Nanopartículas

El universo entero es energía. En sus formas diferentes la energía cambia continuamente y lo mismo hace que brillen las estrellas del cielo, que los planetas giren, que los estables átomos formen moléculas y materia, que las plantas crezcan o que las civilizaciones evolucionen.

La ciencia del siglo XIX reconoció la universalidad de la energía y supo ver que la Humanidad sin energía que hiciera el trabajo más duro, no evolucionarían en el bienestar social y el saber.

De todas maneras, aún hoy día, pasada la cuarta parte del siglo XXI, no tenemos un conocimiento unificado de todos los ámbitos y disciplinas, que relacionados de una u otra manera con la energía, nos presente una visión global y completa de este problema. Los estudios energéticos modernos se presentan fragmentados, divididos en disciplinas, y los científicos que trabajan en cada una de ellas están muy ocupados para leer el resultado obtenido en los otros estudios.

Los geólogos, por ejemplo, al tratar de entender las grandes fuerzas que transforman la superficie del planeta por el movimiento de las placas tectónicas, rara vez están al día de los descubrimientos en las otras ramas de la energética moderna, donde se estudia desde el esfuerzo de un corredor de élite hasta el vuelo de un colibrí.

Los ingenieros se preocupan por las plantas generadoras de electricidad y piensan poco en las constantes fundamentales de la energía o en los cambios que determinaron la evolución de las sociedades antes de la llegada de la civilización de los combustibles fósiles.

Energía es todo, desde el Sol hasta un embarazo; desde el pan que comemos hasta un microchip. Sin embargo, es difícil que un técnico pueda pensar en ello cuando está centrado en resolver el problema del momento.

La progresión lógica se realiza siguiendo una secuencia progresiva desde los flujos de energía planetarios a la vida de las plantas y los animales, siguiendo con la energía humana, la energía en el desarrollo de las sociedades preindustriales y modernas, y concluyendo con el transporte y los flujos de información, que son las dos características más importantes de la civilización de los combustibles fósiles.

Los que han leído algunos de mis trabajos saben que aquí podrán encontrarse con datos y materias diversas, y aunque el tema central, como he reseñado por título, es la evolución por la energía, también podrán leer sobre la entropía, las fuerzas de la naturaleza, el átomo, o incluso, del Sol, los vientos, radiación solar o cualquier dato que, en realidad, pueda estar conectado con el concepto de energía.

Operamos con unidades

El conocimiento, las peculiaridades y las complejidades de las diferentes formas de energías, así como su almacenamiento y transformación, requiere que cuantifiquemos esas cualidades y procesos. Para ello debemos introducir cierto número de conceptos científicos y medidas, así como sus unidades correspondientes.

Al hablar sobre energía nos encontramos con el problema de que el uso en el habla común de muchos términos científicos está equivocado. Como dice Henk Tennekes, “hemos creado una terrible confusión con los conceptos físicos simples en la vida ordinaria”. Pocos de esos malentendidos son tan generales y molestos como los relacionados con los términos energía, potencia y fuerza.

Definimos fuerza como la intensidad con la que intentamos desplazar – empujar, tirar, levantar, golpear… – un objeto. Podemos ejercer una fuerza enorme sobre la roca que sobresale en una montaña incluso si ésta permanece inmóvil. Sin embargo, sólo realizamos trabajo cuando el objeto que empujamos se mueve en la dirección de la fuerza aplicada. De hecho, se define el trabajo realizado como el producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida. La energía, como se define en los libros de texto, es “la capacidad de hacer trabajo”, y así, ésta se medirá con las mismas unidades que el trabajo.

                      Unidades que tienen nombre especiales

Si medimos la fuerza en unidades denominadas newton (N), llamada así en honor de Isaac Newton, y la distancia en metros (m), el trabajo se mide en la malsonante unidad de newton-metro. Para simplificar, los científicos llaman al newton-metro julio (J), en honor de James Prescot Joule (1818 – 1889), quien publicó el primer cálculo preciso de la equivalencia entre trabajo y energía. El julio es la unidad estándar de trabajo y energía.

La potencia es simplemente la tasa de trabajo, es decir, un flujo de energía por unidad de tiempo. A un julio por segundo lo llamamos vatio (W) en honor de James Watt (1736 – 1819), inventor de la máquina de vapor mejorada y el hombre que estableció la primera unidad de potencia, que no fue el vatio sino el caballo de vapor (CV), una unidad aproximadamente igual a 750 W.

Seguimos con algunas tablas para documentarnos:

Para avanzar un poco más tenemos que pasar de empujar y tirar (lo que llamamos energía mecánica o energía cinética) a calentar (energía térmica). Definimos una unidad llamada caloría como la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua desde 14’5 a 15’5 ºC. Usando esta unidad podemos comparar energías térmicas, pero una vez más, esta unidad no nos permite comparar todas las clases diferentes de energías.

Si nos preguntamos ¿Qué es la energía?, esta pregunta no es fácil de contestar. Incluso uno de los más grandes físicos modernos resulta de poca ayuda: “es importante darse cuenta de que en física, en realidad, no se sabe muy bien qué es la energía. No tenemos una idea de por qué la energía está formada por pequeños pulsos de una cantidad definida”, decía Richard Feynman en su libroLectures on Physics.

David Rose, para definir la energía, decía: “es un concepto abstracto inventado por los físicos en el siglo XIX para describir cuantitativamente una amplia variedad de fenómenos naturales”.

E: representa la energía

m: la masa

c: la velocidad de la luz en el vacío ¡casi 300 000 km/s!

Einstein nos dijo: “la masa y la energía son manifestaciones de una misma cosa”.

El conocimiento moderno de la energía incluye un número de descubrimientos fundamentales: la masa y la energía son equivalente; los diferentes tipos de energía están relacionados por muchas transformaciones; durante esas transformaciones, la energía no se destruye (primer principio de la termodinámica) y esta conservación de la energía está inexorablemente acompañada por una pérdida de utilidad (segundo principio de la termodinámica).

El primer descubrimiento, descrito en una carta de Einstein a un amigo suyo como una “idea atrevida, divertida y atractiva”, se resume en su ecuación m = E/c², que en su versión más famosa se escribe como E = mc²; la ecuación más conocida de la física.

El segundo descubrimiento se demuestra continuamente en miles de trasformaciones energéticas que se producen en el universo. La energía gravitatoria mantiene las galaxias en movimiento, a la Tierra girando alrededor del Sol y confinada la atmósfera que hace nuestro planeta habitable. La transformación de la energía nuclear en el interior del Sol produce el continuo flujo de energía electromagnética, llamada radiación solar. Una pequeña parte de esa energía llega al planeta Tierra que, a su vez, libera energía geotérmica. El calor producido en ambos procesos pone en movimiento la atmósfera, los océanos y las gigantescas placas tectónicas terrestres.

Una pequeña parte de la energía radiante del Sol se transforma, a través de la fotosíntesis, en reservas de energía química, que son utilizadas por muchas clases de bacterias y plantas. Los seres heterótrofos (organismos que van desde las bacterias, los protozoos y los hongos hasta los mamíferos), ingieren y reorganizan vegetales de las plantas en nuevos enlaces químicos y los utilizan para crear energía mecánica (cinética).

La energía química almacenada durante millones de años en los combustibles fósiles se libera por combustión en calderas y máquinas como energía termal (térmica), la cual, a través de muchos procesos se convierte en energía mecánica, química o electromagnética.

La colisión entre las placas terrestres lleva a que las rocas conformantes de la corteza puedan romperse (fallarse) o bien plegarse. Este último proceso ocurre en aquellos estratos rocosos que se ven sometidos a altas presiones y temperaturas, que permiten que las rocas se tornen dúctiles. Las cadenas montañosas o cordilleras se generan por la colisión de las placas tectónicas y, por lo general, se localizan cerca de sus márgenes.

El segundo principio de la termodinámica se refiere a la inevitable realidad de que a lo largo de la cadena de transformación de la energía se va perdiendo la capacidad de realizar un trabajo útil. Hay una magnitud asociada con esta pérdida de utilidad de la energía que se llama entropía; en cada transformación la energía se conserva, pero la entropía del sistema en su conjunto sólo puede aumentar. No hay nada que podamos hacer contra esta disminución de utilidad. Un barril de petróleo es un almacén de energía muy útil y de baja entropía que se puede transformar en calor, electricidad, movimiento y luz. Las moléculas calientes de aire emitidas por el tubo de escape de un motor o la luz que rodea una bombilla representan un estado de alta entropía en el que se producen irrecuperables pérdidas de utilidad.

El Universo se puede considerar como un sistema cerrado

En un sistema cerrado, este proceso unidireccional de disipación entrópica tiene la inevitable consecuencia de una pérdida de la complejidad y un aumento de la homogeneidad. Esto se puede ver si usted compara la multitud de moléculas orgánicas que componen el petróleo con la monotonía de unos pocos tipos de moléculas sencillas que forman los gases del tubo de escape.

Por el contrario, todos los organismos vivos (desde las bacterias hasta las civilizaciones humanas) son sistemas abiertos, que están importando y exportando energía constantemente; son capaces de mantenerse en estado de desequilibrio químico y termodinámico, creciendo y evolucionando hasta una mayor heterogeneidad y complejidad. Desafían temporalmente la tendencia entrópica.

No conviene utilizar unidades inadecuadas para medir esta gran variedad de procesos, porque casi siempre las cifras estarían seguidas o precedidas de muchos ceros. Tanto el julio como el vatio representan respectivamente cantidades muy pequeñas de energía y potencia. Aproximadamente 30 microgramos de carbón o 2 segundos de metabolismo de un ratón de campo equivalen a 1 julio. Un vatio es la potencia de una pequeña vela encendida o el vuelo rápido de un colibrí.

Emilio Silvera V.

El equipo del telescopio espacial Kepler de la NASA anunció no hace mucho el descubrimiento del primer exoplaneta que orbita simultáneamente dos estrellas de un sistema binario. La criatura se llama Kepler-16b -o mejor, Kepler-16 (AB)-b– y gira alrededor de dos estrellas más pequeñas que el Sol. Kepler A y Kepler B son dos astros con el 69% y el 20% de la masa del Sol respectivamente, mientras que Kepler-16b es un exo-saturno que tiene 0,33 veces la masa de Júpiter. Posee un periodo de 229 días y se halla situado a 105 millones de kilómetros del par binario, la misma distancia que separa a Venus del Sol en nuestro Sistema Solar. Pero debido a que Kepler-16 AB son dos estrellas relativamente frías, la temperatura “superficial” de este gigante gaseoso ronda unos gélidos 170-200 K dependiendo de la posición orbital. Es decir, nada que ver con el infierno de Venus.

Una de las imágenes más recordadas de Star Wars es el momento en el que Luke Skywalker mira hacia la puesta de sol del desierto de Tatooine y vemos cómo se ven 2 soles. Aunque esta imagen forme parte de la historia del cine parece ser que podría ser una realidad; no es que la NASA haya descubierto la ubicación de Tatooine ni nada parecido sino que el telescopio Kepler ha localizado el planeta que orbita alrededor de dos estrellas, es decir, dos soles.

Científicos del  observatorio espacial Kepler de la NASA halló un planeta que está inserto en un sistema con dos estrellas, a una distancia de 200 años luz de la Tierra.

Kepler 16b

El  planeta, ubicado en la constelación del Cisne, fue bautizado con el nombre de Kepler 16b y es frío y gaseoso en vez de un tórrido desierto, por lo cual es el primer planeta circumbinario, es decir,  dos estrellas, según señala el artículo en la revista Science.

Como podréis ver y leer, los medios de comunicación cuentan las noticias científicas como mejor les parece y, no pocas veces distorsionan la realidad. Claro que, tener un científico “de verdad” en nómina y en cada especialidad…sería insoportable (económicamente hablando) para cualquier medio de comunicación y dan las noticias que les llegan de la mejor manera posible.

Las técnicas avanzan y cada vez es más fácil detectar nuevos mundos antes perdidos en el inmenso espacio interestelar y, la lejanía, las dificultades que añaden la luz emitida por la estrella que estos mundos orbitan, poco a poco, están siendo obviados por nuevas técnicas y formas nuevas que, pronto, nos llevarán a saber de mundos habitados por otros seres vivos.

Habrá que esperar un poco. Lo que pienso sobre:

La vida en otros mundos

Todo lo que podamos imaginar… ¡Podría ser cierto! También lo que ni podemos imaginar lo podría ser. Son tantas las variantes que existen en ese sentido de diversidad de mundos y estrellas que los puedan calentar para hacer posible la vida que, no podemos hacer otra cosa que conjeturar lo que podría ser. Desde luego, científicamente hablando, lo más probable es que sí exista la vida extraterrestre y, de como ésta pueda ser, serían muchas las variantes que lo determinarían por lo que, solo podemos especular. Me decanto, de todas las maneras, por el hecho de que la vida estará también, en otros mundos, basada en el Carbono como en la Tierra. Si el Universo es igual en todas partes y sus leyes las mismas también, ¿por qué allí sería distinto? Otra cosa sería las formas en las que puedan estar constituidos que, serían humanoides o de cualquier otro tipo, como en la Tierra, si existe vida en otros mundos, será de diversa constitución.

¿Quién no ha soñado alguna vez con seres de otros mundos?

¿Quién no se preguntó en alguna ocasión cómo serían los extraterrestres?

¿Existe alguna posibilidad de que alguna vez podamos ver alguno?

Y sobre todo, realmente… ¿hay vida en otros mundos?

Según todos los indicios y datos que hemos podido obtener, en los mundos hermanos del Sistema Solar y en sus lunas, no parece que pueda haber vida como la nuestra; no reúnen las condiciones requeridas para ello. Eso no impide que pueda haber otras formas de vida en forma de bacterias u otras similares.

Como la atmósfera de Venus es extraordinariamente densa y está formada en su mayoría por dióxido de carbono, con capas de ácido sulfúrico, se forman densas nubes que oscurecen la superficie, dificultando la visión desde el espacio. Por ello, sondas como Magallanes tuvieron que emplear un sistema de radar. Las temperaturas allí harían imposible la presencia de vida tal como la conocemos.

Las atmósferas de los planetas vecinos y las temperaturas que en ellos reinan, no son precisamente las más idóneas para que la vida germine en ellos. Sin embargo, en algún que otro satélite, como es el caso de la luna de Júpiter, Europa, que constituye un mundo completamente helado aunque debajo de la superficie (así se cree) podría existir un océano de agua no tan fría y calentada gracias a la influencia de las mareas de Júpiter, ¿Quién podría asegurar que allí, en presencia de agua líquida, no podría haber alguna forma de vida?

Titán, un pequeño mundo fascinante

En la luna de Saturno Titán se cree que pueden existir algunas formas de vida extraterrestres, posiblemente basadas en el metano que fluye por ríos y que la atmósfera contiene provocando lluvias de metano.  Según los datos obtenidos por la sonda Cassini los ríos de metano fluyen por la superficie de Titán, además la sonda Huygens que aterrizó en Titán en 2005 mostrando las primeras imagenes de la superficie de Titán, también aporto datos muy interesantes.

Titán, con una atmósfera de metano y nitrógeno y en cuya superficie podría haber nitrógeno líquido y compuestos orgánicos sólidos. Lo que también se puede decir de Tritón, el satélite de Neptuno. Así que, son tres satélites que podrían (es concebible) tener alguna forma de vida.

Sin embargo, hasta el momento, son sólo conjeturas. El único objeto del Sistema Solar que está a una distancia idónea del Sol, que tiene los elementos y condiciones precisas para la formación de la vida (temperatura, atmósfera, etc), es el planeta Tierra.

El número total de estrellas en el universo conocido se calcula que sobrepasan los 1.000 millones de millones (1.000.000.000.000.000.000.000). Nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, contiene más de cien mil millones de estrellas. Si todas las estrellas se han desarrollado bajo los mismos parámetros que la nuestra (el Sol), es lógico pensar que casi todas ellas tendrán su propio sistema planetario.

Sin embargo, lo que no es tan probable, es que todas tengan un planeta con la composición, la atmósfera, la distancia idónea a su estrella y abundante agua y los productos químicos necesarios para la creación y surgimiento de la vida.

Son muchos los planetas descubiertos fuera de nuestro sistema solar, todos ellos muy grandes, incluso varias veces el volumen y la masa de Júpiter (no aptos para la vida inteligente tal como la conocemos).

    Otros Sistemas planetarios, como el nuestro, tienen planetas situados en la zona habitable

Hay que esperar a que estén en funcionamiento las nuevas generaciones de telescopios, con técnicas superiores al Hubble, que nos podrán buscar nuevos planetas fuera del Sistema Solar y que a muchos años-luz de nosotros, podrían albergar vida inteligente.

El descubrimiento de planetas enormes situados en sistemas solares muy lejanos son una esperanza, ya que donde existen esa clase de planetas, es lógico pensar que existan otros más pequeños que, como la Tierra, puedan tener condiciones distintas y que permitan alguna clase de vida.

¡Cuánto han cambiado las cosas!

La imagen de Galileo mirando por su telescopio a las estrellas lejanas es sólo un símbolo del pasado. Ahora, los modernos astrónomos cuentan con sofisticados telescopios de última generación que dirigen por ordenador y sentados cómodamente las operaciones de investigación de las estrellas. Los datos son estudiados y normalizados por enormes y potentes computadoras que, en la pantalla de ordenador, les enseña lo que han detectado. Así es la astronomía moderna que contando con nuevas técnicas y muchos medios, pueden descifrar problemas antes irresolubles.

Hay estudios que favorecen la creencia de que los sistemas solares son tan comunes como las estrellas. Pero, aún suponiendo que la mayoría e incluso todas las estrellas posean sistemas planetarios, y que muchos de esos planetas sean similares a la Tierra en tamaño, debemos saber qué criterios han de satisfacer o qué requisitos deben tener o cumplir para que sean habitables.

    Incluso en planetas que orbitan estrellas distintas al Sol, podría estar la vida presente

Se cree que una estrella debe tener cierto tamaño para poder poseer un planeta habitable. Cuanto más grande es la estrella tanto menor es su tiempo de vida, y si excede de ciertas dimensiones, no vivirá lo suficiente como para permitir que un planeta recorra las prolongadas etapas de su evolución química, antes de que se puedan formar y desarrollar en él formas de vida complejas.

Si la estrella es demasiado pequeña no puede calentar suficientemente a un planeta si este no está muy próximo a ella, y en tal caso, sufriría periódicos efectos perjudiciales. Se estima que sólo las estrellas de las clases espectrales F2 a Kl son adecuadas para el mantenimiento de planetas con nivel de habitabilidad suficiente para seres humanos: planetas que puedan ser colonizados (si algún día conseguimos el viaje -la forma- de desplazarnos entre las estrellas).

Si pensamos que en nuestra galaxia existen 100.000 millones de estrellas, y que tal ingente número de soles es la media de las galaxias, podemos suponer, aplicando la lógica, que estrellas del tipo idóneo para tener planetas como la Tierra o similares deben ser miles de millones. Lo que nos lleva a la conclusión de que, planetas como el nuestro también podrían ser unos cuantos.

Es probable que estos planetas portadores de la vida puedan estar distribuidos por el universo de manera uniforme; la dificultad es que el universo es demasiado grande. Si cada 100.000 años-luz cúbicos existiera un planeta como la Tierra, serían muchísimos los planetas con vida, lo que nos llevaría a tener que explorar a una distancia mínima de unos 30 años-luz para encontrar uno de esos planetas hermanos del nuestro.

Sería extraño que por esta región pudiera existir vida inteligente y que, a pesar de la cercanía con nuestro Sistema solar (4,3 años-luz), no tuviéramos ninguna prueba de su existencia. Claro que, también podría tratarse de formas de vida poco evolucionadas que no han conseguido aún la tecnología necesaria para las comunicaciones a tan largas distancias.

WOLF 359

“Es la tercera estrella más cercana, después del sistema estelar Alfa Centauri y la estrella de Barnard, a parte el sol. Se encuentra en la constelación de Leo y es totalmente invisible al ojo humano sin ayuda de la óptica. Es una enana roja, estrella fulgurante y que en ocasiones aumenta su brillo de forma drástica, por lo que se la denomina también estrella variable. “

Actualmente, con la tecnología que tenemos, con las naves que podemos contar para emprender una misión a Alfa Centauri, se tardaría unos 30.000 años en llegar (si todo transcurriera bien y sin percances, lo que parece imposible en tan largo viaje). Muchas generaciones se sucederían en la Nave, y, como irían soportando la ingravidez del Espacio… ¿No mutarían? Lo cierto es que tal empresa es solo un sueño irrealizable.

 

SIRIO

“Es el nombre propio de la estrella Alfa Canis Majoris, la más brillante de todo el cielo nocturno visto desde la Tierra, situada en la constelación del hemisferio de celeste sur Canis Minor. Es un sistema binario, compuesto por Sirio A, una estrella blanca y Sirio B, una enana blanca, irregularidades en sus orbitas han sugerido la presencia de otra estrella, una enana roja, lo que le haría un sistema trinário.”

LUYTEN 726-8

“Es el séptimo sistema solar más cercano, situado a 8,73 años luz de distancia. Se trata de un sistema binario, compuesto por Luyten 726-8 A, estrella del tipo fulgurante, también llamada BL Ceti y Luyten 726-B, también una estrella fulgurante, así mismo llamada UV Ceti.“

 

ROSS 154

“Es actualmente la octava estrella más cercana a una distancia de 9.68 años luz. No es visible a simple vista. Se encuentra en la constelación de Sagitario. Es una estrella del tipo enana roja y su masa no supera el 17% de la masa de nuestro sol. Su velocidad de rotación, indica que es una estrella joven.”

 

ROSS 248

“Es la novena estrella más cercana. Se encuentra en la Constelación de Andrómeda. No es observable a simple vista. Se encuentra a 10,30 años luz, pero dentro de 37.100 años estará a 3,03 años luz de la Tierra, siendo la estrella más próxima.”

 

 EPSILON ERIDANI

“Es la decima y última de nuestra lista de estrellas más cercanas. Se encuentra en la constelación de Eridanus y está a unos 10,5 años luz de la Tierra. Es la tercera más próxima visible a simple vista.

Es una estrella espectral de tipo K2, muy parecida al sol. Es una estrella joven de unos 600 millones de años, cuando nuestro sol tiene unos 4.600 millones de años.”

Algún especialista, no recuerdo ahora mismo su nombre, expuso la idea de que 14 estrellas distantes de nosotros a lo sumo 22 años-luz, pueden poseer planetas habitables y sopesó las probabilidades de que esto pueda ser así en cada caso. Llega a la conclusión de que la mayor probabilidad de planetas habitables se da precisamente en las estrellas más cercanas a nosotros, las dos estrellas similares al Sol del Sistema Alfa Centauro A y B. Según estimaba este señor, estas dos estrellas compañeras tienen, consideradas en conjunto, una posibilidad entre diez de poseer planetas habitables, la probabilidad total para el conjunto de 14 estrellas vecinas es de 2 entre 5.

Planetas aptos para la vida pululan por el Universo a cientos de miles de millones… ¿Pero como llegar a ellos? Las distancias y nuestra ignorancia se juntan para hacerlo imposible… ¡Quizás con el Tiempo!

Si todas las leyes del universo son las mismas que rigen aquí en la Tierra y en el Sistema Solar y en nuestra galaxia, entonces creo que para opinar sobre la posibilidad de vida extraterrestre, hay que conocer los trabajos de H. C. Urey, Stanley Lloyd Miller y otros estudiosos del origen de la vida en la Tierra, y aplicando sus estudios a planetas lejanos, tendremos la respuesta adecuada.

En los años 50, los bioquímicos Stanley Miller y Harold Urey llevaron a cabo un experimento que mostraba que varios componentes orgánicos: se podían formar de forma espontánea si se simulaban las condiciones de la atmósfera temprana de la Tierra.

Diseñaron un tubo que contenía la mayoría de los gases, similares a los existentes en la atmósfera temprana de la Tierra, y una piscina de agua que imitaba al océano temprano. Los electrodos descargaron un corriente eléctrica dentro de la cámara llena de gas, simulando a un rayo. Dejaron que el experimento se sucediera durante una semana entera, y luego analizaron los contenidos en la piscina líquida. Se dieron cuenta de que varios aminoácidos orgánicos se habían formado de manera espontánea a partir de estos materiales inorgánicos simples. Estas moléculas se unieron en la piscina de agua y formaron coacervados.

Este experimento, junto a una considerable evidencia geológica, biológica y química, ayuda a sutentar la teoría de que la primera forma de vida se formó de manera espontánea mediante reacciones químicas. Sin embargo, todavía hay muchos científicos que no están convencidos.

Como nos dice Kike en uno de sus comentarios, está claro que las distancias nos impiden ese contacto con otras civilizaciones extraterrestres. El Espacio-tiempo que nos separa de ellas es demasiado grande para que podamos llegar a ellos o ellos hasta nosotros. Y, como bien apunta, será en el futuro lejano, cuando una vez en posesión de los conocimientos necesarios, podamos, al menos, intentar esquivar el espacio-tiempo y, por caminos ahora desconocidos, poder llegar hasta esos lejanos lugares donde habitan otros seres. Sin que consigamos conquistar esos conocimientos para poder burlar la velocidad de la luz, ese límite infranqueable en nuestro universo, no conseguiremos nunca llegar hasta ellos.

Tendremos que estar preparados para la gran sorpresa… ¡La Vida bulle en cientos de miles de mundos!

Otra cuestión será el coincidir, tanto en el espacio como en el tiempo, con otras civilizaciones inteligentes; no será fácil. Podría darse el caso de civilizaciones que existieron y desaparecieron antes de que apareciéramos nosotros, o que existan en este mismo momento y que estén tan atrasadas que no podamos detectar sus señales electromagnéticas inexistentes, o que estén tan adelantados que no quieran saber nada de nosotros y estén esperando el momento idóneo de nuestra evolución para contactar, ¿Quién podría saber la verdad? Otra posibilidad es que nosotros nos destruyamos antes de que todo eso sea posible.

Pensemos por un momento que existen planetas idóneos para la vida a 500 años-luz de la Tierra, y en ese tiempo, recorreríamos 4.730.400.000.000.000 Km si tuviéramos naves espaciales cuya velocidad igualara a la velocidad de la Luz. Pero como nuestros vehículos espaciales sólo alcanzan 50 o 60 mil Km/h, ¿Qué materiales tendría que tener la nave viajera para que no se destruyera por el camino?, ¿Quién podría soportar tal viaje?, ¿Cuántas generaciones pasarían antes de llegar?, ¿Qué seres llegarían después de las mutaciones sufridas en la ingravidez durante tanto tiempo?

Una sola cuestión es segura: la vida existe fuera de nuestro Sistema Solar, lo contrario sería un milagro. No podemos ser tan ególatras y pensar que estamos solos, sería mucho espacio para tan pocos.

Pero volvamos al título del trabajo “Nuevos mundos ¿Nuevas formas de vida?

Bueno, la repuesta tendría que ir acompañada del perfecto conocimiento de las condiciones del planeta del que estemos hablando, las formas de vida podrían ser distintas en función de la masa del planeta, del oxígeno allí presente, y, de otros muchos parámetros que conformarían la imagen de las distintas especies. Sin embargo, una cosa no debemos perder de vista:

Sabemos que en la Tierra toda la vida que conocemos situada en los distintas ecos sistemas del planeta, están basadas en el Carbono. Sabemos que el Universo es igual en todas partes, en cualquier región por lejos que esté, rigen las mismas leyes fundamentales (las cuatro fuerzas), y, las Constantes universales. Y, siendo así (que lo es), independientemente de las formas que puedan adquirir las distintas especies de otros planetas… ¡También estarán basadas en el Carbono!

Emilio Silvera Vázquez

 ¿Cómo pudo surgir la Vida? ¡Es todo tan complejo!

                                                           Debajo de ésta imagen se puede leer:

“Hallan indicios de materia oscura unida al Cosmos. La evidencia muestra nuevos fenómenos físicos que podrían ser la extraña y desconocida materia oscura o la energía que se origina de los pulsares. Un detector de rayos cósmicos de dos mil millones de dólares en la Estación Espacial Internacional halló la huella de algo que pudiera ser la materia oscura. la misteriosa sustancia que se cree mantiene unido al cosmos.”

“Pero los primeros resultados del Espectrómetro Magnético Alfa (AMS, por sus siglas en inglés) son casi tan enigmáticos como la materia oscura en sí, la cual nunca ha sido observada directamente. Muestran evidencia de nuevos fenómenos físicos que podrían ser la extraña y desconocida materia oscura o la energía que se origina de los pulsares, anunciaron un miércoles científicos en el laboratorio europeo de física de partículas cerca de Ginebra.”

 

Como no me canso de repetir, cualquiera de estas noticias nos vienen a decir que, de la “materia oscura“,  nada sabemos. Sería conveniente, para que las cuentas cuadren, que exista esa dichosa clase de materia o lo que pueda ser, toda vez que, sin ella, no resulta fácil llegar a una conclusión lógica de cómo se pudieron formar las galaxias a pesar de la expansión de Hubble, o, de por qué se mueven las estrellas de la manera que lo hacen.

hace treinta años, los astrofísicos se enfrentan a este dilema: o bien las galaxias tienen mucha materia que no vemos, pero que causa una fuerte atracción gravitatoria sobre las estrellas externas (que por ello orbitarían tan rápido) o bien ni la ley de la gravedad de Newton ni la de Einstein serían válidas esas regiones externas de las galaxias. Las dos opciones son revolucionarias para la física: la primera implica la existencia de materia oscura en el universo (materia que no vemos que no emite radiación pero sí genera fuerza de Gravedad pero  y que sí afecta al movimiento de las estrellas y galaxias), y la segunda implica que una ley básica (la de Newton/Einstein de la gravitación) es incorrecta (lo que no parece que una idea aceptable, ya que, las pruebas de lo contrario son… ¡Irrebatibles!

En el momento actual, no sabemos cual de esas dos opciones es la buena (podrían incluso ser buenas las dos, es decir, que existiera materia oscura y además que la teoría de Newton/Einstein estuviera mal. No creo que sea ese el problema, debe haber una tercera opción desconocida que debemos encontrar). La gran mayoría de los astrofísicos prefieren explicarlo con la materia oscura (un camino cómodo y fácil) antes que dudar de las leyes de la gravitación de Newton/Einstein. Esto no es sólo cuestión de gustos, es que las leyes de la gravitación funcionan con una increíble exactitud en todos los demás casos donde las hemos puesto a prueba (en los laboratorios, en las naves espaciales y los interplanetarios, en la dinámica del Sistema Solar, etc.).

El problema de la materia oscura (si es que realmente existe y no es que las leyes de Newton/Einstein sean incompletas) es uno de los más importantes con los que se enfrenta la astrofísica hoy en día.

Cuando pienso en la existencia ineludible de esa “materia cósmica” primigenia, la primera y más sencilla clase de materia que se formó en las primeras fracciones del primer segundo del Big Bang, en la mente se me aparece una imagen llena de belleza creadora a partir de la cual, todo lo que ahora podemos contemplar es posible. La belleza de la idea es que toma dos problemas -la ventana del tiempo inadecuada para la formación de las galaxias y la existencia de la “materia oscura”- y los une para conformar una solución al dilema central de la estructura del universo.

La “materia oscura”, por hipótesis, tiene una ventana de tiempo mucho más larga que la materia ordinaria, porque se desapareja más pronto en el Big Bang. Tiene mucho tiempo para acumularse antes de que la materia ordinaria sea libre para hacerlo y formar los átomos. La “materia oscura” o “sustancia cósmica primera”, es de porte más sencillo y no tiene ni requiere la complejidad de la materia bariónica para formarse, es totalmente translúcida y se sitúa por todas partes, es decir, permea todo el universo invadiendo todas sus regiones a medida que este se expande más y más. Y fue esa “invisible” sustancia cósmica, la que realmente hizo posible que las galaxias se pudieran formar a pesar de la expansión de Hubble.

El hecho de que la materia ordinaria caiga entonces en el agujero gravitatorio creado de este modo sirve para explicar por qué encontramos galaxias rodeadas por un halo de algo que hemos dado en llamar “materia oscura”. Tal hipótesis mata dos pájaros de un sólo tiro.

Pero debemos recordar que en este punto sólo tenemos una idea que puede funcionar, no una teoría bien construida. Para pasar de la idea a la teoría, tenemos que responder dos preguntas importantes y difíciles:

1. ¿Cómo explicamos la estructura de la  “materia oscura”?

2. ¿Qué es la “materia oscura”? 

3. ¿Qué partículas son las que conforman ésta materia fantasmal?

4. ¿Cómo puede no emitir radiación (si toda materia es energía), y, en cambio genera Gravedad?

Podríamos seguir todo el día planteando preguntas que nadie contesta. Pero eso sí, siguen hablando de la “materia oscura”, como si la estuvieran viendo . Y, a base de repetir su existencia…. ¡Han llegado a creerse que está ahí!

          Tenemos la osadía de hablar de la “materia” oscura y decir, incluso que partículas la conforman

Se habla de materia oscura caliente y fría. También, algunas veces me veo sorprendido por las ocurrencias que tienen algunos científicos de hoy que, como los antiguos, imaginan respuestas para acomodar las cuestiones que realmente desconocen y, buscan así, una salida airosa sin que se note la inmensa ignorancia que llevan consigo.

Podríamos comenzar a examinar estas cuestiones pensando en el modo en que la “materia oscura” pudo separarse de la nube caliente en expansión, de materiales que constituía el universo en sus comienzos. Por analogía de la discusión del desaparejamiento de la materia ordinaria después de la formación de los átomos, llamaremos también desaparejamiento a la separación de la “materia oscura” de aquella fuente “infinita” de energía primera. Una transformación como la que condujo a la formación de los átomos es necesaria para que ocurra el desaparejamiento. Todo lo que tiene que suceder es que la fuerza de la interacción de las partículas que forman la “materia oscura” caigan por debajo del punto en que el resto del universo puede ejercer una presión razonable sobre él. Después de esto, la “materia oscura continuará a su aire, indiferente a todo lo que la rodee.

Resulta que desde el punto de vista de la creación de la estructura observada del universo, la característica más importante del proceso de desaparejamiento para la “materia oscura” es la velocidad de las partículas cuando son libres. Si el desaparejamiento tiene lugar muy pronto en el Big Bang, la “materia oscura” puede salir con sus partículas moviéndose muy rápidamente, casi a la velocidad de la luz. Si es así, decimos que la “materia oscura” está caliente. Si el desaparejamiento tiene lugar cuando las partículas están moviéndose poco a poco -velocidad significativamente menor que la de la luz- decimos que la materia está fría.

De los tipos de “materia oscura” que los cosmólogos toman en consideración, los neutrinos serán el mejor ejemplo. Los neutrinos han llamado la atención de los científicos en relación a la “materia oscura” durante mucho tiempo. Para tener una idea aproximada del número de neutrinos del universo, podríamos decir que existe actualmente un neutrino  por cada reacción nuclear que tuvo lugar desde siempre. Los cálculos indican que hubo aproximadamente mil millones de neutrinos producidos durante el Big Bang por cada protón, neutrón o electrón. Cada volumen del espacio del tamaño de nuestro cuerpo contiene unos diez millones de estos neutrinos-reliquias y en ellos no se encuentran los que se produjeron más tarde en las estrellas. Está claro que toda partícula tan corriente como ésta podría tener en principio un efecto muy grande sobre la estructura del Cosmos, si tuviera una masa.

“Uno de los problema más importantes del modelo de materia oscura “fría” (CDM) es que predice la formación de un número demasiado grande galaxias satélite durante las primeras fases de la evolución galáctica. El modelo de materia oscura “caliente” (WDM) predice un número más próximo al número de galaxias satélite observadas en nuestra galaxia y en las galaxias del grupo local. Sin embargo, muchos expertos aún prefieren el modelo CDM opinan que la falta de galaxias satélite es debida a que no las podemos observar porque son demasiado débiles. Pero creo que hay que recordar que le modelo WDM fue abandonado por que los neutrinos no explicaban la materia oscura (se formaban burbujas no observadas en el universo), pero los neutrinos estériles no tienen dichos inconvenientes.”

Pero resulta que la “materia oscura” caliente, actuando sola, casi con toda seguridad no podría explicar lo que observamos en el universo y que el escenario de “materia oscura”-fría, y, el modelo debe modificarse por completo si queremos mantenerlo como candidato a esa teoría última de la materia que “debe” existir en el universo pero, que no sabemos lo que es y la llamamos, precisamente por eso “materia oscura”.

El tema de la materia desconocida, invisible, oculta y misteriosa que hace que nuestro universo se comporte como la hace… ¿sigue siendo una gran incógnita! Nadie sabe el por qué las galaxias se alejan las unas de las otras, el motivo de que las estrellas en la periferia de las galaxias se muevan a mayor velocidad de lo que deberían y otros extraños sucesos que, al desconocer los motivos, son achacados a la “materia oscura”, una forma de evadirse y cerrar los ojos ante la inmensa ignorancia que tenemos que soportar en relación a muchos secretos del Universo a los que no podemos dar explicación.

              Claro que otros, han imaginado cuestiones y motivos diferente para explicar las cosas

Aunque no todas si son muchas las GUT y teorías de supersimetría las que predicen la de cuerdas en la congelación del segundo 10^-35 después del comienzo del tiempo, cuando la fuerza fuerte se congeló y el universo se infló. Las cuerdas se deben considerar un subproducto del proceso mismo de congelación. Es cierto que aunque las diversas teorías no predicen cuerdas idénticas, sí predicen cuerdas con las mismas propiedades generales. En primer lugar las cuerdas son extremadamente masivas y también extremadamente delgadas; la anchura de una cuerda es mucho menor que la anchura de un protón. Las cuerdas no llevan carga eléctrica, así que no interaccionan con la radiación como las partículas ordinarias. Aparecen en todas las formas; largas lineas ondulantes, lazos vibrantes, espirales tridimensionales, etc. Sí, con esas propiedades podrían ser un candidato perfecto para la “materia oscura” Ejercen una atracción gravitatoria y no pueden ser rotas por la presión de la radiación en los inicios del Universo.

 El espesor estimado de una cuerda es de 10^-30 centímetros, comparados con los 10^-13 de un protón. Además de ser la más larga, y posiblemente la más vieja estructura del universo conocido, una cuerda cósmica sería la más delgada: su diámetro sería 100.000.000.000.000.000 veces más pequeño que el de un protón.. Y la cuerda sería terriblemente inquieta, algo así como un látigo agitándose por el espacio casi a la velocidad de la luz. Las curvas vibrarían como enloquecidas bandas de goma, emitiendo una corriente continua de ondas gravitacionales: rizos en la misma tela del espacio-tiempo. ¿Qué pasaría si una cuerda cósmica tropezara con un planeta? Al ser tan delgada, podría traspasarlo sin tropezar con un solo núcleo atómico. Pero de todos modos, su intenso campo gravitatorio causaría el caos.

             Simulación del efecto de lente generado por una cuerda cósmica. Crédito: PhysicsWorld.com

Lo cierto es que todavía no se ha encontrado ninguna cuerda de este tipo. Si bien en los últimos años han surgido muchas candidatas a estar formadas por un efecto de lente de este tipo, la mayoría han resultado ser dos cuerpos distintos pero muy similares entre sí. Pese a ello, los astrofísicos y los teóricos de cuerdas no pierden la esperanza de encontrar en los próximos años, y gracias a telescopios cada vez más potentes, como el GTC y aceleradores como el LHC las evidencias directas de la existencia de este tipo de cuerdas; evidencias que no sólo nos indicarían que las teorías de cuerdas van por buen camino, sino que el modelo del Big Bang es un modelo acertado.

Por tanto, cuando observásemos un objeto con una cuerda cósmica en la trayectoria de nuestra mirada, deberíamos ver este objeto dos veces, con una separación entre ambas del orden del defecto de ángulo del cono generado por la curvatura del espacio-tiempo. Esta doble imagen sería característica de la presencia de una cuerda cósmica, pues otros cuerpos, como estrellas o agujeros negros,  curvan el espacio-tiempo de manera distinta. Por tanto, una observación de este fenómeno no podría dar lugar a un falso positivo.

En este sentido, el nombre de cuerda cósmica está justificado debido a que son impresionantemente pesadas, pasando a ser objetos macroscópicos aun cuando su efecto es pequeño. Una cuerda de seis kilómetros de longitud cuya separación entre ambas geodésicas es de apenas 4 segundos de arco tendría ¡la masa de la Tierra!. Evidentemente, cuerdas de este calibre no se espera que existan en la naturaleza, por lo que los defectos de ángulo esperados son aún menores y, por tanto, muy difíciles de medir.

Una de las virtudes de la teoría es que puede detectarse por la observación. Aunque las cuerdas en sí son invisibles, sus efectos no tienen por qué serlo. La idea de las supercuerdas nació de la física de partículas, más que en el de la cosmología (a pesar de que, la cuerdas cósmicas, no tienen nada que ver con la teoría de las “supercuerdas”, que mantiene que las partículas elementales tienen forma de cuerda). Surgió en la década de los sesenta cuando los físicos comenzaron a entrelazar las tres fuerzas no gravitacionales – electromagnetismo y fuerzas nucleares fuertes y débiles – en una teoría unificada.

Kibble estudiaba las consecuencias cosmológicas de las grande teorías unificadas. Estaba particularmente interesado en las del 10^-35 segundo después del Big Bang.

                    Podrían estar por todas partes

Aunque no todas si son muchas las Grandes Teorías Unificadas y teorías de supersimetría las que predicen la formación de cuerdas en la congelación del segundo 10^-35 después del comienzo del tiempo, cuando la fuerza fuerte se congeló y el universo se infló. Las cuerdas se deben considerar un subproducto del proceso mismo de congelación. Es cierto que aunque las diversas teorías no predicen cuerdas idénticas, sí predicen cuerdas con las mismas propiedades generales. En primer lugar las cuerdas son extremadamente masivas y también extremadamente delgadas; la anchura de una cuerda es mucho menor que la anchura de un protón. Las cuerdas no llevan carga eléctrica, así que no interaccionan con la radiación como las partículas ordinarias. Aparecen en todas las formas; largas lineas ondulantes, lazos vibrantes, espirales tridimensionales, etc. Sí, con esas propiedades podrían un candidato perfecto la “materia oscura”. Ejercen una atracción gravitatoria, no pueden ser rotas por la presión de la radiación en los inicios del Universo.

Como habéis podido comprender, todas estas teorías están por demostrar y sólo son conjeturas derivadas de profundos pensamientos de lo que puso ser y de lo que podría ser. Nada relacionado con la materia oscura, las supercuerdas o las cuerdas cósmicas ha sido demostrado ni se han observado por medio alguno en nuestro Universo. Sin embargo, no descartar nada y hacer lo posible por demostrarlas, es la obligación de los científicos que tratan de buscar una explicación irrefutable de cómo es el Universo y por qué es así.

                         El misterioso “universo” de los campos cuánticos que nadie sabe lo que esconde

A los cosmólogos les gusta visualizar esta revolucionaria transición como una especie de “cristalización”: el espacio, en un principio saturado de energía, cambió a la más vacía y más fría que rodea actualmente nuestro planeta. Pero la cristalización fue, probablemente, imperfecta. En el cosmos recién nacido podría haberse estropeado con defectos y grietas, a medida que se enfriaba rápidamente y se hinchaba. En fin, muchas elucubraciones y conjeturas que surgen siempre que no sabemos explicar esa verdad que la Naturaleza esconde y, mientras tanto nosotros, simples mortales de la especie Homo, seguimos dejando volar nuestra imaginación que trata, cargada siempre de curiosidad, de desvelar esos misterios insondables del Universo.

                                 Siempre he creído más en la existencia de una primigenia sustancia cósmica

Finalmente sabremos sobre esa sustancia cósmica que impregna todo el universo pero, no será la “materia oscura” de la que todos hablan, será otra cosa muy diferente e inimaginable en estos momentos en los que, nuestra ignorancia, echa mano de cualquier cosa para poder ocultarla… ¡materia oscura! ¿Qué es eso?

En lo que a la “materia oscura” se refiere, estoy al lado de lo que dice el gran físico Martinus Veltman:

“La materia oscura para los cosmólogos, es en realidad, la alfombra bajo la cual… ¡Barren su ignorancia!

Emilio Silvera V.