ordenan como deben ser las cosas en nuestro universo.

Y, siendo así (que lo es), todo lo que pasó “aquí”, también habrá pasado “allí”.

No creo que seamos los elegidos, ni que la Tierra sea un mundo tan especial como para ser único. Solo en nuestra Galaxia, miles de millones de “Tierras” están orbitando a estrellas de la clase G2V, como nuestro Sol.

Seamos humilde ante una grandeza que no henos llegado a comprender. 

¡El Universo!

Emilio Silvera V.

[?]

Sí, en ese “universo” suceden cosas que difieren del sentido común (¿O son enemigas de la ignorancia?

Las fuerzas de Van der Waals son atracciones débiles que mantienen unidas a moléculas eléctricamente neutras; sin embargo, en algún momento estas moléculas presentan lo que se denomina un dipolo inducido, es decir, la molécula adquiere una carga parcialmente positiva y otra parcialmente negativa, de manera momentánea. Está presente una tensión superficial que permite a los mosquitos (por ejemplo), posarse en la superficie del agua.

          Las leyes de la física se simplifican en dimensiones más altas

La idea de que las leyes físicas se simplifican en dimensiones más altas es un concepto clave en teorías como las de Cuerdas y Gravedad cuántica,  sugiriendo que nuestras leyes tridimensionales (más tiempo) son aproximaciones de una realidad fundamental con más dimensiones, donde fuerzas como la gravedad y el electromagnetismo podrían unificarse, mostrando un universo más elegante y menos complejo. 

                                Universidad de Königsberg en Alemania

Así estaban las cosas cuando en 1.919 recibió Einstein un trabajo de Theodor Kaluza, un privatdozent en la Universidad de Königsberg, en el que extendía la Relatividad General a cinco dimensiones. Kaluza consideraba un espacio con cuatro dimensiones, más la correspondiente dimensión temporal y suponía que la métrica del espacio-tiempo se podía escribir como:

La Métrica Propuesta (Conceptual)

La métrica de cinco dimensiones () se escribía de forma que incluía: 

1. El tensor métrico de cuatro dimensiones () para la gravedad.
2. Un cuadrivector (potencial electromagnético).
3. Una componente escalar ϕphi (dilatón). 

Conceptualmente, la métrica de 5D se veía así, donde las letras griegas (μ,νmu comma nu) van de 0 a 3 (tiempo y 3 espacios) y la letra mayúscula (,) de 0 a 4 (incluyendo la dimensión extra, 4):

• Unificación: La gravedad en 5D contenía tanto las ecuaciones de Einstein para la gravedad como las ecuaciones de Maxwell para el electromagnetismo.
• Dimensión Compactificada: La clave era que esta quinta dimensión era “compactificada” o enrollada a una escala muy pequeña, por eso no la percibimos directamente en nuestra vida diaria.
• Efecto Observado: Lo que un observador 4D percibe como electromagnetismo es, en realidad, el efecto geométrico de la curvatura de esa quinta dimensión. 

 

        Finalmente el matemático Klein refinó la teoría que se llamó de Kaluza-Klein                               

Para verificar la Teoría necesitamos la energía de Planck ( 10¹⁹ GeV), energía fuera de nuestro alcance

Reseña: “D-Brane. Superstrings and new perspective of our world” por Koji Hashimoto

                 D-Branas, dimensiones extra : Blog de Emilio Silvera V.

“El gran problema de las teorías de cuerdas sin supersimetría que todo el mundo cita es el problema de la inestabilidad de los diagramas con tadpoles. Esta figura muestra un diagrama de Feynman con un tadpole y su equivalente en teoría de cuerdas. En este último caso la topología no cambia y la contribución debe ser nula (el teorema de Gauss y la conservación de la carga así lo exigen). Sin embargo, en las teorías de cuerdas heteróticas sin supersimetría estos diagramas dan un resultado diferente de cero. La existencia de que la carga no se conserve en estos diagramas implica una inestabilidad en el estado de vacío.”

Fuente de imagen y texto anterior: Ciencia de la Mula Francis

• Unificar fuerzas: Quería una teoría que describiera la gravedad y el electromagnetismo (y más tarde la fuerza nuclear fuerte y débil) bajo un único marco matemático, una sola descripción de la naturaleza.
  • La ecuación final: Creía que existiría una ecuación elegante que dictaría el comportamiento de todo, desde las galaxias hasta las partículas subatómicas.
  • Problema no resuelto: Pasó las últimas décadas de su vida buscando esta teoría, pero no la encontró, y esta búsqueda se convirtió en su “sinfonía inacabada”. 
  ¿Por qué es tan difícil?
  •  Dos descripciones distintas: La Relatividad General funciona a gran escala (planetas, galaxias) y la Mecánica Cuántica a escala subatómica, pero son incompatibles entre sí, especialmente en condiciones extremas como un agujero negro o el Big Bang. 
  Candidatos actuales:
  • Teoría de Cuerdas (y Supercuerdas): Propone que las partículas fundamentales son diminutas cuerdas vibrantes, ofreciendo un marco para unificar todas las fuerzas, incluyendo la gravedad.
  • Gravedad Cuántica de Bucles: Busca cuantificar el espacio-tiempo mismo, tratando de fusionar la geometría de la relatividad con la cuántica. 
  En resumen, la “Teoría del Todo” es el sueño de una física unificada que Albert Einstein no pudo concretar, y sigue siendo el mayor desafío para los físicos hoy en día. 

[?]

Hemos conseguido grandes logros y enormes conocimientos, cualquiera de ellos es suficiente para causar nuestro asombro. Por ejemplo, matemáticamente, la fuerza eléctrica fue descubierta en el año 1.785 por el ingeniero en estructuras Charles Coulomb. Ahora bien, con relación a las grandes distancias, la fuerza eléctrica y magnética actúa igual a como lo hace la gravedad: al duplicar la distancia, su magnitud disminuye a la cuarta parte.

Claro que la gravedad depende de la masa y la electricidad de la carga y, mientras que la primera sólo es atractiva, la segunda puede ser atractiva cuando los objetos tienen carga diferentes (protón positiva y electrón negativa) o repulsivos cuando las cargas son iguales (protón rechaza a protón y electrón rechaza a electrón); se puede probar jugando con dos imanes que se juntarán por sus polos negativos-positivo y se rechazarán por sus polos positivo-positivo y negativo-negativo. Más tarde llegó Michael Faraday con sus experimentos eléctricos y magnéticos y, finalmente, James Clerk Maxwell formuló con sus ocho ecuaciones vectoriales la teoría del electromagnetismo.

Las que siguen son algunas de las imágenes generadas para mostrar efectos de la Relatividad Especial (velocidades constantes), desde el punto de vista del viajero.

1- Toma en reposo, que apunta en la dirección del movimiento:

2- El mismo punto de vista, pero viajando al 80% de la velocidad de la luz: la visión se ha ampliado en forma similar a como deforma la imagen un lente “ojo de pez”, objetos que antes estaban detrás del ángulo de visión aparecen por delante.

Al acercarnos a la velocidad de la luz, el mundo toma desde nuestro punto de vista, un aspecto muy raro: todo acaba comprimido en una pequeña ventana circular que está constantemente delante de nosotros. Desde el punto de vista de un observador estacionario (quieto), la luz que nosotros reflejamos se enrojece cuando partimos y se azulea cuando volvemos hacia él.

Si nos desplazáramos hacia ese observador a una velocidad cercana a la de la luz, nos vería envueltos en un fantástico resplandor cromático: nuestra emisión infrarroja, normalmente invisible, se desplazará hacia longitudes de onda más visibles, más cortas. Nos vería comprimidos en la dirección de nuestra trayectoria, nuestra masa aumentará, y el tiempo, la sensación de transcurrir del tiempo que le daríamos, sería de gran lentitud, lo que constituye… la dilatación temporal.

Científicos del National Institute of Standards and Technology (NIST) en Estados Unidos probaron que la dilatación del tiempo –un fenómeno predicho por las teorías de relatividad de Einstein, en las que el tiempo corre más rápido o más lento dependiendo de la velocidad y gravedad del objeto– sucede en el día a día de una persona. El efecto de la dilatación del tiempo es uno de los más famosos en las teorías de Einstein. En la televisión, el ejemplo clásico es el de un grupo de astronautas que es lanzado al espacio casi a la velocidad de la luz, y luego cuando regresan a la Tierra siguen jóvenes, aún cuando en nuestro planeta han pasado muchos años (como en el Planeta de los Simios por ejemplo).

Experimento mental de la dilatación del Tiempo (1ª imagen)

El efecto fue planteado por Albert Einstein pero no se probó hasta muchos años después. Una de las demostraciones más famosas ocurrió en 1971, cuando científicos pusieron relojes atómicos en jets comerciales y los hicieron volar alrededor del mundo. Cuando el avión aterrizó, la hora en el reloj del avión y el reloj que estaba en Tierra era distinta. Esto probó que la dilatación del tiempo de veras ocurre. Lo interesante ahora, es que esta dilatación se puede medir en distancias muy pequeñas, con relojes mucho más precisos, en tareas cotidianas.

Max Planck publicó en 1.900 un trabajo de ocho páginas que fue la semilla que germinó en la Mecánica cuántica

¡Exacto! En 1900, Max Planck revolucionó la física al proponer que la energía no es continua, sino que se emite y absorbe  en paquetes discretos que llamó “cuantos” (energía cuantizada),   una idea radical que nació al intentar explicar la radiación del cuerpo negro y sentó las bases para la Mecánica cuántica, una teoría fundamental del siglo XX. Esta idea, aunque inicialmente vista como un truco matemático, fue confirmada y desarrollada por Albert Einstein y otros, dando origen a conceptos como los fotones y transformando nuestra comprensión de la materia y la energía. 

Lorentz nos descubrió que un objeto que viaje a velocidades cercanas a la de la luz, c, se achatará por la parte delantera del sentido de su marcha (contracción de Lorentz) y, mientras tanto, su masa aumentará (lo que ha sido comprobado en los aceleradores de partículas).

Max Planck nos trajo su cuanto de acción, h, que dio lugar a la mecánica cuántica al descubrir que la energía se transmite en forma discontinua mediante paquetes discretos a los que llamó cuantos. También fue obra de Planck perfeccionar las unidades de Stoney y nos dejó esas cantidades naturales de tiempo, espacio, energía y masa.

En otro orden de cosas:

Es difícil estimar el alivio que la idea de Schrödinger produjo en la comunidad de la física tradicional. Aunque extraña, su imagen del átomo era, al menos, una imagen y los científicos aman las imágenes. Ellos le permitieron el uso de su intuición.

Tomando la idea de De Broglie acerca de la misteriosa onda piloto que transportaba los electrones alrededor del átomo y la llevó un paso más allá. Sostuvo que el electrón en realidad era una onda de energía que vibraba tan rápido que parecía una nube alrededor del átomo. Una onda de pura energía con forma de nube. Lo que es más, elaboró una nueva y poderosa ecuación que describía completamente esa onda y el conjunto del átomo en términos de la física tradicional.

La ecuación de Schrödinger en general, dependiente del tiempo, que es una ecuación de ondas.

Esta ecuación se llama, hoy en día, la Ecuación de onda de Schrödinger. Es increíblemente poderosa. Y su característica principal es que muestra una nueva cantidad llamada la función de onda (Ψ) que según Schrödinger describe completamente el comportamiento del mundo subatómico.

El éxito de la ecuación, deducida de esta expresión utilizando el principio de correspondencia, fue inmediato por la evaluación de los niveles cuantificados de energía del electrón en el átomo de hidrógeno, pues ello permitía explicar el espectro de emisión del hidrógeno: series de Lyman, Balmer, Bracket, Paschen, Pfund…, y otros.

              La función de onda, su ecuación y su interpretación. Postulados

La interpretación física correcta de la función de onda de Schrödinger fue dada en 1926 por Max Born. En razón del carácter probabilista que se introducía, la mecánica ondulatoria de Schrödinger suscitó inicialmente la desconfianza de algunos físicos de renombre como Albert Einstein,  para quien «Dios no juega a los dados» y del propio Schrödinger.

Schrödinger, con su función de onda (Ψ), nos dijo la manera de solucionar, en parte, el problema planteado por Heisenberg con su principio de incertidumbre, según el cual no podemos saber, al mismo tiempo, dónde está una partícula y hacia dónde se dirige; sólo estamos capacitados para saber una de las dos cosas, pero no las dos al mismo tiempo. Así que la función de onda nos dice la probabilidad que tenemos para encontrar esa partícula y en qué lugar se encuentra.

La llegada de Einstein, en 1.905, fue para la física como el elefante que entró en la cacharrería; lo puso todo patas arriba. Los cimientos de la física temblaron con aquellos nuevos y osados conceptos que, en un primer momento, no todos pudieron comprender. Precisamente, Max Planck fue uno de esos pocos privilegiados que, al leer el artículo de Einstein sobre la relatividad especial, comprendió que a partir de ese momento habría que concebir la física bajo la base de otros principios.

Einstein, un desconocido, le decía al mundo científico que la velocidad de la luz en el vació, c, era el límite de la velocidad alcanzable en nuestro universo; nada podía ir más rápido que la luz. Además, decía que el tiempo es relativo y que no transcurre igual para todos. La velocidad del paso del tiempo depende de la velocidad a la que se viaje y de quien sea el observador.

El jefe de estación observa como para el tren que viaja a 60 km/h. Puede ver como un niño que viaja con su padre, sentado junto a él, se asoma por la ventanilla y arroja una pelota, en el mismo sentido de la marcha del tren, impulsándola con una fuerza de 20 km/h. Si el que mide la velocidad de la pelota es el jefe de estación, comprobará que ésta va a 80 km/h, los 60 km a los que viaja el tren, más los 20 km a los que el niño lanzó la pelota; ambas velocidades se han sumado. Sin embargo, si la velocidad de la pelota es medida por el padre del niño que también va viajando en el tren, la velocidad será de 20 km/h, sólo la velocidad de la pelota; no se suma la velocidad del tren, ya que quien mide está montado en él y por lo tanto esta velocidad no cuenta. La velocidad de la pelota será distinta dependiendo de quien la mida, si el observador está en reposo o en movimiento.

De la misma manera, Einstein, en su teoría, nos demostraba que el tiempo transcurre más lentamente si viajamos a velocidades cercanas a las de la luz. Tal afirmación dio lugar a la conocida como paradoja de los gemelos. Resulta que dos hermanos gemelos de 28 años de edad se han preparado, uno para arquitecto y el otro para astronauta. El hermano astronauta se dispone a realizar un viaje de inspección hasta Alfa Centauri y su hermano se queda en la Tierra esperando su regreso.

Cuando por fin el astronauta, que a viajado a 250.000 km/s, regresa a la Tierra, desembarca con una edad de 38 años y es recibido por su hermano gemelo que se quedó en la Tierra y que tiene la edad de 80 años. ¿Cómo es posible eso?

Pues ha sido posible porque el hermano que viajó a velocidades cercanas a la de la luz ralentizó el tiempo que transcurrió más lentamente para él que para su hermano de la Tierra. El astronauta viajó hasta Alfa Centauro a 4’3 años luz de la Tierra, ida y vuelta 8’6 años luz. Pero al viajar tan rápido, muy cerca de la velocidad de la luz, transcurrieron sólo 10 años, mientras que en la Tierra pasaron 52 años.

Aunque parezca increíble, esa es la realidad comprobada.

También Einstein postulaba en su teoría que la masa y la energía eran dos aspectos de una misma cosa; la masa sólo era energía congelada. Para ello formulaba su famosa ecuación E = mc².

                                                                                Todo el Universo es energía

                                        La estructura interna del átomo

En otro artículo, inspirado por el “cuanto” de Planck, Einstein dejó plasmado lo que desde entonces se conoce como “efecto fotoeléctrico”, demostrando que las partículas unas veces se comportan como tales y otras como una onda. Este trabajo le valió el premio Nobel de Física de 1.923, aunque la mayoría de la gente cree que se lo dieron por su teoría de la relatividad. En verdad, si se considera la importancia de sus trabajos, la Relatividad Especial se merecía un premio Nobel y la Relatividad General de 1.915, se merecía otro.

No fue hasta 1905, cuando Albert Einstein, utilizando la idea de Planck de la cuantización de la energía explicó satisfactoriamente el efecto fotoeléctrico. Por este trabajo Einstein recibió el premio Nobel en 1921.

Mientras que Planck utilizó la cuantización de la energía como un truco de cálculo para explicar la radiación del cuerpo negro, Einstein fue más allá e hizo la sugerencia de que la cuantización de la energía es una propiedad fundamental de la energía electromagnética, marcando así los principios de la teoría cuántica.

Einstein supuso que la luz, o cualquier onda electromagnética de frecuencia f, se puede considerar como una corriente de fotones, cada uno de ellos con una energía E. Contradiciendo la física clásica que dice que la energía de la luz está distribuida de modo uniforme sobre el frente de onda, Einstein postula que la energía lumínica se encuentra concentrada en regiones discretas o en paquetes llamados cuantos de luz. De acuerdo con esta explicación, la energía de un haz de luz monocromática llega en porciones de magnitud hf, donde f es la frecuencia de la luz, y h, la constante de Planck.

De todos sus trabajos, el más completo e importante, es el de la relatividad general, de cuya importancia para la física y para la cosmología, aún hoy, cerca de un siglo después, se están recogiendo resultados. Así de profunda, importante y compleja (dentro de su sencillez y belleza) son las ecuaciones de Einstein que un siglo después continua enviando mensajes nuevos de cuestiones de vital importancia. La teoría M también tiene su origen en la relatividad general que curva el espacio y distorsiona el tiempo en presencia de grandes masas, haciendo posible la existencia de agujeros negros y agujeros de gusano que según algunos, serán la posible puerta para viajar a otros universos y a otro tiempo.

Es necesario que los científicos piensen en estas cosas para solucionar los problemas del futuro y cuándo llegue el momento, salir de las encrucijadas a las que, irremediablemente, estamos destinados.

La gente corriente no piensa en estas cuestiones; su preocupación es más cercana y cotidiana, la hipoteca del piso o los estudios de los niños y, en la mayoría de los casos, lo “importante es el fútbol” para evadirse dicen algunos. Es una lástima, pero así son las cosas. No se paran ni a pensar cómo se forma una estrella, de qué está hecha y por qué brilla. Nuestro Sol, por ejemplo, es una estrella mediana, amarilla, del Grupo G-2, ordinaria, que básicamente consume hidrógeno y como en el Big Bang original, lo fusiona en helio. Sin embargo, puesto que los protones en el hidrógeno pesan más que en el helio, existe un exceso de masa que se transforma en energía mediante la fórmula de Einstein E = mc². Esta energía es la que mantiene unidos los núcleos. Esta es también la energía liberada cuando el hidrógeno se fusiona para crear helio. Esta, al fin, es la razón de que brille el Sol.

Todos somos uno, y, sin embargo, diferentes. No sabemos mediante qué mecanismos llegan a nuestros cerebros esas ráfagas luminosas del saber que, a unos les hace comprender ciertas cuestiones complejas y, a otros no nos llegan esos fogonazos de luz que alumbren los rincones oscuros existentes en nuestras mentes. Así, para unos es el futbol y para otros las estrellas su mayor preocupación.

Ya hemos comentado alguna vez que los elementos complejos se forman en las estrellas que, desde el hidrógeno, helio, litio, berilio, carbono, neón, etc, hasta el uranio, sin las estrellas no existirían… y nosotros tampoco, ya que nuestra forma de vida está basada en el carbono, un material que tiene su origen en las estrellas y que, al ser de una asombrosa adaptabilidad, hace posible la formación del material necesario para la vida.

Aunque, ¿Quién sabe las formas de vida que en el Universo pueden estar presentes? Algunos pudieran ser gigantes de gas, criaturas inteligentes que evolucionan en atmósferas inhóspitas para la vida basada en el carbono, tal vez seres burbuja de gas en Júpiter, cerca de etéreas formas que ni podemos imaginar.

Otros podrían ser viajeros que circulan por el universo cruzando agujeros de gusano, atajos dimensionales para abarcar el cosmos y sembrar su conciencia en diversos sitios de este gran ser holográfico que creemos conocer y, del que, en realidad, sabemos tan poco.

¿Podría ser esa inmensa forma redonda y azulada, un enorme mundo en el que otros seres observan como se acercan osados seres de un planeta llamado Tierra que, con sus rústicas naves y su inmensa ignorancia pretenden conquistar su habitad para envenenarlo como hicieron con el suyo?

                                        Hasta podría haber vida basada en el Silicio en otros mundos

Claro que, el Universo es tan enorme e insólito que, todo en lo que podamos pensar, por muy exótico y raro que nos pueda parecer, ahí podría estar, en cualquier rincón olvidado de una lejana galaxia de las que, en el Universo, proliferan por cientos de miles de millones.

No, no estamos en la Tierra ni tampoco ese que brilla es el Sol. Estamos en un mundo lejano alumbrado por una estrella blanca, no amarilla que, con su luz y su calor, puede que llevara la vida al planeta pero, ¿Qué forma de vida será?

Imaginar que, contando desde hoy, han pasado ya 10.000 años, y, en Marte, se ha formado una atmósfera que impide la entrada de la radiación. Del subsuelo, han comenzado a salir extraños seres que, antes, vivían en las oscuras galerias subterráneas de origen volcánico por donde antes pasó las riadas de lava volcánica en el pasado del planeta. Ahora, a la luz del día y con una atmósfera razonablemente idónea para la vida… ¡Podrán evolucionar!

Marte tiene un rico pasado volcánico, y, la lava dejó grandes galerías en las profundidades del planeta. La temperatura en el subsuelo es más alta y, lo lógico es pensar que el agua corriente discurre libre y cantarina, y, si hay agua: Líquenes, hongos y bacterias estarán presentes.

 

Por qué Europa, la luna helada de Júpiter, es el mejor candidato para encontrar vida extraterrestre en el Sistema Solar

En cualquier noticia del futuro podríamos ver esta imagen y debajo de ella: ¡Vida en Europa! Imágenes tomadas por sondas robóticas han captado imágenes de estos seres que, viven en los fondos abisales de la luna de Júpiter. Es asombroso el parecido que tiene con algunos seres que viven en el fondo de nuestros océanos terrestres.

               En nuestro planeta, la vida está hecha de seis componentes: carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxigeno, fósforo y azufre…

Cuestiones tan interesantes como estas son ignoradas por la inmensa mayoría del común de los mortales que, en la mayor parte de los casos tiene una información errónea y deformada de las cosas que se han transmitido de unos a otros de oída, sin base científica alguna y, generalmente, confundiendo los términos y los conceptos. Sería muy deseable que, desde la infancia, como enseñanza obligatoria, todos tuvieran esos conocimientos básicos que podríamos denominar el cánon científico y que, sin ser unos conocimientos profundos, si les diera a cada uno, una noción cercana del mundo en el que viven y de cómo funciona la Naturaleza.

Así las cosas, estamos supeditados a unos pocos enamorados de la ciencia que, muchas veces, en las más ínfimas condiciones, (se les escatima el presupuesto) trabajan e investigan por la propia inercia de su curiosidad y deseo de saber para entregar al mundo (que no lo agradece) el logro de sus desvelos.

Como dijo Kart R. Popper, filósofo británico de origen austriaco (Viena, 1902 – Croydon, 1.994) que realizó sumas importantes trabajos en el ámbito de la metodología de la ciencia:

“cuanto más profundizo en el saber de las cosas, más consciente soy de lo poco que sé. Mis conocimientos son finitos pero, mi ignorancia, es infinita“.

                    Material para combatir esa infinita ignorancia, alguno tenemos. ¿Por qué no utilizarlo?

Está claro que la mayoría de las veces, no hacemos la pregunta adecuada porque nos falta conocimiento para realizarla. Así, cuando se hacen nuevos descubrimientos nos dan la posibilidad de hacer nuevas preguntas, ya que en la ciencia, generalmente, cuando se abre una puerta nos lleva a una gran sala en la que encontramos otras puertas cerradas y tenemos la obligación de buscar las llaves que nos permitan abrirlas para continuar. Esas puertas cerradas esconden las cosas que no sabemos y las llaves son retazos de conocimiento que nos permiten entrar en esos nuevos compartimentos del saber.

                                                  Creer que estamos solos…Es un enorme error

Desde tiempos inmemoriales, la Humanidad para avanzar se sirvió de las llaves encontradas por Tales de Mileto, Empédocles, Demócrito, Platón, Pitágoras, Aristóteles… Galileo, Newton… Stoney, Max Planck, Einstein, Heisemberg, Dirac, Feynman,… Witten... y vendrán otros que, con su ingenio y sabiduría, impedirán que todos los demás regresen a las cavernas. Así que ¡a disfrutar de la TV, el fax, los ordenadores, internet, los satélites, los teléfonos móviles tan necesarios, etc! No sabemos cómo funciona todo eso pero ¿qué más da?

Siempre habrá gente que se preocupe por los demás y harán el trabajo necesario para sacarles las castañas del fuego. Esa gente a la que me refiero, son los “chiflados” científicos, siempre en las nubes todos ellos, y no como los políticos “tan pendiente siempre de solucionar nuestros problemas”. Por desgracia, los primeros dependen de los segundos para que les otorguen presupuestos para investigar. ¡Qué mal está repartido el mundo!

                 Metido en su rincón ni se acuerda de comer

Ahora que menciono el viaje en el tiempo recuerdo “La máquina del tiempo” de H. G. Wells, en la que el científico se sienta en un sillón situado en su sala de estar, gira unos pocos botones, ve luces parpadeantes y es testigo del vasto panorama de la Historia; coloca la aguja para el pasado o para el futuro, señala el año que desea visitar y las guerras y civilizaciones pasan vertiginosamente ante sus ojos y la máquina se detiene en el año, mes y día que él señaló en una especie de dial.

                                               La verdad es que no era, precisamente, un agujero de gusano

Tan rudimentario artilugio contrasta con el que propone Kip S. Thorne. Éste consiste en dos cabinas, cada una de las cuales contiene dos placas de metal paralelas. Los intensos campos eléctricos creados entre cada par de placas (mayores que cualquier cosa posible con la tecnología actual) rizan el tejido del espacio-tiempo, creando un agujero en el espacio que une las dos cabinas. Una cabina se coloca entonces en una nave espacial y es acelerada hasta velocidades cercanas a la de la luz, mientras que la otra cabina permanece en la Tierra. Puesto que un agujero de gusano puede conectar dos regiones del espacio con tiempos diferentes, un reloj en la primera cabina marcha más despacio que un reloj en la segunda cabina. Debido a que el tiempo transcurrirá diferente en los dos extremos del agujero de gusano, cualquiera que entrase en un extremo del agujero de gusano sería instantáneamente lanzado el pasado o al futuro.

Esta es más avanzada y está inspirada por Carl Sagan en su obra Contac que fue llevada al cine

Otra máquina del tiempo podría tener el siguiente aspecto. Si puede encontrarse materia exótica y dársele la forma de metal, entonces la forma ideal sería probablemente un cilindro. Un ser humano está situado en el centro del cilindro. La materia exótica distorsiona entonces el espacio y el tiempo a su alrededor, creando un agujero de gusano que se conecta a una parte lejana del universo en un tiempo diferente. En el centro del vértice está el ser humano, que no experimenta más que 1 g de tensión gravitatoria cuando es absorbido en el agujero de gusano y se encuentra así mismo en el otro extremo del universo.

Aparentemente, el razonamiento matemático de Thorne es totalmente impecable. Las ecuaciones de Einstein muestran en realidad que las soluciones de agujeros de gusano permiten que el tiempo transcurra a diferentes velocidades en cada extremo del agujero de gusano, de modo que el viaje en el tiempo es posible en principio. El problema reside en crear el agujero de gusano en primer lugar, y como Thorne y sus colaboradores señalan rápidamente, lo difícil está en cómo dominar la energía suficiente para crear y mantener un agujero de gusano, como se ha dicho, con materia exótica que, de momento, no parece fácil de conseguir.

                                                                    Stargate

Normalmente, una de las ideas básicas de la física elemental es que todos los objetos tienen energía positiva. Las moléculas vibrantes, los automóviles en movimiento, los pájaros que vuelan y los misiles propulsados tienen todos energías positivas. (Por definición, el espacio vacío tiene energía nula.) Sin embargo, si podemos producir objetos con “energías negativas” (es decir, algo que tiene un contenido de energía menor que el del vacío), entonces podríamos ser capaces de generar configuraciones exóticas de espacio y tiempo en las que el tiempo se curve en un círculo.

Este concepto más bien simple se conoce con un título que suena complicado: la condición de energía media débil (AWEC). Como Thorne tiene cuidado de señalar, la AWEC debe ser violada; la energía debe hacerse temporalmente negativa para que el viaje en el tiempo tenga éxito. Sin embargo, la energía negativa ha sido históricamente anatema para los relativistas, que advierten que la energía negativa haría posible la antigravedad y un montón de otros fenómenos que nunca se han visto experimentalmente, y que desde luego, nos vendrían como anillo al dedo para solucionar serios problemas.

Kip S. Thorne señala al momento que existe una forma de obtener energía negativa, y esto es a través de la teoría cuántica. En 1.948, el físico holandés Herrik Casimir demostró que la teoría cuántica puede crear energía negativa: tomemos simplemente dos placas de metal paralelas y descargadas. Ordinariamente, el sentido común nos dice que estas dos palcas, puesto que son eléctricamente neutras, no ejercen ninguna fuerza entre sí. Pero Casimir demostró que, debido al principio de incertidumbre de Heisenberg, en el vacío que separa estas dos placas hay realmente una agitada actividad, con billones de partículas y antipartículas apareciendo y desapareciendo constantemente a partir de la nada en ese espacio “vacío”, partículas virtuales que mediante el efecto túnel vienen y van fugaces, tan fugaces que son en su mayoría inobservables, y no violan ninguna de las leyes de la física. Estas “partículas virtuales” crean una fuerza neta atractiva entre las dos placas de Casimir que predijo que era medible.

Cuando Casimir publicó su artículo, se encontró con un fuerte escepticismo. Después de todo, ¿Cómo pueden atraerse dos objetos eléctricamente neutros, violando así las leyes normales de la electricidad clásica? Esto era inaudito. Sin embargo, 10 años después, en 1.958, el físico M. J. Sparnaay observó este efecto en el laboratorio, exactamente como predijo Casimir. Desde entonces, ha sido bautizado como el “efecto Casimir”.

Por el momento, aun no hay veredicto sobre la máquina del tiempo de Thorne. Todos están de acuerdo en que el factor decisivo es tener una teoría de la gravedad completamente cuantizada para zanjar la cuestión de una vez por todas. Por ejemplo, Stephen Hawking ha señalado que la radiación emitida en la entrada del agujero de gusano sería muy grande y contribuiría a su vez al contenido de materia y energía de las ecuaciones de Einstein. Esta realimentación en las ecuaciones de Einstein distorsionaría la entrada del agujero de gusano, quizá incluso cerrándolo para siempre. Thorne, sin embargo, discrepa en que la radiación sea suficiente para cerrar la entrada.

Los dos físicos, Hawking y Thorne, muy amigos, tienen una apuesta sobre el tema. ¿Quién la ganará? Puede suceder que la respuesta llegue cuando ninguno de los dos exista. Thorne, a petición de su amigo Carl Sagan, le asesoró en la novela “Contact” que en el cine interpretó Jodie Foster, y en la que una experta astrónoma buscaba contactar con inteligencia extraterrestre y lo consigue, recibiendo los planos para la construcción de una maquina del tiempo mediante el agujero de gusano de Thorne. La película está conseguida y el objetivo perseguido también; un mensaje de lo que, en un futuro (aún lejano) podría ser posible.

Claro que, para ello, antes habrá que conseguir unificar la Relatividad General de Einstein (la gravitación universal), con la Mecánica Cuántica de Planck (el microcosmos, el átomo), lo que de nuevo nos lleva al punto de partida.

Emilio Silvera V.

[?]