Si te matan, has perdido una parte importante de tu vida.

Brooke Shields

Hay una coincidencia o curiosidad adicional que existe entre el tiempo de evolución biológico y la astronomía.  Puesto que no es sorprendente que las edades de las estrellas típicas sean similares a la edad actual del Universo, hay también una aparente coincidencia entre la edad del Universo y el tiempo que ha necesitado para desarrollar formas de vida como nosotros.

Si miramos retrospectivamente cuánto tiempo han estado en escena nuestros ancestros inteligentes (Homo sapiens) vemos que han sido sólo unos doscientos mil años, mucho menos que la edad del Universo, trece mil millones de años, o sea, menos de dos centésimos de la Historia del Universo.  Pero si nuestros descendientes se prolongan en el futuro indefinidamente, la situación dará la vuelta y cuando se precise el tiempo que llevamos en el Universo, se hablará de miles de millones de años.

Brandon Carter y Richard Gott han argumentado que esto parece hacernos bastante especiales comparados con observadores en el futuro muy lejano.

Moriarty: todo lo que tengo que decir ya ha cruzado por su mente.

Holmes: Entonces posiblemente mi respuesta haya cruzado por la suya.

Arthur Conan Doyle

Podríamos imaginar fácilmente números diferentes para las constantes de la Naturaleza de forma tal que los mundos también serían distintos al planeta Tierra y, la vida no sería posible en ellos.  Aumentemos la constante de estructura fina más grande y no podrá haber átomos, hagamos la intensidad de la gravedad mayor y las estrellas agotarán su combustible muy rápidamente, reduzcamos la intensidad de las fuerzas nucleares y no podrá haber bioquímica, y así sucesivamente.

Yo tengo mis propias opiniones -opiniones muy firmes -pero no siempre estoy de acuerdo con ellas.

Un idiota George W.Bush

Hay cambios infinitesimales que seguramente podrían ser soportados sin notar cambios perceptibles, como por ejemplo en la vigésima cifra decimal de la constante de estructura fina.  Si el cambio se produjera en la segunda cifra decimal, los cambios serían muy importantes.  Las propiedades de los átomos se alteran y procesos complicados como el plegamiento de las proteínas o la replicación del ADN pueden verse afectados de manera adversa.  Sin embargo, para la complejidad química pueden abrirse nuevas posibilidades.  Es difícil evaluar las consecuencias de estos cambios, pero está claro que, si los cambios consiguen cierta importancia, los núcleos dejarían de existir, n se formarían células y la vida se ausentaría del planeta, siendo imposible alguna forma de vida.

Las constantes de la naturaleza ¡son intocables!

Ahora sabemos que el Universo tiene que tener miles de millones de años para que haya transcurrido el tiempo necesario par que los ladrillos de la vida sean fabricados en las estrellas y, la gravitación nos dice que la edad del Universo esta directamente ligada con otros propiedades como la densidad, temperatura, y el brillo del cielo.

Puesto que el Universo debe expandirse durante miles de millones de años, debe llegar a tener una extensión visible de miles de millones de años luz.  Puesto que su temperatura y densidad disminuyen a medida que se expande, necesariamente se hace frío y disperso.  Como hemos visto, la densidad del Universo es hoy de poco más que 1 átomo por M³ de espacio.  Traducida en una medida de las distancias medias entre estrellas o galaxias, esta densidad tan baja muestra por qué no es sorprendente que otros sistemas estelares estén tan alejados y sea difícil el contacto con extraterrestres.  Si existe en el Universo otras formas de vía avanzada, entonces, como nosotros, habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundos hasta alcanzar una fase tecnológica avanzada, entonces, como nosotros, habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundos hasta alcanzar una fase tecnológica avanzada.

La expansión del Universo es precisamente la que ha hecho posible que el alejamiento entre estrellas con sus enormes fuentes de radiación, no incidieran en las células orgánicas que más tarde evolucionarían hasta llegar a nosotras, quince mil millones de años de alejamiento continuado y el enfriamiento que acompaña a dicha expansión, permitieron que, con la temperatura ideal y una radiación baja los seres vivos continuaran su andadura en este planeta minúsculo, situado en la periferia de la galaxia que comparado al conjunto de esta, es solo una cuota de polvo donde unos insignificantes seres laboriosos, curiosos y osados, son conscientes de estar allí y están pretendiendo determinar las leyes, no ya de su mundo o de su galaxia, sino que su osadía ilimitada les lleva a pretender conocer el destino de todo el Universo.

Cuando a solas pienso en todo esto, la verdad es que no me siento nada insignificante y nada humilde ante la inmensidad de los cielos.  Las estrellas pueden ser enormes y juntas, formar inmensas galaxias… pero no pueden pensar ni amar; no tienen curiosidad ni en ellas está el poder de ahondar en el porqué de las cosas, nosotros si podemos hacer todo eso y más.

La estructura de los átomos y las moléculas está controlada casi por completo por dos números: la razón entre las masas del electrón y el protón, b, que es aproximadamente igual a 1/1.836, y la constante de estructura fina a, que es aproximadamente 1/137.  Supongamos que permitimos que estas dos constantes cambien su valor de forma independiente y supongamos también (para hacerlo sencillo) que ninguna otra constante de la Naturaleza cambie. ¿Qué le sucede al mundo si las leyes de la naturaleza siguen siendo las mismas?

Si deducimos las consecuencias pronto encontramos que no hay muchos espacios para maniobrar.  Incrementemos b demasiado y no puede haber estructuras moleculares ordenadas porque es el pequeño valor de Beta (a_F) el que asegura que los electrones ocupen posiciones bien definidas alrededor de un núcleo atómico y las cargas negativas de los electrones igualan las cargas positivas de los protones haciendo estable el núcleo y el átomo.

Si en lugar de a versiónb, jugamos a cambiar la intensidad de la fuerza nuclear fuerte a_F, junto con la de a, entonces, a menos que  a_F>0′3 a^½, los elementos como el carbono no existirían.

No podrían existir químicos orgánicos, no podrían mantenerse unidos.  Si aumentamos a_F en solo un 4 por 100, aparece un desastre potencial porque ahora puede existir un nuevo núcleo de helio, el helio-2, hecho de 2 protones y ningún neutrón, que permite reaccionares nucleares directas y más rápidas que de protón+protón->  helio-2.

Las estrellas agotarían rápidamente su combustible y se hundirían en estados degenerados o en agujeros negros.  Por el contrario, si a_F decreciera en un 10 por 100, el núcleo de deuterio dejaría de estar ligado y se bloquearía el camino a los caminos astrofísicos nucleares hacia los elementos bioquímicos necesarios para la vida.

Zona habitable donde la complejidad que sustenta la vida puede existir si se permite que los valores que sustentan b y a varíen independientemente.  En la zona inferior derecha no puede haber estrellas.  En la superior derecha están ausentes los átomos no relativistas.  En la superior izquierda los electrones están insuficientemente localizados para que existan moléculas autoreproductoras altamente ordenadas.  Las estrechas “vías de tranvías” distingue la región necesaria para que la materia sea estable para evolucionar.

Yo no quiero alcanzar la inmortalidad a través de mi obra.  Quiero alcanzar la inmortalidad por no morir. No quiero vivir eternamente en los corazones de mis paisanos.  Preferiría vivir eternamente en mi apartamento.

Woody Allen

Muchos han especulado con sugerencias diversas del principio antrópico.  John Wheeler, el científico de Princeton que acuñó el término “agujero negro” y desempeñó un papel principal en su investigación (recientemente fallecido), propuso lo que él denominó el principio antrópico participatorio.  Este no tiene que ver especialmente con las constantes de la naturaleza sino que está motivado por la precisión de las coincidencias que permiten que exista vida en el cosmos.  ¿Es posible, pregunta Wheeler, que la vida sea en algún sentido esencial para la coherencia del Universo? Por  supuesto nosotros no somos de interés para las galaxias lejanas ni para la existencia del Universo en el pasado lejano antes de que pudiera existir la vida.  Wheeler se sentía tentado a preguntar si la importancia de los observadores al traer a la plena existencia la realidad cuántica podía estar tratando de decirnos que los “observadores” , definidos de forma adecuada, pueden ser en cierto sentido necesarios para hacer nacer al Universo.  Es muy difícil darle a esto un sentido correcto porque la teoría cuántica, con su principio de incertidumbre, la noción del observador carece de una definición nítida.  Es algo que registra información.  Una placa fotográfica valdría tanto como un vigilante nocturno.

Otro modelo de principio antrópico, introducido por Frank Tipler y John D.Barrow, es algo diferente.  Es sólo una hipótesis que debería poderse demostrar verdadera o falsa utilizando las leyes de la física y el estado observado del Universo.  Se denomina como Principio antrópico final y propone que una vez que la vida emerge en el Universo, no desaparecerá.  Una vez que hemos dado con una definición de vida adecuadamente amplia, digamos como procesamiento de información (“pensamiento”) con la capacidad de almacenar esa información (“memoria”), podemos investigar si esto podría ser cierto.  Nótese que no se afirma que la vida tenga que aparecer o que deba persistir.  Evidentemente, si la vida va a durar para siempre deberá tener una base distinta de la vida que conocemos.  Nuestro conocimiento de la astrofísica nos dice que el Sol sufrirá con el tiempo una crisis de energía irreversible, se quedará sin el material necesario para la fusión nuclear, se expandirá en gigante roja y se tragará los planetas cercanos, incluida la Tierra y posiblemente Marte.  Para cuando eso tenga que llegar tendremos que habernos ido de la Tierra, o haber transmitido la información necesaria para recrear miembros de nuestra especie (si aún pueden ser llamados así) para que colonicen otros lugares.  Pensando en millones de años en el futuro también podríamos imaginar que la vida podría existir en otras formas que hoy llamaríamos “artificiales”, como máquinas muy avanzadas de vasta información que procesan a velocidad de vértigo.

Recuerdo la película “Yo Robot” y pienso en lo que podrá ser el futuro.  Tendremos que ser muy cuidadosos si no queremos que nos sustituya nuestra propia creación, las máquinas muy sofisticadas y poderosas pueden ser peligrosas.

Como la tendencia actual es la de fabricar ingenios cada vez más pequeños y sofisticados objetos con enorme capacidad de guardar información para utilizarla cuando se le exija en el futuro.  Esa tecnología se denomina y es conocida como “NANOTECNOLOGÍA” y en unos años podrá solucionarnos problemas ahora inimaginables.  La tendencia, como decimos es hacer máquinas y objetos más pequeños pero con más memoria y prestaciones, de forma tal  que, consumiendo menos energía ofrecen una mayor rendimiento a menos coste y con menos residuos.  Si llevamos esto a la conclusión lógica, hay que esperar también que las formas de vida avanzadas sean pequeñas, tan pequeñas como lo permitan las leyes de la física.

emilio silvera

H, He, (Li, Be, B) C, N, O… Fe

¿Apreciáis la maravilla? Las estrellas brillan en el cielo para hacer posible que nosotros estemos aquí descubriendo los enigmas del universo y… de la vida inteligente.

Pero está claro que todo el proceso estelar evolutivo inorgánico nos condujo desde el simple gas y polvo cósmico a la formación de estrellas y nebulosas solares hasta los planetas, la Tierra en particular, en cuyo medio ígneo describimos la formación de las estructuras de los silicatos, desplegándose con ello una enorme diversidad de composiciones, formas y colores, asistiéndose, por primera vez en la historia de la materia, a unas manifestaciones que contrastan con las que hemos mencionado en relación al proceso de las estrellas.

Desde el punto de vista del orden es la primera vez que nos encontramos con objetos de tamaño comparables al nuestro, en los que la ordenación de sus constituyentes es el rasgo más característico.

Al mismo tiempo nos ha parecido reconocer que esos objetos, es decir, sus redes cristalinas “reales”, almacenan información (memoria) que se nos muestra muy diversa y que puede cobrar interés en ciertos casos, como el de los microcristales de arcilla, en los que, según Cairns-Smith, puede incluso llegar a transmitirse.

Porque, ¿qué sabemos en realidad de lo que llamamos materia inerte? Lo único que sabemos de ella son los datos referidos a sus condiciones físicas de dureza, composición, etc; en otros aspectos ni sabemos si pueden existir otras propiedades distintas a las meramente físicas.

¿No os hace pensar que nosotros estemos hechos, precisamente, de lo que llamamos materia inerte?

Pero el mundo inorgánico es sólo una parte del inmenso mundo molecular. El resto lo constituye el mundo orgánico, que es el de las moléculas que contienen carbono y otros átomos y del que quedan excluidos, por convenio y características especiales, los carbonatos, bicarbonatos y carburos metálicos, los cuales se incluyen en el mundo inorgánico.

Según decía en páginas anteriores, los quarks u y d se hallan en el seno de los nucleones (protones y neutrones) y, por tanto, en los núcleos atómicos. Hoy día, éstos se consideran como una subclase de los hadrones.

La composición de los núcleos (lo que en química se llama análisis cualitativo) es extraordinariamente sencilla, ya que como es sabido, constan de neutrones y protones que se pueden considerar como unidades que dentro del núcleo mantienen su identidad. Tal simplicidad cualitativa recuerda, por ejemplo, el caso de las series orgánicas, siendo la de los hidrocarburos saturados la más conocida. Recordad que su fórmula general es , lo que significa que una molécula de hidrocarburo contiene n átomos de carbono (símbolo C) y (2n+2) átomos de hidrógeno (símbolo H).

El número de protones y neutrones determina al elemento, desde el hidrógeno (el más simple), al uranio (el más complejo), siempre referido a elementos naturales que son 92; el resto son artificiales, los conocidos transuránicos en cuyo grupo están el einstenio o el plutonio, artificiales todos ellos.

Los núcleos, como sistemas dinámicos de nucleones, pertenecen obviamente a la microfísica y, por consiguiente, para su descripción es necesario acudir a la mecánica cuántica. La materia, en general, aunque presumimos de conocerla, en realidad, nos queda mucho por aprender de ella.

Hablemos un poco de moléculas.

El número de especímenes atómicos es finito, existiendo ciertas razones para suponer que hacia el número atómico 173 los correspondientes núcleos serían inestables, no por razones intrínsecas de inestabilidad “radiactiva” nuclear, sino por razones relativistas. Ya antes me referiría a las especies atómicas, naturales y artificiales que son de unos pocos millares; en cambio, el número de moléculas conocidas hasta ahora comprende varios millones de especímenes, aumentando continuamente el número de ellas gracias a las síntesis que se llevan a cabo en numerosos laboratorios repartidos por todo el mundo.

Una molécula es una estructura con individualidad propia, constituida por núcleos y electrones. Obviamente, en una molécula las interacciones deben tener lugar entre núcleos y electrones, núcleos y núcleos y electrones y electrones, siendo del tipo electromagnético.

Debido al confinamiento de los núcleos, el papel que desempeñan, aparte del de proporcionar la casi totalidad de la masa de la molécula, es poco relevante, a no ser que se trate de moléculas livianas, como la del hidrógeno. De una manera gráfica podríamos decir que los núcleos en una molécula constituyen el armazón de la misma, el esqueleto, cuya misión sería proporcionar el soporte del edificio. El papel más relevante lo proporcionan los electrones y en particular los llamados de valencia, que son los que de modo mayoritario intervienen en los enlaces, debido a que su energía es comparativamente inferior a la de los demás, lo que desempeña un importante papel en la evolución.

Desde las moléculas más sencilla, como la del hidrógeno con un total de 2 electrones, hasta las más complejas, como las de las proteínas con muchos miles de ellos, existe toda una gama, según decía, de varios millones.  Esta extraordinaria variedad de especies moleculares contrasta con la de las especies nucleares e incluso atómicas.

Sin entrar en las posibles diferencias interpretativas de estas notables divergencias, señalaré que desde el punto de vista de la información, las especies moleculares la poseen en mucho mayor grado que las nucleares y atómicas.

Dejando aparte los núcleos, la información que soportan los átomos se podría atribuir a la distribución de su carga eléctrica, y en particular a la de los electrones más débilmente ligados. Concretando un poco se podría admitir que la citada información la soportan los orbitales atómicos, pues son precisamente estos orbitales las que introducen diferencias “geométricas” entre los diferentes electrones corticales.

Justamente esa información es la que va a determinar las capacidades de unión de unos átomos con otros, previo el “reconocimiento” entre los orbitales correspondientes. De acuerdo con la mecánica cuántica, el número de orbitales se reduce a unos pocos. Se individualizan por unas letras, hablándose de orbitales s, p, d, f, g, h. Este pequeño número nos proporciona una gran diversidad.

La llamada hibridación (una especie de mezcla) de orbitales es un modo de aumentar el número de mensajes, esto es, la información, bien entendido que esta hibridación ocurre en tanto y en cuanto dos átomos se preparan para enlazarse y formar una molécula. En las moléculas, la información, obviamente, debe abarcar todo el edificio, por lo que en principio parece que debería ser más rica que en los átomos. La ganancia de información equivale a una disminución de entropía; por esta razón, a la información se la llama también negantropía.

En términos electrónicos, la información se podría considerar proporcionada por un campo de densidad eléctrica, con valles, cimas, collados, etc, es decir, curvas isoelectrónicas equivalentes formalmente a las de nivel en topografía. Parece razonable suponer que cuanto más diverso sean los átomos de una molécula, más rica y variada podrá ser su información, la información que pueda soportar.

La enorme variedad de formas, colores, comportamientos, etc que acompaña a los objetos, incluidos los vivientes, sería una consecuencia de la riqueza en la información que soportan las moléculas (y sus agregados) que forman parte de dichos objetos. Ello explicaría que las moléculas de la vida sean en general de grandes dimensiones (macromoléculas). La inmensa mayoría de ellas contiene carbono. Debido a su tetravalencia y a la gran capacidad que posee dicho átomo para unirse consigo mismo, dichas moléculas pueden considerarse como un esqueleto formado por cadenas de esos átomos.

El carbono no es el único átomo con capacidad para formar los citados esqueletos. Próximos al carbono en la tabla periódica, el silicio, fósforo y boro comparten con dicho átomo esa característica, si bien en un grado mucho menor.

emilio silvera

El mundo de los silicatos es de una gran diversidad, existiendo centenares de especies minerológicas. Esas diferencias se refieren fundamentalmente a que el enlace químico en el caso de las moléculas orgánicas es covalente, y cuando se forma la sustancia correspondiente (cuatrillones de moléculas) o es un líquido, como es el caso de los aceites, o bien un sólido que funde fácilmente. Entre las moléculas que lo forman se ejercen unas fuerzas, llamadas de Van der Waals, que pueden considerarse como residuales de las fuerzas electromagnéticas, algo más débiles que éstas. En cambio, en los silicatos sólidos (como en el caso del topacio) el enlace covalente o iónico no se limita a una molécula, sino que se extiende en el espacio ocupado por el sólido, resultando un entramado particularmente fuerte.

Al igual que para los cristales de hielo, en la mayoría de los silicatos la información que soportan es pequeña, aunque conviene matizar este punto.  Para un cristal ideal así sería en efecto, pero ocurre que en la realidad el cristal ideal es una abstracción, ya que en el cristal real existen aquí y allá los llamados defectos puntuales que trastocan la periodicidad espacial propia de las redes ideales. Precisamente esos defectos puntuales podían proporcionar una mayor información.

Si prescindimos de las orgánicas, el resto de las moléculas que resultan de la combinación entre los diferentes átomos no llega a 100.000, frente a los varios millones de las primeras. Resulta ranozable suponer que toda la enorme variedad de moléculas existentes, principalmente en los planetas rocosos, se haya formado por evolución de los átomos, como corresponde a un proceso evolutivo. La molécula poseería mayor orden que los átomos de donde procede, esto es, menor entropía. En su formación, el ambiente se habría desordenado al ganar entropía en una cierta cantidad tal, que arrojarse un balance total positivo.

No puedo dejar pasar la oportunidad, aunque sea de pasada, de mencionar las sustancias.

Las así llamadas, son cuerpos formados por moléculas idénticas, entre las cuales pueden o no existir enlaces químicos. Veremos varios ejemplos.  Las sustancias como el oxígeno, cloro, metano, amoníaco, etc, se presentan en estado gaseoso en condiciones ordinarias de presión y temperatura. Para su confinamiento se embotellan, aunque existen casos en que se encuentran mezcladas en el aire (os podéis dar una vueltecita por el polo químico de Huelva).

En cualquier caso, un gas como los citados consiste en un enjambre de las moléculas correspondientes. Entre ellas no se ejercen fuerzas, salvo cuando colisionan, lo que hacen con una frecuencia que depende de la concentración, es decir, del número de ellas que están concentradas en la unidad de volumen; número que podemos calcular conociendo la presión y temperatura de la masa de gas confinada en un volumen conocido.

Decía que no existen fuerzas entre las moléculas de un gas. En realidad es más exacto que el valor de esas fuerzas es insignificante porque las fuerzas residuales de las electromagnéticas, a las que antes me referí, disminuyen más rápidamente con la distancia que las fuerzas de Coulomb; y esta distancia es ordinariamente de varios diámetros moleculares.

Podemos conseguir que la intensidad de esas fuerzas aumente tratando de disminuir la distancia media entre las moléculas. Esto se puede lograr haciendo descender la temperatura, aumentando la presión o ambas cosas.  Alcanzada una determinada temperatura, las moléculas comienzan a sentir las fuerzas de Van der Waals y aparece el estado líquido; si se sigue enfriando aparece el sólido. El orden crece desde el gas al líquido, siendo el sólido el más ordenado. Se trata de una red tridimensional en la que los nudos o vértices del entramado están ocupados por moléculas.

Todas las sustancias conocidas pueden presentarse en cualquiera de los tres estados de la materia (estados ordinarios y cotidianos en nuestras vidas del día a día).

Si las temperaturas reinantes, como decíamos en páginas anteriores, es de miles de millones de grados, el estado de la materia es el plasma, el material más común del universo, el de las estrellas (aparte de la materia oscura, que no sabemos ni lo que es, ni donde está, ni que “estado” es el suyo).

En condiciones ordinarias de presión, la temperatura por debajo de la cual existe el líquido y/o sólido depende del tipo de sustancia. Se denomina temperatura de ebullición o fusión la que corresponde a los sucesivos equilibrios (a presión dada) de fases: vapor ↔ líquido ↔ sólido. Estas temperaturas son muy variadas, por ejemplo, para los gases nobles son muy bajas; también para el oxígeno (O₂) e hidrógeno (H₂). En cambio, la mayoría de las sustancias son sólidos en condiciones ordinarias (grasas, ceras, etc).

Las sustancias pueden ser simples y compuestas, según que la molécula correspondiente tenga átomos iguales o diferentes. El número de las primeras es enormemente inferior al de las segundas.

El concepto de molécula, como individuo físico y químico, pierde su significado en ciertas sustancias que no hemos considerado aún. Entre ellas figuran las llamadas sales, el paradigma de las cuales es la sal de cocina. Se trata de cloruro de  sodio, por lo que cualquier estudiante de E.G.B. escribiría sin titubear su fórmula: Cl Na. Sin embargo, le podríamos poner en un aprieto si le preguntásemos dónde se puede encontrar aisladamente individuos moleculares que respondan a esa composición. Le podemos orientar diciéndole que en el gas Cl H o en el vapor de agua existen moléculas como individualidades. En realidad y salvo casos especiales, por ejemplo, a temperaturas elevadas, no existen moléculas aisladas de sal, sino una especie de molécula gigante que se extiende por todo el cristal. Este edificio de cristal de sal consiste en una red o entramado, como un tablero de ajedrez de tres dimensiones, en cuyos nudos o vértices se encuentran, alternativamente, las constituyentes, que no son los átomos de Cl y Na sino los iones Cl^- y Na⁺.  El primero es un átomo de Cl que ha ganado un electrón, completándose todos los orbitales de valencia; el segundo, un átomo de Na que ha perdido el electrón del orbital s.

Cuando los átomos de Cl y Na interaccionan por aproximarse suficientemente sus nubes electrónicas, existe un reajuste de cargas, porque el núcleo de Cl atrae con más fuerza los electrones que el de Na, así uno pierde un electrón que gana el otro. El resultado es que la colectividad de átomos se transforma en colectividad de iones, positivos los de Na y negativos los de Cl. Las fuerzas electromagnéticas entre esos iones determinan su ordenación en un cristal, el Cl Na. Por consiguiente, en los nudos de la red existen, de manera alternativa, iones de Na e iones de Cl, resultando una red mucho más fuerte que en el caso de que las fuerzas actuantes fueran de Van der Waals. Por ello, las sales poseen puntos de fusión elevados en relación con los de las redes moleculares.

emilio silvera

Me referiré en primer lugar a los que constituyen nuestro entorno ordinario, que sería todo el entorno que abarca nuestro planeta. En segundo lugar considerare los demás cuerpos y objetos del universo. El análisis de muestras de esos diversos cuerpos ha puesto de manifiesto que, en función de la composición, los cuerpos pueden ser simples y compuestos. Los primeros son, precisamente, los llamados elementos químicos, a las que el insigne Lavoisier (conocido como padre de la química), consideró como el último término a que se llega mediante la aplicación del análisis químico.

Hoy sabemos que son colectividades de átomos isotópicos.

La mayoría de ellos son sólidos y se encuentran en la naturaleza (nuestro entorno terráqueo) en estado libre o en combinación química con otros elementos, formando los diversos minerales.

La ordenación de los iones en las redes se manifiesta externamente en multitud de formas y colores. No obstante debo señalar que, aun siendo abundante esta variedad, no es tan rica como la que corresponde a los cuerpos vivos, tanto animales como vegetales. La explicación se basa en que el número de especímenes moleculares y su complejidad son mucho mayores que en el reino inorgánico.

Sería conveniente, salir al paso de una posible interpretación errónea.  Me refiero a que pudiera pensarse que los reinos que acabamos de mencionar constituyen clases disyuntas, esto es, sin conexión mutua. Y no lo digo porque esté considerando el hecho de que el carbono forma compuestos inorgánicos y orgánicos (lo que también hace el silicio), sino porque haya existido, y aún pueda existir, una conclusión, mejor conexión evolutiva del mundo inorgánico y el viviente que no se puede descartar, de hecho yo particularmente estoy seguro de ello. Estamos totalmente conectados con los ríos, las montañas y los valles, con la tierra que pisamos, el aire que respiramos y con todo el resto del universo del que formamos parte.

La teoría de Cairns Smith considera que el eslabón entre ambos mundos se halla localizado en los microcristales de arcilla. Mi teoría particular es que no hay eslabón perdido en dicha conexión, sino que es el tiempo el que pone en cada momento una u otra materia en uno u otro lugar. Ahora nos ha tocado estar aquí como ser complejo, pensante y sensitivo. El eón que viene nos puede colocar formando parte de un enorme árbol, de un monte, o simplemente estar reposando como fina arena en el lecho de un río.  Sin dudarlo, J. M. y P. formarán parte de un hermoso jardín perfumado y lleno de aromas que la brisa regalará a los que pasen cerca de allí.

El granito, por ejemplo, consiste básicamente en una mezcla de tres cuerpos compuestos: cuarzo, mica y feldespato. ¿Quién puede decir hoy lo que seremos mañana?

En todos los cuerpos que hemos estado considerando hasta ahora, las moléculas, los átomos o los iones se hallan situados en los nudos de la correspondiente red, así que, los electrones de esos individuos se encuentran también localizados en el entorno inmediato de esos lugares. Podríamos decir que la densidad electrónica es una función periódica espacial, lo que significa que al recorrer la red siguiendo una determinada dirección irían apareciendo altibajos, es decir, crestas y valles de la densidad electrónica.

La estructura de los cuerpos metálicos, así como las aleaciones, merecen una consideración especial. La estructura de los metales y aleaciones difiere de la de los demás cuerpos en un aspecto muy importante que consideraré a continuación.

Me refiero a que en los cuerpos metálicos existe una deslocalización de los electrones que están menos fuertemente enlazados en los correspondientes núcleos, es decir, de los electrones de valencia.

Vamos a precisar un poco. Supongamos, para fijar las ideas, que tenemos un trozo de plata metálica pura. En los nudos de la red correspondientes los átomos han perdido su electrón de valencia, pero ocurre que cada uno de estos electrones forma una colectividad que se halla desparramada o dispersa por todo el sólido. Una primera imagen de esta situación fue establecida por el gran físico italiano Enrico Fermi, por lo que se habla de un gas electrónico, llamado también de Fermi, que llenaría los espacios libres, es decir, no ocupados por los iones metálicos.

Este gas electrónico es el responsable de las propiedades metálicas, tales como el brillo, conductibilidades eléctrica y térmica, etc. La aplicación de la mecánica cuántica a la descripción del estado metálico conduce a la obtención del mapa de la densidad electrónica, o como decía antes, a las características de la información correspondiente.

Sin entrar en detalles que desviarían nuestra atención hacia otros conceptos fuera de los límites de lo que ahora estoy pretendiendo, utilizaré el mismo lenguaje que para las estructuras de núcleos y átomos.

Recordemos que en la sociedad de los nucleones y electrones existen las relaciones verticales y las de estratificación, que se manifiestan en las capas y subcapas. En el caso de los metales tendríamos una colectividad de núcleos, arropados con sus capas cerradas, ocupando los nudos de la red; únicamente los electrones de valencia de cada átomo forman la colectividad del gas electrónico.

La pregunta que nos debemos hacer es: ¿estos electrones, en número igual por lo menos al de los átomos, se hallan estratificados? La respuesta es que sí. Existe una estratificación de estos electrones en las llamadas bandas.  El concepto de banda energética resulta de la consideración simultánea de dos aspectos: la cuantización energética (o la estratificación de los niveles energéticos en los átomos) y el grandísimo número de electrones existentes.  Este colectivo no podría ubicarse en un número finito y escaso de niveles.   Esta dificultad queda soslayada si se admite que cada uno de esos niveles atómicos de los n átomos que forman el cuerpo se funde en otros tantos niveles de cierta anchura donde ya pueden alojarse los electrones disponibles.

Esa fusión de los niveles atómicos da lugar a las bandas. Esta imagen equivaldría a considerar un metal como un átomo gigante en el que los niveles energéticos poseyeran una anchura finita.

En cuanto a la información que puede soportar un metal, podríamos señalar que sería parecida a la del correspondiente átomo, pero mucha más extendida espacialmente. Una información puntual, la del átomo, daría paso a otra espacial, si bien vendría a ser una mera repetición periódica de aquella.

¿Y los cuerpos que pueblan el resto del universo?

Cuando un cuerpo sobrepasa unas determinadas dimensiones, aparece algo que conocemos como fuerza gravitatoria y que se deja sentir en la forma que todos conocemos y que da lugar primeramente a la fusión de los diversos materiales que forman los cuerpos.

Así, por ejemplo, en el cuerpo que llamamos Tierra, la presión crece con la profundidad, por lo que a partir de un determinado valor de ésta, aparece el estado líquido y con él una estratificación que trata de establecer el equilibrio hidrostático.

Dentro de nuestro sistema planetario se distinguen los planetas rocosos, hasta Marte y meteoritos inclusive, y el resto de ellos, desde Júpiter en adelante, incluido este. Estos últimos difieren esencialmente de los primeros en su composición. Recuérdese que la de Júpiter es mucho más simple que la de los planetas rocosos. Consta fundamentalmente de hidrógeno, helio, agua, amoniaco y metano, con un núcleo rocoso en su interior. El hidrógeno que rodea a este núcleo se encuentra en forma de hidrógeno atómico sólido.

También la composición del Sol (y todas las estrellas que brillan) es más simple que la de los planetas rocosos, su estado físico es el de plasma y su contenido está reducido (mayormente) a hidrógeno y helio. Más variedad de materiales existe en las estrellas supernovas, donde el primitivo hidrógeno ha evolucionado de la manera que expliqué en otra parte de este trabajo.

En cuanto a los derechos de la evolución estelar, enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros, señalaré que la composición de la primera es sencilla en cuanto al numero de “elementos” constituyentes; la segunda ya lo indica su propio nombre, constan de nucleones, particularmente neutrones que están fuertemente empaquetados (muy juntos) por la gravedad. Una estrella de neutrones puede tener una densidad superior a la del agua, en millones de veces y del mismo orden que la de los núcleos atómicos. El agujero negro es un fenómeno aparte, su inmensa fuerza gravitatoria es tal que ni la luz puede escapar de ella, es decir, su velocidad de escape es superior a 300.000 Km/s, y como según la relatividad nada es en nuestro universo superior en velocidad a la luz, resulta que nada podrá escapar de un agujero negro.

Allí dentro, en el interior del agujero negro, no existen ni el tiempo ni el espacio; es como un objeto que estando en nuestro universo (deja sentir su fuerza gravitatoria y engulle estrellas), al mismo tiempo no está aquí.

Desde el comienzo de este trabajo estoy tratando de relacionar el universo, la materia y la consciencia, claro que, conseguirlo es otra cosa.

emilio silvera

Tales universos de dos tiempos habían sido propuestos por Milne y fueron las primeras sugerencias de que G podría no ser constante. Unos procesos, como la desintegración radiactiva o los ritmos de interacción molecular, podrían ser constantes sobre una escala de tiempo pero significativamente variables con respecto a la otra. Esto daba lugar a un escenario en el que la bioquímica que sustentaba la vida sólo se hacía posible después de una particular época cósmica, Haldane sugiere que:

“Hubo, de hecho, un momento en el que se hizo posible por primera vez vida de cualquier tipo, y las formas superiores de vida sólo pueden haberse hecho posibles en una fecha posterior.  Análogamente, un cambio en las propiedades de la materia puede explicar algunas de las peculiaridades de la geología precámbrica.”

Este imaginativo escenario no es diferente del que ahora se conoce como “equilibrio interrumpido”, en el que la evolución ocurre en una sucesión discontinua de brotes acelerados entre los que se intercalan largos periodos de cambio lento. Sin embargo, Haldane ofrece una explicación para los cambios.

Lo que tienen en común todas estas respuestas a las ideas de Eddington y Dirac es una apreciación creciente de que las constantes de la naturaleza desempeñan un papel cosmológico vital:

Existe un lazo entre la estructura del universo en conjunto y las condiciones locales internas que se necesitan para que la vida se desarrolle y persista. Si las constantes tradicionales varían, entonces las teorías astronómicas tienen grandes consecuencias para la biología, la geología y la propia vida.

No podemos descartar la idea ni abandonar la posibilidad de que algunas “constantes” tradicionales de la naturaleza pudieran estar variando muy lentamente durante el transcurso de los miles de millones de años de la historia del universo. Es comprensible por tanto el interés por los grandes números que incluyen las constantes de la naturaleza. Recordemos que Newton nos trajo su teoría de la Gravedad Universal, que más tarde mejora Einstein y que, no sería extraño, en el futuro mejorará algún otro con una nueva teoría más completa y ambiciosa que explique lo grande (el cosmos) y lo pequeño (el átomo), las partículas (la materia) y la energía por interacción de las cuatro fuerzas fundamentales.

¿Será la teoría de Supercuerdas ese futuro?

Me referiré ahora aquí a un físico extraño. Se sentía igualmente cómodo como matemático, como físico experimental, como destilador de datos astronómicos complicados o como diseñador de sofisticados instrumentos de medida.

Tenía los intereses científicos más amplios y diversos que imaginarse pueda. Él decía que al final del camino todos los conocimientos convergen en un solo punto, el saber.

Así de curioso, ya podéis imaginar que fue uno de los que de inmediato se puso manos a la obra para comprobar la idea de la constante gravitatoria variable de Dirac que podía ser sometida a una gran cantidad de pruebas observacionales, utilizando los datos de la geología, la paleontología, la astronomía, la física de laboratorio y cualquier otro que pudiera dar una pista sobre ello. No estaba motivado por el deseo de explicar los grandes números. Hacia mediados de la década de los 60 hubo una motivación adicional para desarrollar una extensión de la teoría de la gravedad de Einstein que incluye una G variable. En efecto, durante un tiempo pareció que las predicciones de Einstein no coincidían en lo referente o sobre el cambio de órbita de Mercurio que era distinta a las observaciones cuando se tenía en cuentra la forma ligeramente achatada del Sol.

Robert Dicke, que este era el nombre del extraño personaje, y su estudiante de investigación Carl Brans, en 1.961, demostraron que si se permitía una variación de G con el tiempo, entonces podía elegirse un ritmo de cambio para tener un valor que coincidiera con las observaciones de la órbita de Mercurio. Lamentablemente, se descubrió que todo esto era una pérdida de tiempo. El desacuerdo con la teoría de Einstein a inexactitudes de nuestros intentos de medir el diámetro del Sol que hacían que este pareciera tener una forma de órbita diferente a la real. Con su turbulenta superficie, en aquel tiempo, no era fácil medir el tamaño del Sol. Así que, una vez resuelto este problema en 1.977, desapareció la necesidad de una G variable para conciliar la observación con la teoría.

De todas las maneras, lo anterior no quita importancia al trabajo realizado por Dicke que preparó una revisión importante de las evidencias geofísicas, paleontológicas y astronómicas a favor de posibles variaciones de las constantes físicas tradicionales. Hizo la interesante observación de explicar los “grandes números” de Eddington y Dirac bajo el apunte de que allí tenía que subyacer algún aspecto biológico que de momento no éramos capaces de ver.

“El problema del gran tamaño de estos números es ahora fácil de explicar… Hay un único número adimensional grande que tiene su origen estático. Este es el número de partículas del universo. La edad del universo “ahora” no es aleatoria sino que está condicionada por factores biológicos… porque algún cambio en los valores de grandes números impedirían la existencia del hombre para considerar el problema”.

Cuatro años más tarde desarrolló esta importante intuición con más detalle, con especial referencia a las coincidencias de los grandes números de Dirac, en una breve carta que se publicó en la revista Nature. Dicke argumentaba que formas de vidas bioquímicas como nosotros mismos deben su propia base química a elementos tales como el carbono, nitrógeno, el oxígeno y el fósforo que son sintetizados tras miles de millones de años de evolución estelar en la secuencia principal. (El argumento se aplica con la misma fuerza a cualquier forma de vida basada en cualesquiera elementos atómicos más pesados que el helio). Cuando las estrellas mueren, las explosiones que constituyen las supernovas dispersan estos elementos biológicos “pesados” por todo el espacio, de donde son incorporados en granos, planetesimales, planetas, moléculas “inteligentes” auto replicantes como ADN y, finalmente, en nosotros mismos que, en realidad, estamos hechos de polvo de estrellas.

Esta escala temporal está controlada por el hecho de que las constantes fundamentales de la naturaleza sean

t(estrellas) ≈ (Gm_p² / hc)^-1 h/m_pc² ≈ 10⁴⁰ ×10^-23 segundos ≈ 10.000 millones de años

No esperaríamos estar observando el universo en tiempos significativamente mayores que t(estrellas), puesto que todas las estrellas estables se habrían expandido, enfriado y muerto. Tampoco seríamos capaces de ver el universo en tiempos mucho menores que t(estrellas) porque no podríamos existir; no había estrellas ni elementos pesados como el carbono. Parece que estamos amarrados por los hechos de la vida biológica para mirar el universo y desarrollar teorías cosmológicas una vez que haya transcurrido un tiempo t(estrellas) desde el Big Bang.

Así pues, el valor que del gran número nos dio Dirac N(t) no es en absoluto aleatorio. Debe tener un valor próximo al que toma N(t) cuando t esta cercano el valor t(estrella).

Todo lo que la coincidencia de Dirac dice es que vivimos en un tiempo de la Historia Cósmica posterior a la formación de las estrellas y anterior a su muerte. Esto no es sorprendente. Dicke nos está diciendo que no podríamos dejar de observar la coincidencia de Dirac: es un requisito para que exista vida como la nuestra.

emilio silvera

Hasta que supimos que existían otros sistemas planetarios en nuestra Galaxia, ni siquiera se podía considerar esta posibilidad como una prueba de que la vida planetaria fuera algo común en la Vía Láctea. Pero ahora se sabe que más de cien estrellas de nuestra zona de la galaxia tienen planetas que describen órbitas alrededor de ellas. Casi todos los planetas descubiertos hasta ahora son gigantes de gas, como Júpiter y Saturno (como era de esperar, los planetas grandes se descubrieron primero, por ser más fáciles de detectar que los planetas pequeños), sin embargo es difícil no conjeturar que, allí, junto a estos planetas, posiblemente estarán también sus hermanos planetarios más pequeños que, como la Tierra, pudieran tener condiciones para generar la vida en cualquiera de sus millones de formas.

En el comentario de ayer, ya nos referimos a los elementos más abundantes del Universo: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON).

Lee Smolin, de la Universidad de Waterloo,  Ontario, ha investigado la relación existente entre, por una parte, las estrellas que convierten unos elementos más sencillos en algo como el CHON y arroja esos materiales al espacio, y, por otra parte, las nubes de gas y polvo que hay en éste, que se contrae para formar nuevas estrellas.

Nuestro hogar dentro del espacio, la Vía Láctea, es una entre los cientos de miles de millones de estructuras similares dispersas por todo el Universo visible, y parece ser una más, con todas las características típicas – de tipo medio en cuanto a tamaño, composición química, etc.- La Vía Láctea tiene forma de disco plano, con alrededor de cien mil años luz de diámetro, y está formada por doscientos mil millones de estrellas que describen órbitas en torno al centro del disco.

El Sol, en realidad, sólo es importante para nosotros al ser el cuerpo central de nuestro Sistema Solar, y con mucho, la estrella más cercana al planeta Tierra y la única que se puede estudiar con todo lujo de detalles. Se clasifica como una estrella G2V: una estrella amarilla con una temperatura efectiva de 5.770 K (tipo espectral G2) y una enana de la secuencia principal (clase de luminosidad V). Los detalles de su composición son sobradamente sabidos por todos y cabe destacar su abundancia de hidrógeno – 71% en masa- y de helio el 27% y elementos más pesados hasta completarlo. Por lo tanto, nuestro Sol no destaca por nada entre esa multitud de de cientos de miles de millones de estrellas.

Recorre su órbita a una distancia del centro que viene a ser más o menos dos tercios del diámetro. En el centro de la Galaxia las estrellas forman una protuberancia, de tal modo que desde el exterior daría la sensación de estar viendo un enorme huevo frito, en el que la protuberancia sería la yema. Sin embargo, el modo en que este disco gira revela que todo el material brillante (materia bariónica) que compone la parte visible de la Vía Láctea queda sujeto por el tirón gravitatorio de una materia invisible que no brilla ni emite radiación y que viene a ser más o menos diez veces mayor que la materia visible de la Galaxia y que muchos suponen que está diseminada en un halo situado alrededor de ella, extendiéndose mucho más allá del borde del disco de estrellas brillantes.

Descubrir qué es realmente esta materia oscura (yo prefiero llamarla no luminosa o materia escondida) constituye un tema de crucial interés para los astrónomos, pero no entraremos ahora en eso, ya que, para lo que estamos tratando, no tiene importancia. Muchas galaxias en forma de disco se caracterizan por una especie de serpentinas que se alejan en espiral desde su centro, lo que hace que se les aplique el nombre de galaxias espirales. Es fácil estudiar las pautas que siguen los llamados “brazos espirales”, porque las galaxias se encuentran relativamente cerca unas de otras, si comparamos estas distancias con sus tamaños.

Andrómeda, la galaxia espiral más cercana comparable a la Vía Láctea, se encuentra con respecto a nosotros a una distancia de poco más de dos millones de años luz; parece una gran distancia, pero la galaxia de Andrómeda es tan grande (un poco mayor que la Vía Láctea) que, incluso a esa distancia, vista desde la Tierra cubre un trozo de cielo del tamaño de la Luna, y puede observarse a simple vista en una noche despejada y sin luz lunar, si nos situamos lejos de las ciudades y de otras fuentes de emisión de luz.

Los brazos espirales, que son una característica tan llamativa en galaxias como la nuestra, son visibles porque están bordeados por estrellas calientes de gran masa que relucen con mucho brillo. Esto significa que también son estrellas jóvenes, ya que no hay estrellas viejas que tengan gran cantidad de masa.

No hay misterio alguno en cuanto al modo en que mantienen esa forma espiral. Se debe exclusivamente a un fenómeno de retroalimentación. c Las nubes gigantescas a partir de las cuales se forman las estrellas pueden contener hasta un millón de veces la masa del Sol cuando empieza a contraerse gravitatoriamente para formar estrellas. Cada nube que se contrae produce, no una sola estrella de gran tamaño, sino todo un conglomerado de estrellas, así como muchas estrellas menores. Cuando las estrellas brillantes emiten luz, la energía de esta luz estelar (especialmente en la parte ultravioleta del espectro) forma una burbuja dentro de la nube, y tiende a frenar la formación de más estrellas. Sin embargo, una vez que las estrellas de gran masa han recorrido sus ciclos vitales y han explotado, sembrando además el material interestelar con elementos de distintos tipos, la onda expansiva ejerce presión sobre las nubes interestelares cercanas y hace que éstas comiencen a contraerse.

Las ondas procedentes de distintas supernovas, al entrecruzarse unas con otras, actúan mutuamente para barrer el material interestelar y formar nuevas nubes de gas y polvo que se contraen produciendo más estrellas y supernovas, en un ejemplo clásico de interacción que se mantiene por sí sola en la que intervienen una absorción de energía (procedentes de las supernovas) y una retroalimentación.

Si la nube es demasiado densa, su parte interna se contraerá gravitatoriamente de manera rápida, formando unas pocas estrellas grandes que recorren sus ciclos vitales rápidamente y revientan la nube en pedazos antes de que puedan formarse muchas estrellas. Esto significa que la generación siguiente de estrellas nace de una nube más delgada, porque ha habido pocas supernovas que barrieran material formando pedazos densos. Si la nube es tan delgada que su densidad queda por debajo de la densidad óptima, nacerán muchas estrellas, y habrá gran cantidad de explosiones supernovas, lo cual producirá gran número de ondas de choque que barrerán el material interestelar, acumulándolo en nubes más densas.

De esta manera, por ambas partes, las retroalimentaciones operan para mantener un equilibrio aproximadamente constante entre la densidad de las nubes y el número de supernovas (y estrellas de tipo Sol) que se producen en cada generación. La propia pauta espiral resulta del hecho de que la galaxia realiza movimiento de rotación y está sometida al tirón gravitatorio que crea la fuerza de marea proveniente de esa materia no luminosa.

Claro que, la materia interestelar es variada. Existen nubes de gas y polvo fríos, que son ricas en interesantes moléculas y se llaman nubes moleculares gigantes; a partir de estas nubes se forman nuevas estrellas (y planetas). Hay nubes de lo que consideraríamos gas “normal”, formadas por átomos y moléculas de sustancias tales como el hidrógeno, y quizá tan caliente como una habitación cerrada durante toda la noche y con la temperatura de dos cuerpos dormidos y emitiendo calor. Además, hay regiones que se han calentado hasta temperaturas extremas mediante la energía procedente de explosiones estelares, de tal modo que los electrones han sido arrancados de sus átomos para formar un plasma cargado de electricidad.

También existe una amplia variedad de densidades dentro del medio interestelar. En la modalidad más ligera, la materia que está entre las estrellas es tan escasa que sólo hay un átomo por cada mil centímetros cúbicos de espacio: en la modalidad más densa, las nubes que están a punto de producir nuevas estrellas y nuevos planetas contienen un millón de átomos por centímetro cúbico. Sin embargo, esto es algo muy diluido si se compara con el aire que respiramos, donde cada centímetro cúbico contiene más de diez trillones de moléculas, pero incluso una diferencia de mil millones de veces  en densidad sigue siendo un contraste espectacular.

La cuestión es que, unos pocos investigadores destacaron allá por 1.990 en que todos estos aspectos –composición, temperatura y densidad- en el medio interestelar dista mucho de ser uniforme. Por decirlo de otra manera más firme, no está en equilibrio, y parece que lo que lo mantiene lejos del equilibrio son unos pocos de procesos asociados con la generación de las pautas espirales.

Esto significa que la Vía Láctea (como otras galaxias espirales) es una zona de reducción de la entropía. Es un sistema auto-organizador al que mantienen lejos del equilibrio, por una parte, un flujo de energía que atraviesa el sistema y, por otra, como ya se va viendo, la retroalimentación. En este sentido, nuestra Galaxia supera el test de Lovelock para la vida, y además prestigiosos astrofísicos han argumentado que las galaxias deben ser consideradas como sistemas vivos.

Creo que llevan toda la razón.

emilio silvera

Hasta que supimos que existían otros sistemas planetarios en nuestra Galaxia, ni siquiera se podía considerar esta posibilidad como una prueba de que la vida planetaria fuera algo común en la Vía Láctea. Pero ahora se sabe que más de cien estrellas de nuestra zona de la galaxia tienen planetas que describen órbitas alrededor de ellas. Casi todos los planetas descubiertos hasta ahora son gigantes de gas, como Júpiter y Saturno (como era de esperar, los planetas grandes se descubrieron primero, por ser más fáciles de detectar que los planetas pequeños), sin embargo es difícil no conjeturar que, allí, junto a estos planetas, posiblemente estarán también sus hermanos planetarios más pequeños que, como la Tierra, pudieran tener condiciones para generar la vida en cualquiera de sus millones de formas.

En el comentario de ayer, ya nos referimos a los elementos más abundantes del Universo: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON).

Lee Smolin, de la Universidad de Waterloo,  Ontario, ha investigado la relación existente entre, por una parte, las estrellas que convierten unos elementos más sencillos en algo como el CHON y arroja esos materiales al espacio, y, por otra parte, las nubes de gas y polvo que hay en éste, que se contrae para formar nuevas estrellas.

Nuestro hogar dentro del espacio, la Vía Láctea, es una entre los cientos de miles de millones de estructuras similares dispersas por todo el Universo visible, y parece ser una más, con todas las características típicas – de tipo medio en cuanto a tamaño, composición química, etc.- La Vía Láctea tiene forma de disco plano, con alrededor de cien mil años luz de diámetro, y está formada por doscientos mil millones de estrellas que describen órbitas en torno al centro del disco.

El Sol, en realidad, sólo es importante para nosotros al ser el cuerpo central de nuestro Sistema Solar, y con mucho, la estrella más cercana al planeta Tierra y la única que se puede estudiar con todo lujo de detalles. Se clasifica como una estrella G2V: una estrella amarilla con una temperatura efectiva de 5.770 K (tipo espectral G2) y una enana de la secuencia principal (clase de luminosidad V). Los detalles de su composición son sobradamente sabidos por todos y cabe destacar su abundancia de hidrógeno – 71% en masa- y de helio el 27% y elementos más pesados hasta completarlo. Por lo tanto, nuestro Sol no destaca por nada entre esa multitud de de cientos de miles de millones de estrellas.

Recorre su órbita a una distancia del centro que viene a ser más o menos dos tercios del diámetro. En el centro de la Galaxia las estrellas forman una protuberancia, de tal modo que desde el exterior daría la sensación de estar viendo un enorme huevo frito, en el que la protuberancia sería la yema. Sin embargo, el modo en que este disco gira revela que todo el material brillante (materia bariónica) que compone la parte visible de la Vía Láctea queda sujeto por el tirón gravitatorio de una materia invisible que no brilla ni emite radiación y que viene a ser más o menos diez veces mayor que la materia visible de la Galaxia y que muchos suponen que está diseminada en un halo situado alrededor de ella, extendiéndose mucho más allá del borde del disco de estrellas brillantes.

Descubrir qué es realmente esta materia oscura (yo prefiero llamarla no luminosa o materia escondida) constituye un tema de crucial interés para los astrónomos, pero no entraremos ahora en eso, ya que, para lo que estamos tratando, no tiene importancia. Muchas galaxias en forma de disco se caracterizan por una especie de serpentinas que se alejan en espiral desde su centro, lo que hace que se les aplique el nombre de galaxias espirales. Es fácil estudiar las pautas que siguen los llamados “brazos espirales”, porque las galaxias se encuentran relativamente cerca unas de otras, si comparamos estas distancias con sus tamaños.

Andrómeda, la galaxia espiral más cercana comparable a la Vía Láctea, se encuentra con respecto a nosotros a una distancia de poco más de dos millones de años luz; parece una gran distancia, pero la galaxia de Andrómeda es tan grande (un poco mayor que la Vía Láctea) que, incluso a esa distancia, vista desde la Tierra cubre un trozo de cielo del tamaño de la Luna, y puede observarse a simple vista en una noche despejada y sin luz lunar, si nos situamos lejos de las ciudades y de otras fuentes de emisión de luz.

Los brazos espirales, que son una característica tan llamativa en galaxias como la nuestra, son visibles porque están bordeados por estrellas calientes de gran masa que relucen con mucho brillo. Esto significa que también son estrellas jóvenes, ya que no hay estrellas viejas que tengan gran cantidad de masa.

No hay misterio alguno en cuanto al modo en que mantienen esa forma espiral. Se debe exclusivamente a un fenómeno de retroalimentación. c Las nubes gigantescas a partir de las cuales se forman las estrellas pueden contener hasta un millón de veces la masa del Sol cuando empieza a contraerse gravitatoriamente para formar estrellas. Cada nube que se contrae produce, no una sola estrella de gran tamaño, sino todo un conglomerado de estrellas, así como muchas estrellas menores. Cuando las estrellas brillantes emiten luz, la energía de esta luz estelar (especialmente en la parte ultravioleta del espectro) forma una burbuja dentro de la nube, y tiende a frenar la formación de más estrellas. Sin embargo, una vez que las estrellas de gran masa han recorrido sus ciclos vitales y han explotado, sembrando además el material interestelar con elementos de distintos tipos, la onda expansiva ejerce presión sobre las nubes interestelares cercanas y hace que éstas comiencen a contraerse.

Las ondas procedentes de distintas supernovas, al entrecruzarse unas con otras, actúan mutuamente para barrer el material interestelar y formar nuevas nubes de gas y polvo que se contraen produciendo más estrellas y supernovas, en un ejemplo clásico de interacción que se mantiene por sí sola en la que intervienen una absorción de energía (procedentes de las supernovas) y una retroalimentación.

Si la nube es demasiado densa, su parte interna se contraerá gravitatoriamente de manera rápida, formando unas pocas estrellas grandes que recorren sus ciclos vitales rápidamente y revientan la nube en pedazos antes de que puedan formarse muchas estrellas. Esto significa que la generación siguiente de estrellas nace de una nube más delgada, porque ha habido pocas supernovas que barrieran material formando pedazos densos. Si la nube es tan delgada que su densidad queda por debajo de la densidad óptima, nacerán muchas estrellas, y habrá gran cantidad de explosiones supernovas, lo cual producirá gran número de ondas de choque que barrerán el material interestelar, acumulándolo en nubes más densas.

De esta manera, por ambas partes, las retroalimentaciones operan para mantener un equilibrio aproximadamente constante entre la densidad de las nubes y el número de supernovas (y estrellas de tipo Sol) que se producen en cada generación. La propia pauta espiral resulta del hecho de que la galaxia realiza movimiento de rotación y está sometida al tirón gravitatorio que crea la fuerza de marea proveniente de esa materia no luminosa.

Claro que, la materia interestelar es variada. Existen nubes de gas y polvo fríos, que son ricas en interesantes moléculas y se llaman nubes moleculares gigantes; a partir de estas nubes se forman nuevas estrellas (y planetas). Hay nubes de lo que consideraríamos gas “normal”, formadas por átomos y moléculas de sustancias tales como el hidrógeno, y quizá tan caliente como una habitación cerrada durante toda la noche y con la temperatura de dos cuerpos dormidos y emitiendo calor. Además, hay regiones que se han calentado hasta temperaturas extremas mediante la energía procedente de explosiones estelares, de tal modo que los electrones han sido arrancados de sus átomos para formar un plasma cargado de electricidad.

También existe una amplia variedad de densidades dentro del medio interestelar. En la modalidad más ligera, la materia que está entre las estrellas es tan escasa que sólo hay un átomo por cada mil centímetros cúbicos de espacio: en la modalidad más densa, las nubes que están a punto de producir nuevas estrellas y nuevos planetas contienen un millón de átomos por centímetro cúbico. Sin embargo, esto es algo muy diluido si se compara con el aire que respiramos, donde cada centímetro cúbico contiene más de diez trillones de moléculas, pero incluso una diferencia de mil millones de veces  en densidad sigue siendo un contraste espectacular.

La cuestión es que, unos pocos investigadores destacaron allá por 1.990 en que todos estos aspectos –composición, temperatura y densidad- en el medio interestelar dista mucho de ser uniforme. Por decirlo de otra manera más firme, no está en equilibrio, y parece que lo que lo mantiene lejos del equilibrio son unos pocos de procesos asociados con la generación de las pautas espirales.

Esto significa que la Vía Láctea (como otras galaxias espirales) es una zona de reducción de la entropía. Es un sistema auto-organizador al que mantienen lejos del equilibrio, por una parte, un flujo de energía que atraviesa el sistema y, por otra, como ya se va viendo, la retroalimentación. En este sentido, nuestra Galaxia supera el test de Lovelock para la vida, y además prestigiosos astrofísicos han argumentado que las galaxias deben ser consideradas como sistemas vivos.

Creo que llevan toda la razón.

emilio silvera

Se afirma que Siva tiene su sede en el monte Kailas (Kang Rimpoche). Se cuenta también de él que descendió sobre el Kanchenjunga, mientras que la diosa Lakshmi, por el contrario, se elevó hacia los cielos desde la cumbre.

Analizando estos mitos se llega a la conclusión de que por aquellas épocas remotas en que los dioses se mezclaban con los humanos, se producía un tráfico en los dos sentidos a través del espacio.

A partir del momento en que se encaminó desde el salvajismo a los rudimentos de la civilización, la Humanidad creyó en la existencia de dioses poderosos y bienhechores. De alguna manera debían buscar el equilibrio y la fuerza necesaria para sobrevivir en aquellos peligrosos tiempos; creer en algo.

En la antigua Grecia se consideraban el Parnaso y el Olimpo como los lugares en que moraban los dioses.

Podría continuar hablando de estos temas de los que en su momento profundicé bastante, pero como el presente trabajo es aleatorio y sin un rumbo fijo, no es cosa de hacer ningún tratado de un tema concreto, así que dejémoslo aquí como una curiosidad muy interesante (con un fondo – siempre – de verdad).

¡Me falta tiempo! Quisiera hacer tantas cosas, quisiera aprender tantas cosas, quisiera arreglar tantas cosas, quisiera, quisiera, quisiera… mucho trabajo para uno solo.

Algún día, cuando me sienta con ánimo, os hablaré de los muchos mundos que existen dentro de este mundo nuestro.

Os contaré cómo fue la primera batalla de la historia y os podré hablar del Jardín de las Hespérides. En más profundidad de la Atlántida y de cómo se formó el Estrecho de Gibraltar, de los gigantes y los ligures, de Lug y Lusina, de la Espiral del Dios Lug, de nuestra civilización y de la Civilización, la Diáspora que nos cuenta que, como todas las cosas, las civilizaciones son mortales. Hablaré de Isoré, cuyo nombre subsiste en estado puro en un solo lugar: un castillo cerca de la confluencia del Vienne y del Loire en Francia. Podré hablaros de la leyenda de Osiris… o de lo que le ocurrió al labrador Fradin en 1.924 en Bourbonnais (la aldea de Glozel, no lejos de Vichy). En ese mismo trabajo que tengo más que pensado, incluiré lo que sé sobre los dólmenes y los druidas (muy sabios), todo ellos enlazado con Liguria y las invasiones célticas, allá por el 1.700 a. de C.

Estas historias me fascinaron y sobre ellas escribí hace muchos años, cuando aún vivía en casa de mis padres. No sé dónde fueron a parar tantos folios emborronados con mi imaginación; ahora me gustaría conservarlos. Nadie los leyó nunca; mi pudor a descubrir mis pensamientos esa muy elevado en mi corta edad (tendría entonces 20 – 22 años). Así que, si me armo de valor, repetiré todo aquello. ¡Puedo!

Al investigador

Quienes piensen que la alquimia es de naturaleza terrestre, mineral y metálica, que se abstengan.

Quienes piensen que la alquimia es estrictamente espiritual, que se abstengan.

Quienes piensen que la alquimia es sólo un símbolo utilizado para desvelar analógicamente el proceso de la “realización espiritual”, en suma, que el hombre es la materia y el atanor de la obra, que abandonen sus propósitos.

Claude d’Ygá

El arte hermético, los principios de la alquimia, su historia y los contactos de la alquimia con la ciencia moderna. Los alquimistas licenciados por la universidad de Montpellier en el s. XIII, Alberto Magno, Arnau Vilanova y Raimundo Lulio, Roger Bacon y más tarde Michael de Nostre-Dame (más conocido por su pseudónimo Nostradamus), Rebelais y Erasmo, además de médicos árabes y judíos, todos ellos adictos a la filosofía hermética, y todos interesados por la alquimia y las transmutaciones metálicas.

Más tarde me topé con la física que me enlaza directamente con las matemáticas (que por desgracia no domino), la biología, la astronomía, la astrología y la cosmología, en fin, con todo lo que realmente importa, la vida misma y el universo.

Antes de llegar a la física pasé por innumerables recorridos del sabor humano: los clásicos griegos, los filósofos, Platón, Sócrates, Aristóteles, pero sin dejar a Kepler y Galileo, ni tampoco a Newton y Darwin. Mi avidez de saber era ilimitada y más de una noche, sobre las 3 ó las 4 de la madrugada, mi madre apagaba la luz de mi mesita de noche y cerraba el libro abierto sobre mi pecho o caído en el suelo. El sueño me impedía seguir; además, muy temprano había que cumplir en el trabajo. ¡Qué tiempos!

Alternaba las matemáticas comerciales y la contabilidad con mi preparación a las oposiciones de gestor administrativo; dos pruebas en Madrid, una escrita, la segunda, y otra oral, la primera.

Pero entre libros de estudios y ratos libres, nunca dejaba otras clases de lecturas como a William Shakespeare, Dante, Goethe, Descartes, Beltran, Rusell, Flanmarion, Julio Verne, Voltaire, Isaac Asimov, y en realidad, todo lo que pillaba, hasta tostones de Homero como la Iliada y la Odisea o los de docenas de clásicos, tanto rusos como de otras nacionalidades que caían en mis manos. De los siete sabios de Grecia a los pensadores Buda o Confucio; todo para mí era saber más cosas.

Ahora recuerdo, y no tengo más remedio que reírme, que teniendo media novia aficionada a las plantas me leí un tratado de plantas de interior para poder prestarle ayuda y ofrecerle mis conocimientos. Cuando nos encontramos, muy de tarde en tarde, nos abrazamos con cariño.

Leí a Euclides y sobre los elementos (Autólico de Pitania), obra de la que se editaron bastantes ediciones (1.296 – 1.482 y otras) y la edición de Ratdolt que fue uno de los más bellos de los primeros libros científicos editados impresos y por los que me interesé en su momento.

Fidios, Arquímedes, Alejandría o Siracusa eran para mí nombres muy familiares. He leído sobre la esfera y el cilindro, sobre la medida del círculo, sobre conoides y esferoides, sobre las espirales, cuadratura de la parábola, sobre los cuerpos flotantes y el Método, obras irremisiblemente perdidas y reconstruidas parcialmente mediante complejas estructuraciones de restos que, seguramente, dieron como resultado un híbrido de distintos autores posteriores que se basaban en el texto original.

También captó mi atención Ptolomeo y su gran síntesis astronómica, Copérnico y su mundo astronómico y, desde luego, me empapé de la civilización romana, guardián de la herencia griega y de su mitología. La Gran Enciclopedia Científico-Técnica de Cayo Plinio segundo, llamado “el Viejo” que reunió el legado de todos los antepasados y recogió el saber para evitar su pérdida.

Todas estas cuestiones me interesaron y de ellos me empapaba con la avidez y la curiosidad sin límite de un niño.

Galeno (129 – 194) es el médico más famoso de la antigüedad. Nació en Pérgamo, hoy en la Turquía occidental. Miembro de una familia de la clase alta urbana del helenismo romano, fue médico de cuatro emperadores. En sus trabajos se apoyó en las enseñanzas de Hipócrates y Aristóteles, pero aportó sus propias ideas.

El siglo XVI vio una revolución científica con Vesalio y Copérnico.

No existe, como frecuentemente oímos o leemos, una época oscura en la historia de la Humanidad que va de los romanos de los primeros siglos de la era cristiana a los europeos del siglo XVI. Lo que hay es ignorancia de que existan otras culturas y civilizaciones de las que llamamos cultura occidental desconocida.

Había otros mundos científicos, tecnológicos y filosóficos de saberes acumulados en el orbe árabe.

Así, los exploradores del saber se encontraron con nombres como el del matemático y geógrafo Mamad Ibn Musa al-Iwarizmi (800 – 847), del que procede la voz algoritmo, el químico y médico al-Razi (865 – 925), el físimo Ibn al-Hatham, Alhazen (965 – 1038), el matemático al-Biruni (973 – 1048), el médico Ibn Sina, Avicena (980 – 1037), el astrónomo al-Zangali, Azarquiel (1029 – 1087) o el médico Ibn Rushd, Averroes (1126 – 1198), que si la historia hubiese seguido otros caminos acaso habrían figurado de manera prominente en muchos lugares destacados de la historia.

Bueno, como es mi costumbre, mi mente me la jugó de nuevo; estaba hablando de Copérnico y Vesalio. Sin querer, me acordé de la “oscuridad” de la edad media y no pude evitar el nombrar a personajes que, en otra parte del mundo, brillaban con luz propia.

De Nicolás Copérnico, cualquier interesado en la ciencia, como los pocos lectores que yo tengo, poco les puedo contar que no sepan.

En 1543, el año en el que se publicaron libros (dos) que terminarían convirtiéndose en dos clásicos de la ciencia: De Revolutionibus Oebium Coelestium, de Nicolás Copérnico, y De Humani Corporis Fabrica, de Andreas Vesalio, aunque ninguno de los dos supo nunca desembarazarse de las cargas doctrinales de las disciplinas a las que se referían, Vesalio de Galeno y Copérnico de Aristóteles. Pero ambos, en sus respectivos campos, marcaron una época, un antes y un después.

No me parece oportuno continuar reseñando aquí sus biografías, y con los mencionado lo dejo. Mejor comento algo sobre Tycho Brahe (1546 – 1601) y Johannes Kepler (1571 – 1630).

emilio silvera

Tycho era noble, rico y poderoso, y no seguía las ideas copérnicas. Kepler era de origen humilde, ferviente copérnico, siempre buscando (no con demasiado éxito) el amparo de reyes y aristócratas, no ya para poder trabajar en la ciencia que amaba, sino para simplemente vivir, alimentarse él y su familia, y sin embargo, a los ojos de la historia ambos constituyen un dúo inamovible. No fue porque compartiesen logros científicos, sino porque Brahe hubiera sido, acaso, mucho menos conocido para la posteridad de no haber sido por la relación, breve pero intensa, que mantuvo con Kepler, y porque éste seguramente no habría podido producir lo que fueron sus joyas científicas más preciosas sin acceder a los datos de las observaciones (en especial las de la trayectoria de Marte) de Brahe, el observador astronómico más importante en la era anterior a la invención del telescopio.

Brahe, con la ayuda del rey Federico II, construyó un centro astronómico: uraninburgo, en la isla Hveen de Dinamarca. Le sucedió al frente del mismo su ayudante en Praga J. Kepler que pronto, haciendo uso del material acumulado y sus propias investigaciones, publicó Astronomia Nova en el año 1609, donde presentaba sus dos primeras leyes del movimiento planetario. En 1619 publicó Harmonices Mundi y su tercera ley.

Y así llegamos a Galileo Galilei (1564 – 1642); la antítesis, en cuanto a estilo literario y método científico, de Kepler. Si este es, cuando se lee, la oscuridad, Galileo es la luz. Con él la fuerza de las ideas copérnicas se hizo tan patente que terminaría desencadenando acontecimientos sociales que arrastrarían con ellos al propio físico de Pisa.

Sus observaciones sacaron a la luz las deficiencias del universo aristotélico-ptolemaico. El que Galileo realizara tales observaciones resulta, en principio, sorprendente, ya que era un físico y su preocupación estaba centrada en el estudio del movimiento, por encontrar las leyes que regían fenómenos como la caída de un cuerpo esférico por un plano inclinado o el tiempo que tarda un péndulo en batir, y no un astrónomo. Sin embargo, todo cambió, su vida y a la postre, en más de un sentido, el mundo, cuando conoció la existencia de lentes (telescopios) que agrandaban las imágenes de objetos lejanos.

Construyó su propio telescopio que enfocó hacia la Luna y descubrió todas sus irregularidades con sus montañas y abismos, lo que describió en su libro Siderus Nuncius (1610). Ese mismo año estudió Júpiter y detectó 4 satélites y otras muchas cosas. Galilio adquirió una importante notoriedad.

En 1632 se convirtió en una leyenda con la publicación de su obra inmortal, Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo, ptolemaico y coperniano, una obra maestra de la literatura científica. Escribió otros grandes libros y, en controversia con la Iglesia, finalizó sus días en arresto domiciliario, ya que la Iglesia negaba el movimiento del mundo alrededor del Sol.

Cuando antes me refería de pasada a mis lecturas, nombré a René Descartes (1596 – 1650), una de las grandes figuras del pensamiento de todos los tiempos. Casi todos le conocen por su condición de filósofo, pero se olvidan de que también contribuyó con su talento en el campo de las matemáticas, fisiología y física (especialmente en la dinámica, óptica, meteorología y astronomía), formando parte de la historia de esas disciplinas.

Según sus propias palabras, purificó el alberga, “desembarazándola” de “los múltiples números e inexplicables figuras que la abruman”. Sin duda, la aplicación más conocida de este enfoque fue en la geometría, con las coordenadas cartesianas, o geometría analítica, que presentó en La Géométrie, que apareció – junto a La Dioptrique y Les Météores – como uno de los apéndices de su obra más conocida, Discours de la Méthode (1637).

Descartes, podemos decir sin ningún temor a equivocarnos que es merecedor de toda nuestra admiración, y con él (como con otros muchos) siempre estaremos en deuda.

Me he podido adaptar (mentalmente) en todas mis lecturas a la época del autor, en el tiempo en el que escribió el texto que ahora, muchos años después, podemos leer. Así, se puede comprender mejor lo que estamos leyendo, y sobre todo, resulta más fácil la simbiosis con el autor; lo que nos dice fluye dentro de nuestra mente con diáfana sencillez.

Es curioso observar la evolución de nuestros pensamientos, que a medida que adquirimos conocimientos, se van asentando en niveles superiores capaces de procesar en cada momento aquello que necesitamos, y para ello, obtiene múltiples y diversos datos que reúne en un todo para que exprese aquello que deseamos decir.

Llegará un día (si antes no lo estropeamos), en que la evolución nos llevará a convertirnos en pura energía pensante, seremos todo luz que, confundidos con el universo del que formamos parte, habremos completado el ciclo. Sabemos que nuestro origen está en las estrellas; allí nacieron los componentes de nuestros cuerpos, elementos complejos creados a partir de explosiones de supernovas. Desde allí hemos realizado un recorrido largo hasta llegar a ese punto del camino en el que fuimos conscientes de nuestro SER. Ahora continuamos (en un período joven aún) evolucionando para que, en algunos eones, podamos alcanzar la meta que nos aguarda.

Parece mentira que para algunos de nosotros, el tiempo que estamos aquí (lo que duran nuestras vidas) resulte largo o corto en función de la forma de pensar y de ver la vida.

Algunos, con 50 años ya están pensando en jubilarse (son viejos prematuros); se mira el recorrido de lo que han hecho durante toda su existencia y, desde luego, hay poco que contar. Sin embargo, otros de distinto carácter y forma de enfocar su tiempo, ni piensan en ese final o retirada del trabajo; son gente muy activa y creadora. Su recorrido está plagado de actividad y proyectos. Son incansables y, por supuesto, le sacan un buen provecho a sus vidas.

Tengo conocidos que están en los dos niveles, y al observar sus comportamientos me doy cuenta de la diversidad existente entre nosotros mismos que, de morfología y conformación física común y general, estamos divididos en entes muy distintos o dispares a niveles superiores a los de nuestro cuerpo.

Hay pensamientos íntimos que guardamos para nosotros y que, en contadas ocasiones, podemos expresar. En mi caso particular, me ocurre en esos momentos en los que, inmerso en el estudio de las maravillas de la física y del universo en general, siento, literalmente, cómo mi alma está fundida con aquello que, a distintos niveles, llamamos materia y fuerzas fundamentales; paso a formar parte integrante de todo ello y, confundido así con el universo mismo, lo puedo comprender mejor.

Podemos alcanzar estadios de inspiración o de espiritualidad que ya nos anuncia lo que será el futuro, cuando evoluciones. Con increíble claridad he podido ver en otros la bondad del SER bueno y puro. Con mucha más frecuencia veo cada día la fealdad maligna de muchos que disfrazan su verdadera condición con falsas sonrisas y actitudes engañosas que sólo buscan confundirnos, ahí agazapados, esperando nuestra distracción y falta de desconfianza para lanzar el zarpazo. Así es, de momento, la condición humana, desgraciadamente en un 90 por ciento.

Es tan grande el poder de nuestra mente que nada hay tan distante que no pueda traerse ante nosotros. Somos capaces ya de escrutar el espacio y vislumbrar los confines del universo en edades muy cercanas a su nacimiento y, merced a los microscopios, nos acercamos al universo atómico para explorar los componentes de la materia. Parece que nada podrá (con el tiempo) escapar a nuestro control, con lo que todo nuevo “mundo” se revelará a nuestro entendimiento.

Nunca estamos satisfechos de los logros alcanzados y siempre surgirán seres especiales (Copérnico, Kepler, Galileo, Hooke, Newton…) que nos guiarán por el camino iluminado de su genio para mostrarnos la auténtica sabiduría mediante un pensamiento evolutivo que siempre dará un paso adelante, superando así el pensamiento nuevo al anterior.

La prueba de ello la podemos encontrar en Newton y Einstein. ¿Quién puede dudar de la grandeza de Newton? La pregunta está contestada de antemano. Sin embargo, los ejemplos de la historia son muy elocuentes: Newton con su física, Leibniz con su metafísica, con sus principios filosóficos como el de la razón suficiente. Y la física ganó a la metafísica; Newton a Leibniz.

Durante mucho tiempo, espacio y tiempo se entendieron como entes absolutos, hasta que llegó Einstein con sus dos teorías de la relatividad, la especial y la general, y aunque los caminos que siguió para conseguirlos no fueron metafísicos, no podemos negar la intervención de un genio de inspiración superior que, a veces, nos puede llevar a pensar que, en algún sentido, finalmente Leibniz había sido en más acertado, ya que las teorías einstenianas pueden ser clasificadas dentro de un orden del pensamiento superior.

Así, la evolución continuó su camino imparable y el espacio y el tiempo absolutos de Newton, resultaron ser menos absolutos de lo que se pensaba; eran relativos y, además, eran una misma cosa, que a partir de ahí pasó a llamarse espacio-tiempo unidos y no separados. Así fue deducido por Minkouski al leer la teoría de Einstein.

Quiero mencionar en este punto a dos grandes newtonianos: Lagrange y Laplace.

La obra de Newton, como todas las grandes obras, fue discutida y sometida a estudios rigurosos, analizada y removida. La ciencia del genio, claro, permaneció al margen de todas las críticas para dejar de ser discutida y pasar a ser desarrollada.

Recordemos en este sentido la cumbre de la física y de las matemáticas del siglo XVIII que es la Méchanique analytique (Chez la Veuve Desaint, París 1788), de Joseph-Louis Lagrange (1736 – 1813), un íntimo amigo de d’Alembert, en la que la mecánica de Newton alcanzó un nuevo nivel de pureza al reducir el sistema a un conjunto de fórmulas generales de las que se podían deducir todas las expresiones necesarias para resolver un problema. O los cinco tomos del Traité de mécanique céleste (Crapelet para J. B. M. Duprat, París 1799 – 1827) de Pierre-Simón Laplace (1749 – 1827), en los que se erradican numerosas anomalías de las explicaciones originales de Newton sobre los movimientos de los cuerpos celestes.

El testo de Laplace, al igual que el de Lagrange, era de difícil lectura para legos en las ciencias matemáticas, y tal complejidad dio lugar a versiones posteriores más sencillas para el entendimiento general, que finalmente hizo posible divulgar los enormes conocimientos alcanzados a partir de Newton, gracias a estos dos genios.

Un respiro en el camino:

• El ignorante, teme o adora lo que no comprende.
• Los ingratos acaban por disuadir a los virtuosos de poner en prácticas sus bondades.
• Amigo leal y franco, mirlo blanco.

Esto me recuerda aquella aseveración atribuida indistintamente a Séneca y Aristóteles:

“¡Oh, amigos míos, no hay ningún amigo!”

Hay otra que nos da a entender que los amigos egoístas y poco dispuestos a prestarnos su ayuda, en momentos necesarios son inútiles y no importa, pues, prescindir de ellos:

“Amigo que no presta y cuchillo que no corta,

que se pierdan poco importa.”

¡Esto de los amigos! Hay otra que dice:

“El que tiene un amigo, tiene un tesoro.

El que tiene un tesoro, tiene muchos ‘amigos’.”

“Si un amigo se comporta como la sombra que,

cuando no luce el Sol nos abandona, no era un amigo.”

Pero volvamos al trabajo y continuemos repasando cosas interesantes y viajemos hasta el siglo XIX, que fue vital para la ciencia. Aunque la ciencia ya había mostrado para entonces su capacidad única para estudiar qué sucede en la naturaleza y qué principio (o leyes) la gobiernan, y contaba por entonces con una larga lista de teorías, datos y héroes científicos, no se había convertido todavía en una gran empresa, en la “profesión” que terminaría siendo.

emilio silvera

La edad actual del universo visible ≈ 10⁶⁰ tiempos de Planck

Tamaño actual del Universo visible ≈ 10⁶⁰ longitudes de PlanckLa

La masa actual del Universo visible ≈ 10⁶⁰ masas de Planck

Vemos así que la bajísima densidad de materia en el universo es un reflejo del hecho de que:

Densidad actual del universo visible ≈10^-120 de la densidad de Planck

Y la temperatura del espacio, a 3 grados sobre el cero absoluto es, por tanto

Temperatura actual del Universo visible ≈ 10^-30 de la Planck

Estos números extraordinariamente grandes y estas fracciones extraordinariamente pequeñas nos muestran inmediatamente que el universo está estructurado en una escala sobrehumana de proporciones asombrosas cuando la sopesamos en los balances de su propia construcción.

Con respecto a sus propios patrones, el universo es viejo. El tiempo de vida natural de un mundo gobernado por la gravedad, la relatividad y la mecánica cuántica es el fugaz breve tiempo de Planck. Parece que es mucho más viejo de lo que debería ser.

Pero, pese a la enorme edad del universo en “tics” de Tiempo de Planck,  hemos aprendido que casi todo este tiempo es necesario para producir estrellas y los elementos químicos que traen la vida.

“En el final del universo uno tiene que utilizar mucho el tiempo pretérito…  todo ha sido hecho, ¿sabes?”.

Douglas Adams

¿Por qué nuestro universo no es mucho más viejo de lo que parece ser? Es fácil entender por qué el universo no es mucho más joven. Las estrellas tardan mucho tiempo en formarse y producir elementos más pesados que son las que requiere la complejidad biológica. Pero los universos viejos también tienen sus problemas. Conforme para el tiempo en el universo el proceso de formación de estrellas se frena. Todo el gas y el polvo cósmico que constituyen las materias primas de las estrellas habrían sido procesados por las estrellas y lanzados al espacio intergaláctico donde no pueden enfriarse y fundirse en nuevas estrellas.

Pocas estrellas hacen que, a su vez, también sean pocos los sistemas solares y los planetas. Los planetas que se forman son menos activos que los que se formaron antes, la entropía va debilitando la energía del sistema para realizar trabajo. La producción de elementos radiactivos en las estrellas disminuirá, y los que se formen tendrán semividas más largas. Los nuevos planetas serán menos activos geológicamente y carecerán de muchos de los movimientos internos que impulsan el vulcanismo, la deriva continental y la elevación de las montañas en el planeta. Si esto también hace menos probable la presencia de un campo magnético en un planeta, entonces será muy poco probable que la vida evolucione hasta formas complejas.

Las estrellas típicas como el Sol, emiten desde su superficie un viento de partículas cargadas eléctricamente que barre las atmósferas de los planetas en órbitas a su alrededor y, a menos que el viento pueda ser desviado por un campo magnético, los posibles habitantes de ese planeta lo podrían tener complicado soportando tal lluvia de radiactividad. En nuestro sistema solar el campo magnético de la Tierra ha protegido su atmósfera del viento solar, pero Marte, que no está protegido por ningún campo magnético, perdió su atmósfera hace tiempo.

Probablemente no es fácil mantener una larga vida en un planeta del Sistema solar. Poco a poco hemos llegado a apreciar cuán precaria es. Dejando a un lado los intentos que siguen realizando los seres vivos de extinguirse a sí mismos, agotar los recursos naturales, propagar infecciones letales y venenos mortales y emponzoñar la atmósfera, también existen serias amenazas exteriores.

Los movimientos de cometas y asteroides, a pesar de tener la defensa de Júpiter, son una seria y cierta amenaza para el desarrollo y persistencia de vida inteligente en las primeras etapas. Los impactos no han sido infrecuentes en el pasado lejano de la Tierra, habiendo tenido efectos catastróficos.  Somos afortunados al tener la protección de la Luna y de la enorme masa de Júpiter que atrae hacia sí los cuerpos que llegan desde el exterior desviándolos de su probable trayectoria hacia nuestro planeta.

La caída en el planeta de uno de estos enormes pedruscos podría producir extinciones globales y retrasar en millones de años la evolución que tantos miles de millones de años le costó al Universo para poder plasmarla en una realidad que llamamos vida.

El secreto reside en el tiempo biológico necesario para desarrollar la vida y el tiempo necesario para desarrollar estrellas de segunda generación y siguientes que en novas y supernovas cristalicen los materiales complejos necesarios para la vida, tales como el hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, carbono, etc.

Parece que la similitud en los “tiempos” no es una simple coincidencia.  El argumento, en su forma más simple, lo introdujo Brandon Carter y lo desarrolló John D. Barrow por un lado y por Frank Tipler por otro. Al menos, en el primer sistema solar habitado observado, ¡el nuestro!, parece que sí hay alguna relación entre t(bio) y t(estrella) que son aproximadamente iguales; el t(bio) – tiempo biológico para la aparición de la vida – algo más extenso.

La evolución de una atmósfera planetaria que sustente la vida requiere una fase inicial durante la cual el oxígeno es liberado por la fotodisociación de vapor de agua. En la Tierra esto necesitó 2.400 millones de años y llevó el oxígeno atmosférico a aproximadamente una milésima de su valor actual.  Cabría esperar que la longitud de esta fase fuera inversamente proporcional a la intensidad de la radiación en el intervalo de longitudes de onda del orden de 1000-2000 ángstroms, donde están los niveles moleculares clave para la absorción de agua.

Este simple modelo indica la ruta que vincula las escalas del tiempo bioquímico de evolución de la vida y la del tiempo astrofísico que determina el tiempo requerido para crear un ambiente sustentado por una estrella estable que consume hidrógeno en la secuencia principal y envía luz y calor a los planetas del Sistema Solar que ella misma forma como objeto principal.

A muchos les cuesta trabajo admitir la presencia de vida en el universo como algo natural y corriente, ellos abogan por la inevitabilidad de un universo grande y frío en el que es difícil la aparición de la vida, y en el supuesto de que ésta aparezca, será muy parecida a la nuestra.

Los biólogos, sin embargo, parecen admitir sin problemas la posibilidad de otras formas de vida, pero no están tan seguros de que sea probable que se desarrollen espontáneamente, sin un empujón de formas de vida basadas en el carbono. La mayoría de las estimaciones de la probabilidad de que haya inteligencias extraterrestres en el universo se centran en formas de vida similares a nosotros que habiten en planetas parecidos a la Tierra y que necesiten agua y oxígeno o similar con una atmósfera gaseosa y las demás condiciones de la distancia entre el planeta y su estrella, la radiación recibida, etc. En este punto, parece lógico recordar que antes de 1.957 se descubrió la coincidencia entre los valores de las constantes de la Naturaleza que tienen importantes consecuencias para la posible existencia de carbono y oxígeno, y con ello para la vida en el universo.

emilio silvera

]]> http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/2009/12/18/las-escalas-del-universo-no-son-humanas-2/feed/ 0 http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/2009/12/16/lo-que-nos-queda-cuando-muere-una-estrella/ http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/2009/12/16/lo-que-nos-queda-cuando-muere-una-estrella/#comments Wed, 16 Dec 2009 17:36:47 +0000 Emilio Silvera http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/?p=3137 Uno de los aspectos más notables de las nebulosas es su variedad de formas y estructuras. Gracias a los modernos telescopios y al uso de ordenadores, se han podido elaborar fotos digitales detalladas que, mediante los programas informáticos adecuados, se pueden colorear para obtener imágenes espectaculares.

Nebulosas planetarias

Las nebulosas planetarias se parecen a los planetas cuando son observadas a través de un telescopio. En realidad son capas de material desprendidas de una estrella evolucionada de masa media, al pasar de gigante roja a enana blanca.

La nebulosa del Anillo, en la constelación de Lira, es una planetaria típica que tiene un periodo de rotación de 132.900 años y una masa de unas 14 veces la masa del Sol. En la Vía Láctea se han descubierto varios miles de planetarias.

Más espectaculares, pero menores en número, son los remanentes de supernovas, cuta representante más significativa es la nebulosa del Cangrejo, en Tauro, que se desvanece a razón de un 0,4% anual. Las nebulosas de este tipo son radiofuentes intensas, a causa de las explosiones que las formaron y losrestos de púlsares en que se convirtieron las estrellas.

Objetos Herbig-Haro

Los objetos Herbig-Haro, que deben su nombre al astrónomo mexicano Guillermo Haro y a al estadounidense G. Herbig, son pequeñas nebulosas muy brillantes que se encuentran dentro de dnubes interestelares muy densas

Son, probablemente, el producto de chorros de gas expelidos por estrellas en proceso de formación. Las nubes moleculares son, por su parte, extremadamente grandes, de un ancho de muchos años luz, con un perfil indefinido y una apariencia tenue y neblinosa.

Los objetos Herbig-Haro se pueden estudiar en el infrarrojo. Estos objetos varían de tamaño y brillo en pocos años. Se encuentran en regiones de formación estelar activa. Se cree que estas nebulosas corresponden a flujos de gas de alta velocidad expulsado por estrellas jóvenes al chocar contra nubes interestelares. El estudio de los objetos Herbig-Haro ayuda a comprender los detalles de cómo se forman las estrellas.

Hay otras maravillas que ahí “arriba”, en el cielo se producen y de las que podemos hablar otro día, ya que, en el Año Internacional de la Astronomía, todos los que colaboramos con el evento, de alguna manera, tenemos como objetivo principal la divulgación de lo que es el Universo y de las cosas que en él ocurren. En una palabra, acercar el Universo a todos.

Texto extraído de Astronomia.com

La Hipótesis de estrella de Quarks (EQs) podrían responder a muchos interrogantes surgidos a partir de observaciones astrofísicas que no coinciden con los modelos canónicos teóricos de las Estrellas de Neutrones ( ENs ). Decimos que son hipotéticas porque se conjetura que estarían formadas por Materia Extraña ( ME ). La comunidad astrofísica espera evidencias observacionales que permitan diferenciarlas de las ENs, ya que podrían explicar un conjunto de observaciones astronómicas que aún resultan una incógnita. Es sabido que una EN es el remanente del colapso de una estrella masiva. El colapso de la estrella, la supernova, da lugar a un núcleo compacto hiperdenso de hierro y otros metales pesados que sigue comprimiéndose y calentándose. Su densidad continúa aumentando, dando lugar a una “neutronización“ (recombinación de electrones con protones que resultan en neutrones) y el gas degenerado de neutrones frena el colapso del remanente.

Una EQ, a diferencia de una EN, no se originaría necesariamente de una evolución estelar después del agotamiento del combustible nuclear de una estrella normal. Sería, probablemente, producto de la transición de fase hadrón-quark a altísima densidad. La Cromodinámica Cuántica (CDC), la Teoría de las Interacciones Fuertes que ocurren dentro de los nucleones (protones y neutrones), concibe teóricamente la idea de la transición de fase hadrón-quark a temperaturas y/ o densidades extremadamente altas con el consecuente desconfinamiento de quarks y gluones, que formarían una especie de “sopa “. Sin embargo, los quarks libres no se han encontrado aún, en uno u otro límite, en ningún experimento terrestre.

La “sopa“ que mencionamos antes, se conoce como Plasma Quark-Gluón ( PQG ). En el límite de altas temperaturas, el PQG está tratando de obtenerse en el laboratorio y existen fuertes indicios de que se logre con éxito experimentos de altas energías como el Colisionador Relativista de Iones Pesados (conocido por sus siglas en ingles como RHIC) de Brookhaven, New York.

Por otro lado, se espera que a través de observaciones astronómicas se compruebe que la transición a altas densidades se hubiese producido en el interior de alguna EN. Esto se debe a que los valores de densidades estimados para que dicha transición tuviese lugar coinciden con densidades del orden de (3 exp. – 12) ρ0 (siendo ρ0 ̃ 0, 17 fmˉ ³ la densidad de equilibrio nuclear) que son típicas del interior de las ENs. Los cálculos basados en diferentes ecuaciones de estado de la materia nuclear muestran estos resultados, por lo que sería razonable que el núcleo de las ENs estuviese formado por materia de quarks.

Recientemente, la relación entre campo magnéticos y materia densa está atrayendo la atención de los astrofísicos, especialmente después de las observaciones de emisiones peculiares de pulsares anómalos de rayos X, que se interpretan como ENs en rotación, y de emisiones de radiación γ de baja energía de los llamados repetidores de rayos γ suaves ( SGRs – soƒt gamma-ray repeaters ). El motor central de esas radiaciones podría ser un campo magnético mayor que 4 x 10¹³ Gauss, que es el campo crítico previsto por la Electrodinámica Cuántica.

Muchas observaciones astronómicas indirectas sólo se explicarían a través de la existencia de campos magnéticos muy intensos en los núcleos de ENs  en EQs, de manera que el papel que juega el campo magnético en la ME aún constituye un problema abierto y de sumo interés en la Astrofísica.

En particular, en un trabajo reciente, se ha analizado la ME considerando neutralidad de carga, equilibrio β y conservación del número bariónico. En dicho trabajo se obtuvo una cota superior para el valor del campo magnético que determina una transición de fase cuya explicación requiere ser estudiada en profundidad ya que sería independiente de la interacción fuerte entre los quarks. También se ha comprobado que la presencia de de campos magnéticos intensos favorece la estabilidad de la ME.

Por otro lado, estudios teóricos han demostrado que si la materia es suficientemente densa, la materia de quarks deconfinada podría estar en un estado superconductor de color. Este estado estaría formado por pares de quarks, análogos a los pares de Cooper (constituidos por electrones) existentes en los superconductores ordinarios.

Los quarks, a diferencia de los electrones, poseen grados de libertad asociados con el color, el sabor y el espín. Por este motivo, dependiendo del rango de densidades en el cual estamos trabajando, algunos patrones de apareamiento pueden verse favorecidos generando la aparición de distintas fases superconductoras de color. Según estudios teóricos, la fase superconductora más favorecida a densidades extremadamente altas sería la Color Flavor Locked (CFL), en la cual los quarks u, d y s poseen igual momento de Fermi, y en el apareamiento participan los tres colores y las dos proyecciones de espín de cada uno de ellos. Estudios recientes sobre la fase CFL han incluido los efectos de campos magnéticos intensos, obteniendo que bajo determinadas condiciones el gas superconductor, que corresponde a la separación entre bandas de energía en el espectro fermiónico, crece con la intensidad del campo. A esta fase se la llama Magnetic Color Flavor Locked (MCFL).

En la superconductividad electromagnética usual, un campo magnético suficientemente fuerte destruye el estado superconductor. Para la superconductividad de color no existe aún un consenso de cómo, la presencia del campo magnético, podría afectar al apareamiento entre los quarks.

En este trabajo describiremos brevemente la materia extraña, con el objetivo de explicar su formación en el interior de una EN y entender la composición y características de una EQ. Posteriormente, utilizaremos el modelo fenomenológico de bag del Massachussets Institute of Technology (MIT) para encontrar las ecuaciones de estado de la ME en condiciones determinadas, comprobando la estabilidad de la misma, frente a la materia de quarks ordinaria formada sólo por quarks u y d. Presentaremos, además, algunas candidatas posibles a EQs según observaciones astrofísicas. Por último, trataremos de entender la superconductividad de color y la influencia del campo magnético intenso en las fases superconductoras.

Materia de Quarks:

Uno de los mayores logros alcanzados por los físicos en el último siglo, fue la construcción del Modelo Estándar en la física de partículas elementales. Este modelo sostiene que la materia en el Universo está compuesta por fermiones, divididos en quarks y leptones, que interactúan a través de los llamados bosones de calibre: el fotón (interacción electromagnética), los bosones W± y Zº (interacción débil), y 8 tipos de gluones (interacción fuerte). Junto con los bosones de calibre, existen tres generaciones de fermiones: ( v e, e ), u, d ); ( vµ, µ ), ( c, s ) ; ( v….); y sus respectivas antipartículas. Cada “ sabor “ de los quarks, up ( u ), down ( d ), charme ( c ), strange ( s , top ( t ) y bottom ( b), tiene tres colores ( el color y el sabor son números cuánticos ). La partícula que aún no ha sido descubierta experimentalmente es el bosón de Higgs, que cabe suponer sería responsable del origen de la masa de las partículas.

Los quarks son los componentes fundamentales tanto de los hadrones fermiónicos (bariones formados por la combinación de tres quarks) como de los bosónicos (mesones formados por un quark y un antiquark). ES sabido que el núcleo de un átomo está compuesto por nucleones (protones y neutrones) que a su vez están compuestos por quarks (protón = udd). David Gross y Franks Wilczek y David Politzer, descubrieron teóricamente que en la CDC el acoplamiento efectivo entre los quarks disminuye  a medida que la energía entre ellos aumenta (libertad asintótica). La elaboración de esta teoría permitió que recibieran el Premio Nobel de Física en el año 2004. En los años 60, la libertad asintótica fue comprobada experimentalmente en el acelerador lineal de Stanford ( SLAC ).

Sin embargo, la CDC no describe completamente el deconfinamiento en un régimen de alta densidad y baja temperatura, debido a su complejidad matemática y a su naturaleza no lineal para bajas energías. No obstante, es posible recurrir a una descripción fenomenológica para intentar entender la física de la formación de la materia de quarks en las ENs. La materia de quarks, es decir, el plasma de quarks deconfinados y gluones, es una consecuencia directa de la libertad asintótica cuando la densidad bariónica o la temperatura son suficientemente altas como para considerar que los quarks son partículas más fundamentales que los neutrones o protones. Esta materia, entonces, dependiendo de la temperatura y del potencial químico (µ) de los quarks, aparecería esencialmente en dos regímenes. Uno de ellos, el PQG, constituiría la fase “caliente”  de la materia de quarks cuando T >> µ constituyendo la mencionada ME, que se formaría en el interior de las Ens. Esta transición de fase estaría ocurriendo en el Universo cada vez que una estrella masiva explotara en forma de supernova, con la consecuente aparición de una EN.

En 1971 A.R. Bodmer propuso que la ME es más estable que el Fe, que es el más estable de todos los núcleos ordinarios. Por lo tanto, según su hipótesis, la ME constituía el estado más fundamental de la materia. En la Naturaleza, la presencia de núcleos atómicos ordinarios. Por lo tanto, según su hipótesis, la ME constituía el estado más fundamental de la materia. En la Naturaleza, la presencia de núcleos atómicos ordinarios no se halla en contradicción con la mayor estabilidad que presenta la ME. Esto se debe a que la conversión de un núcleo atómico en ME, requiere que se transformen quarks u y d en quarks extraños s. La probabilidad de que esto ocurra involucra una transición débil que hace que los núcleos con peso atómico A ≥ 6 sean estables por más de 10 exp60. Años. De manera que si la hipótesis de la ME fuera correcta, estaríamos en presencia del estado más estable de la materia hadrónica y para su formación se necesitaría un ambiente rico en quarks s o la formación de un PQG, Como ya mencionamos, podríamos alcanzar dicho estado en las colisiones de iones pesados relativistas, segundos después del Big Bang en el Universo primordial y en el interior de las Ens.

A) Formación de Materia Extraña en una Estrella de Neutrones:

Inmediatamente después de la transición de fase hadrónquark en el interior de la estrella, no existe una configuración de equilibrio químico entre los quarks. Esto puede entenderse de la siguiente forma: en el punto de transición, la materia bariónica predominante son los quarks u y d con una pequeña cantidad de electrones. Así, la densidad del quark d es aproximadamente dos veces la densidad del quark u, Nd ~ 2Nu, debido al hecho de que la materia en las estrellas compactas es eléctricamente neutra. Por el principio de exclusión de Pauli, sería energéticamente más favorable para los quarks d decaer en quarks s hasta restablecer el equilibrio entre sabores vía interacciones débiles. Dado que la densidad bariónica de la materia de quarks en el interior de la estrella sería ~ 5ρ0, los potenciales químicos de los quarks deberían ser grandes respecto de las masas. Esto implicaría que las densidades de los quarks fueran prácticamente iguales. De esta forma, la configuración más estable en el interior de la EN, sería un núcleo de ME con una densidad bariónica Nb = Ni ( i= u , d, s ). Si el interior de una EN estuviese compuesto por ME, cabe entonces preguntarnos: ¿podría transformarse una EN en una EQ?

B) EQs: Formación y características:

Para los astrónomos ha quedado bien establecido que el remanente estelar después de la explosión de una supernova podría resultar ser una  Enana Blanca, una En o un Agujero Negro, dependiendo de la masa de la estrella de origen. Observaciones astronómicas recientes sugieren un remanente aún más exótico: las EQs. La idea de la existencia de estas estrellas apareció en 1969, cinco años después de la predicción de Gell- Mann de la existencia de los quarks. En el año 1984, Farhi y Jaffe, basándose en el modelo de bag del MIT, mostraron en sus cálculos que la energía por barión de la ME era menor que la del núcleo atómico más estable, el Fe. Esto daba mayor solidez a la hipótesis de Bodmer- Witten e inmediatamente se comenzaron a desarrollar modelos teóricos de Eqs. En el año 2002, el Observatorio de Rayos X Chandra, de la NASA, reportó el descubrimiento de dos estrellas candidatas a ser Eqs.

Para que una EN se transforme en una EQ pura, necesitamos algún mecanismo mediante el cual su densidad aumente cada vez más. Pensemos, por ejemplo, que la EN forma parte de un sistema binario. Para considerar que dos estrellas están en un sistema binario, debe analizarse su proximidad comparando el tamaño de las mismas con el radio del lóbulo de Roche, que es la región que define el campo de la acción gravitatoria de una estrella sobre otra.

Si el radio de cada estrella es menor que el lóbulo de Roche, las estrellas están desconectadas. Por el contrario, si una de ellas llena el lóbulo de Roche, el sistema es semiconectado y la materia puede fluir a través del punto de Lagrange interno. El potencial gravitatorio de un sistema binario se consume la masa de la estrella compañera. Cuando la masa de la EN alcanza el valor de ~2 M  (M corresponde a la masa solar), sufre un colapso gravitatorio, pudiéndose transformar en una EQ.

¿Podría el colapso de una supernova dar origen a la formación de una EQ? Esta pregunta nos conduce a otra hipótesis teórica acerca de la formación de la EN, hay conservación del momento angular. La proto-estrella de neutrones tiene una fracción pequeña de su radio original, que era el de la supernova, por lo que su momento de inercia se reduce bruscamente. Como resultado, la EN se forma con una altísima velocidad de rotación  que disminuye gradualmente. Los períodos de rotación se hacen cada vez más largos debido a la pérdida de energía rotacional por la emisión de vientos de electrones y positrones y de la radiación bipolar  electromagnética. Cuando la alta frecuencia de rotación o el campo electromagnético alcanzan un valor crítico, la EN se transforma en un pulsar que emite pulsos del orden de los milisegundos. Debido a la enorme fuerza centrífuga en estos objetos, la estructura interna se modifica, pudiendo alcanzar una densidad crítica por encima de la que corresponde a la transición de fase hadrón-quark. En estas condiciones, la fase de materia nuclear relativamente incomprensible se convertiría en la fase de ME, más comprensible, cuyo resultado final sería la aparición de una EQ.

La identificación de una EQ requiere señales observacionales consistentes. Con esto nos referimos a propiedades físicas de la estrella tales como su masa máxima, radio, período mínimo de rotación, enfriamiento por emisión de neutrinos. Todas estas propiedades dependen de una única ecuación de estado para la materia densa de quarks que aún no ha sido completamente establecida. Sin embargo, existe un rango de valores aceptados para las cantidades antes mencionadas, con base en datos observacionales recientes, que marcarían importantes diferencias entre las posibles Eqs y los demás objetos compactos.

Un rasgo característico de las Eqs es que la materia no se mantendría unida por la atracción  gravitacional, como ocurre en las Ens, sino que sería consecuencia directa de la interacción fuerte entre los quarks. En este caso, la estrella se dice autoligada. Esto implica una diferencia sustancial entre las ecuaciones de estado para las dos clases de estrellas. Las correcciones perturbativas a la ecuación de estado de la materia de quarks y los efectos de superconductividad de color complican aun más este punto. Otra característica para poder diferenciar las Eqs de las Ens es la relación entre su masa M y el radio R. Mientras que para una EQ, M ~ R³. De acuerdo con esta relación, las Eqs tendrían radios más pequeños que los que usualmente se le atribuyen a las Ens. Además, las Eqs violarían el llamado límite de Eddington. Arthur Eddington (1882-1994) observó que las fuerzas debido a la radiación y a la gravitación de las estrellas normales dependían del inverso del cuadrado de la distancia. Supuso, entonces, que ambas fuerzas podían estar relacionadas de algún modo, compensándose para que la estrella fuera más estable. Para estrellas de altísima masa, la presión de radiación es la dominante frente  a la gravitatoria. Sin embargo, debería existir una presión de radiación máxima para la cual la fuerza expansiva debido a la radiación se equilibrara con la gravedad local. Para una estrella normal, el límite de Eddington está dado por una ecuación que omito para no hacer más complejo el tema.

Para cualquier valor de radiación que supere este límite, no habrá equilibrio hidrostático, causando la pérdida de masa de la estrella normal. El mecanismo de emisión en una EQ produciría luminosidades por encima de dicho límite. Una posible explicación a este hecho sería que la EQ es autoligada y por lo tanto su superficie alcanzaría temperaturas altísimas con la consecuente emisión térmica.

Por otro lado, una alternativa para explicar algunas observaciones de destellos de rayos γ, sería suponer que las emisiones provienen de Eqs con radios R ~ 6 km, valores demasiados pequeños si pensáramos que los destellos provienen de ENs.

En esta sección, hemos presentado algunas características de las Eqs que las diferenciarían de las Ens. Futuras evidencias experimentales y observacionales nos permitirían saber si las Eqs realmente existen en la naturaleza.

C) Observaciones astrofísicas: posibles Eqs

El mes de febrero de 1987 fue la primera oportunidad de poner a prueba, a través de las observaciones directas, las teorías modernas sobra la formación de las supernovas. En el observatorio de Las Campanas, en Chile, fue observada la Supernova 1987A en la Gran Nube de Magallanes. Algunas características de la emisión de neutrinos de la SN 1987ª, podrían explicarse sin una hipotética fuente de energía subnuclear como la ME contribuyera a su explosión. El remanente estelar que ha quedado como consecuencia de la explosión de la Supernova 1987ª, podría ser una EQ, ya que el período de emisión de este pulsar es de P= 0.5 ms. Una EN canónica no podría tener una frecuencia de rotación tan alta.

El observatorio Chandra de rayos X de la NASA también encontró dos estrellas inusuales: la fuente RX J1856.5-3754 con una temperatura de 10 exp5.  K y la fuente 3C58 con un período de 65 ms. RX J1856.5-3754 es demasiado pequeña para ser una EN convencional y 3C58 parece haberse enfriado demasiado rápido en el tiempo de vida que se le estima.

Combinando los datos del Chandra y del telescopio espacial Hubble, los astrónomos determinaron que RX J1856. 5 – 3754 radia como si fuera un cuerpo sólido con una temperatura de unos 1x 10 exp5. ºC y que tiene un diámetro de alrededor de 11 km, que es un tamaño demasiado pequeño como para conciliarlo con los modelos conocidos de las Ens.

Las observaciones realizadas por el Chandra sobre 3C58 también produjeron resultados sorprendentes. No se pudo detectar la radiación que se esperaba en la superficie de 3C58, una EN que se cree producto de la explosión de una supernova vista por astrónomos japoneses y chinos en el año 1181 de nuestra era. Se llegó a la conclusión de que la temperatura de la estrella, de menos de un millón de grados Celsius, era un valor mucho menor que el que predice el modelo. Estas observaciones incrementan la posibilidad de que los objetos estelares mencionados sean Eqs.

D) Ecuación de estado para la materia de quarks:

Las técnicas utilizadas para resolver las ecuaciones de la CDC no proveyeron aún un resultado aceptable para densidades bariónicas finitas como en el caso de la Electrodinámica Cuántica para el núcleo atómico. Como consecuencia, es necesario recurrir a modelos fenomenológicos para describir la materia de quarks dentro de las estrellas compactas cuando se consideran las propiedades de confinamiento y de libertad asintótica de la CDC. Uno de los modelos más usados es el modelo bag del MIT. En este modelo los hadrones son considerados como quarks libres confinados en una región finita del espacio: el “Bag“ o bolsa. El confinamiento no es un resultado dinámico de la teoría fundamental, sino que se coloca como parámetro libre, imponiendo condiciones de contorno apropiadas. Así, el modelo bag del MIT se basa en una realización fenomenológica del confinamiento.

Está claro que, las estrellas de Quarks, aunque con certeza no han sido aún detectadas, es casi seguro que andarán pululando por el inmenso Universo que, en relación a la materia bariónica, en muy buena parte, está conformado por Quarks.

Fuente: Revista de la RSEF

Nos dio un conjunto de ecuaciones a partir de los cuales se puede deducir la distorsión del tiempo y del espacio alrededor de objetos cósmicos que pueblan el Universo y que crear esta distorsión en función de su masa.  Se han cumplido 100 años desde entonces y miles de físicos han tratado de extraer las predicciones encerradas en las ecuaciones de Einstein (sin olvidar a Riemann) sobre la distorsión del espaciotiempo.

Un agujero negro es lo definitivo en distorsión espaciotemporal, según las ecuaciones de Einstein: está hacho única y exclusivamente a partir de dicha distorsión.  Su enorme distorsión está causada por una inmensa cantidad de energía compactada: energía que reside no en la materia, sino en la propia distorsión.  La distorsión genera más distorsión sin la ayuda de la materia.  Esta es la esencia del agujero negro.

Si tuviéramos un agujero negro del tamaño de la calabaza más grande del mundo, de unos 10 metros de circunferencia, entonces conociendo las leyes de la geometría de Euclides se podría esperar que su diámetro fuera de 10 m.: л = 3,14159…, o aproximadamente 3 metros.  Pero el diámetro del agujero es mucho mayor que 3 metros, quizá algo más próximo a 300 metros. ¿Cómo puede ser esto? Muy simple: las leyes de Euclides fallan en espacios muy distorsionados.

Como se hemos visto muchas veces en gráficos y esquemas, un objeto pesado o masivo colocado en el centro de la superficie elástica, se hunde a consecuencia del peso y provoca una distorsión que cambia completamente la medida original del diámetro de esa circunferencia que, al ser hundida por el peso, se agranda en función de éste.

Al espacio le ocurre igual.

De la misma manera se puede considerar que el espacio tridimensional dentro y alrededor de un agujero negro está distorsionado dentro de un espacio plano de dimensión más alta (a menudo llamado hiperespacio), igual que la lámina bidimensional está distorsionada como describo en el “dibujo” de la página anterior.

Lo más intrigante de los agujeros negros es que, si caemos en uno, no tendremos manera alguna de salir o enviar señales a los que están fuera esperándonos.  Pensemos que la masa de la Tierra que es de 5′974 x 10²⁴kg  (densidad de 5′52 gramos por cm³), requiere una velocidad de escape de 11′18 Km. /s., ¿Cual no será la masa y densidad de un Agujero Negro, si pensamos que, ni la luz que viaja a 299.792′458 Km. /s, puede escapar de su fuerza de gravedad?

Es tanta la densidad que no solo distorsiona el espacio, sino que también distorsiona el tiempo según las ecuaciones de Einstein: el flujo del tiempo se frena cerca del agujero, y en un punto de no retorno (llamado. El “horizonte” del agujero, o límite), el tiempo está tan fuertemente distorsionado que empieza a fluir en una dirección que normalmente sería espacial; el flujo de tiempo futuro está dirigido hacia el centro del agujero.  Nada  puede moverse hacia atrás en el tiempo*, insisten las ecuaciones de Einstein; de modo que  una vez dentro del agujero, nos veremos arrastrados irremisiblemente hacia abajo con el flujo del tiempo, hacia una “singularidad” escondida en el corazón del agujero; en ese lugar de energía y densidad infinitas, el tiempo y el espacio dejan de existir.

Como he apuntado antes, en alguna parte de este mismo trabajo, la descripción relativista del agujero negro procede de la obra de Kart Schwarzschil.   En 1.916, apenas unos meses después de que Einstein formulara sus famosas ecuaciones, Schwarzschild fue capaz de resolver exactamente las ecuaciones de Einstein y calcular el campo gravitatorio de una estrella masiva estacionaria.

La solución de Schwarzschild tiene varias características interesantes:

• En primer lugar, una línea de no retorno rodea al agujero negro: cualquier objeto que se acerque a una distancia menor que este radio será absorbido inevitablemente en el agujero.
• En segundo lugar, cualquiera que cayera dentro del radio de Schwarzschild será consciente de un “universo especular”  al “otro lado” del espacio-tiempo.

Einstein no se preocupaba por la existencia de este extraño universo especular porque la comunicación con él era imposible.  Cualquier aparato o sonda enviada al centro de un agujero negro encontraría una curvatura infinita; es decir, el campo gravitatorio sería infinito y, como ya dije antes, ni la luz podría escapar a dicha fuerza, e igualmente, las ondas de radio electromagnéticas, también estarían prisioneras en el interior de un agujero negro, con lo cual, el mensaje nunca llegará al exterior.  Allí dentro, cualquier objeto material sería literalmente pulverizado, los electrones serían separados de los átomos, e incluso los protones y los neutrones dentro de los propios núcleos serían desgajados.  Además, para penetrar en el Universo alternativo, la sonda debería ir más rápida que la velocidad de la luz, lo que no es posible; c es la velocidad límite del Universo.

Así pues, aunque este universo especular es matemáticamente necesario para dar sentido a la solución de Schwarzschild, nunca podría ser observado físicamente (al menos por el momento).

En consecuencia, el famoso puente de Einstein-Rosen que conecta estos dos universos, fue considerado un artificio matemático.

El puente de Einstein-Rosen conecta universos diferentes. Einstein creía que cualquier cohete que entrara en el puente sería aplastado, haciendo así imposible la comunicación entre estos dos universos. Sin embargo, cálculos más recientes muestran que el viaje a través del puente, aunque podría ser muy difícil, no sería imposible, existen ciertas posibilidades de que, algún día, se pudiera realizar

Posteriormente, los puentes de Einstein – Rosen se encontraron pronto en otras soluciones de las ecuaciones gravitatorias, tales como la solución de Reisner – Nordstrom que describe un agujero eléctricamente cargado.  Sin embargo, el puente de Einstein – Rosen siguió siendo una nota a pie de página curiosa pero olvidada en el saber de la relatividad.

Las cosas comenzaron a cambiar con la solución que el trabajo matemático presentado por el neozelandés Roy Kerr, presentado en 1.963 encontró otra solución exacta de las ecuaciones de Einstein.  Kerr supuso que cualquier estrella colapsante estaría en rotación.  Así pues, la solución estacionaria de Schwarzschild para un agujero negro no era la solución físicamente más relevante de las ecuaciones de Einstein.

La solución de Kerr causó sensación en el campo de la relatividad cuando fue propuesta.   El astrofísico Subrahmanyan Chandrasekhar llegó a decir:

“La  experiencia que ha dejado más huella en mi vida científica, de mas de cuarenta años, fue cuando comprendí que una solución exacta de las ecuaciones de Einstein de la relatividad general, descubierta por el matemático Roy Kerr,  proporciona la representación absolutamente exacta de innumerables agujeros negros masivos que pueblan el Universo.   Este estremecimiento ante lo bello, este hecho increíble de que un descubrimiento motivado por una búsqueda de la belleza en matemáticas encontrará su réplica exacta en la Naturaleza, es lo que me lleva a decir que la belleza es aquello a lo que lleva la mente Humana en su nivel más profundo”.

La solución de Kerr de un agujero negro giratorio permite que una nave espacial pase a través del centro del agujero por el eje de rotación y sobrevivir al viaje a pesar de los enormes pero finitos campos gravitorios en el centro, y seguir derecha hacia el otro Universo especular sin ser destruida por la curvatura infinita.

El Universo, como todos sabemos, abarca a todo lo que existe, incluyendo el espacio y el tiempo y, por supuesto, toda la materia esté en la forma que esté constituida.  El estudio del Universo se conoce como cosmología.  Si cuando escribimos Universo nos referimos al conjunto de todo, al cosmos en su conjunto, lo escribimos con mayúscula, el universo referido a un modelo matemático de alguna teoría física, ese se escribe con minúscula.

El Universo real está constituido en su mayoría por espacios aparentemente vacíos, existiendo materia concentrada en galaxias formadas por estrellas y gas (también planetas, quásares, púlsares, cometas, estrellas enanas blancas y marrones, estrella de neutrones, agujeros negros y otros muchos objetos espaciales).  El Universo se esta expandiendo, las galaxias se alejan continuamente los unas de las otras.  Existe una evidencia creciente de que existe una materia oscura invisible, no bariónica, que puede constituir muchas veces la masa total de las Galaxias visibles.  El concepto más creíble del origen del Universo, es la teoría del Big Bang de acuerdo con la cual el Universo se creó a partir de una singularidad infinita de energía y densidad a inmensas temperaturas de millones de grados k, hace ahora unos 15.000 millones de años.

Los científicos y estudiosos del Universo han especulado mucho con la clase de Universo que nos acoge, y para ello, han realizado las más diversas teorías de universo abierto, universo cerrado, universo estacionario, universo en expansión, inflacionario, estático, oscilatorio, etc. etc. etc.  Pero, ¿Cuál tenemos?

El tipo de universo que nos acoja estaría diseñado y tendrá su final en función de la Densidad Crítica que, está referida a la “Densidad media” requerida para que la Gravedad detenga la expansión del Universo.  Un universo con una densidad muy baja se expandirá para siempre, mientras que uno con una densidad muy alta colapsará finalmente (Universo cerrado).  Sin embargo, un Universo con exactamente la densidad crítica, alrededor de 10^-29 g/cm³, es descrito por el modelo de Einstein – De Sitter, que se encuentra en la línea divisoria de los otros dos extremos.  La densidad media de materia que puede ser observada directamente en nuestro Universo representa sólo el 20% del valor crítico.  Pero como antes comentamos, puede existir, sin embargo, una gran cantidad de materia oscura que elevaría la cantidad hasta el valor crítico que es, el que parece que existe realmente.

¡Ya veremos! Si con los 10^-29 g/cm³ = 10^-5 átomos/cm³+ la materia oscura, el Universo resultante es el ideal y equilibrado para evitar el Big Crunch que, es el estado final del universo de Friedmaniano, cerrado, es decir que su densidad excede a  la Densidad Crítica, dicho Universo se expande desde el Big Bang inicial, alcanza un radio máximo, y luego colapsa hacia el Big Crunch, donde la densidad de materia se volvería infinita al confluir toda la materia del Universo en un punto de una energía, densidad y temperatura infinitas ¡Una Singularidad!

El final del Universo, sea cual fuere la Densidad crítica, nunca será bueno para la Humanidad.  El universo cerrado nos achicharrará en una enorme bola de fuego.  El universo abierto nos congelaría con el termómetro marcando el cero absoluto (-273,16 Celsius). ¿Qué más da el tipo de Universo que nos acoge?

El final, si llegamos,  nos lo pondrá muy difícil.

emilio silvera

La Ley de la gravitación universal de Newton, publicada en 1687, sirve para explicar cómo actúa la gravedad en la Tierra, por ejemplo por qué cae una manzana de un árbol. El profesor Pavel Kroupa del Instituto de Astronomía Argelander de la Universidad de Bonn (Alemania) explicó que «a pesar de que su ley describe los efectos cotidianos de la gravedad en la Tierra, las cosas que podemos ver y medir, cabe la posibilidad de que no hayamos sido capaces de comprender en absoluto las leyes físicas que rigen realmente la fuerza de la gravedad».

La ley de Newton ha sido puesta en entredicho por distintos cosmólogos modernos, los cuales han redactado teorías contradictorias sobre la gravitación que intentan explicar la gran cantidad de discrepancias que se dan entre las mediciones reales de los sucesos astronómicos y las predicciones basadas en los modelos teóricos. La idea de que la «materia oscura» pueda ser la responsable de estas discrepancias ha ganado muchos adeptos durante los últimos años. No obstante, no existen pruebas concluyentes de su existencia.

En esta investigación, el profesor Kroupa y varios colegas examinaron «galaxias enanas satélite», cientos de las cuales deberían existir en la cercanía de las principales galaxias, incluida la Vía Láctea, según indican los modelos teóricos. Se cree que algunas de estas galaxias menores contienen tan sólo unos pocos millares de estrellas (se estima que la Vía Láctea, por ejemplo, contiene más de 200.000 millones de estrellas).

No obstante, a día de hoy sólo se ha logrado detectar treinta de estas galaxias alrededor de la Vía Láctea. Esta situación se atribuye al hecho de que, al contener tan pocas estrellas, su luz es demasiado débil como para que podamos observarlas desde una distancia tan lejana. Lo cierto es que este estudio tan detallado ha deparado resultados sorprendentes.

«En primer lugar, hay algo extraño en su distribución», indicó el profesor Kroupa. «Estas galaxias satélite deberían estar distribuidas uniformemente alrededor de su galaxia madre, pero no es el caso.»

Los investigadores descubrieron que la totalidad de los satélites clásicos de la Vía Láctea (las once galaxias enanas más brillantes) están situados prácticamente en un mismo plano que dibuja una especie de disco. También observaron que la mayoría de estas once galaxias rotan en la misma dirección en su movimiento circular alrededor de la Vía Láctea, de forma muy similar a como lo hacen los planetas alrededor del Sol.

La explicación de los físicos a estos fenómenos es que los satélites debieron surgir de una colisión entre galaxias más jóvenes. «Los fragmentos resultantes de un acontecimiento así pueden formar galaxias enanas en rotación», explicó el Dr. Manuel Metz, también del Instituto de Astronomía Argelander. Éste añadió que «los cálculos teóricos nos indican la imposibilidad de que los satélites creados contengan materia oscura».

Estos cálculos contradicen otras observaciones del equipo. «Las estrellas contenidas en los satélites que hemos observado se mueven a mucha más velocidad que la predicha por la Ley de la gravitación universal. Si se aplica la física clásica, esto sólo puede atribuirse a la presencia de materia oscura», aseveró el Dr. Metz.

Este enigma nos indica que quizás se hayan interpretado de forma incorrecta algunos de los principios fundamentales de la física. «La única solución posible sería desechar la Ley de la gravitación de Newton», indicó el profesor Kroupa. «Probablemente habitemos un universo no Newtoniano. De ser cierto, nuestras observaciones podrían tener explicación sin necesidad de recurrir a la materia oscura.»

Hasta ahora, la Ley de la gravitación de Newton sólo ha sido modificada en tres ocasiones: para incluir los efectos de las grandes velocidades (la teoría especial de la relatividad), la proximidad de grandes masas (la teoría general de la relatividad) y las escalas subatómicas (la mecánica cuántica). Ahora, las graves inconsistencias reveladas por los datos obtenidos sobre las galaxias satélite respaldan la idea de que hay que adoptar una «dinámica newtoniana modificada» (MOND) para el espacio.

La teoría MOND, propuesta en 1981, modifica la segunda ley de la dinámica de Newton para que con ella se pueda explicar la rotación a velocidad uniforme de las galaxias, que contradice las predicciones newtonianas que afirman que la velocidad de los objetos separados del centro será menor.

Los nuevos descubrimientos poseen implicaciones de gran calado para la física fundamental y para las teorías sobre el Universo. Según el astrofísico Bob Sanders de la Universidad de Groningen (Países Bajos), «los autores de este artículo aportan argumentos contundentes. Sus resultados coinciden plenamente con lo predicho por la dinámica newtoniana modificada, pero completamente contrarios a la hipótesis de la materia oscura. No es normal encontrarse con observaciones tan concluyentes.»

Para más información, consulte:

Instituto Argelander de Astronomía:
http://www.astro.uni-bonn.de

Astrophysical Journal:
http://www.iop.org/EJ/journal/apj

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society:
http://www.wiley.com/bw/journal.asp?ref=0035-8711

Si preguntamos por el significado del Big Bang, la expansión del universo, cómo nacen y mueren las estrellas, qué es una singularidad, a qué se refiere la libertad asintótica de los quarks, qué son los nucleones, qué significan las constantes universales, qué es la mecánica quántica, el modelo estándar, la relatividad general, el significado de E = mc², el principio de incertidumbre, la función de onda de Schrödinger, la exclusión de Pauli, el cuanto de acción, h, o el límite, la energía o tiempo de Planck…, cualquiera de estas cuestiones, todas tan importantes, serán desconocidas para el 99’99% de los encuestados. ¡Una auténtica calamidad!

Esa es la penosa realidad en la que estamos inmersos, y, precisamente, ese no conocer de la gente sencilla (que es la gran mayoría), es lo que ha llevado a nombrar el año 2009 para la celebración del Año INternacional de la Astronomía, y, desde luego, el despliegue que tan acontecimiento ha efectuado en todo el Mundo, es de elogiar.

Muchas han sido las personas que, científicos o aficionados, han unido su esfuerzo para llevar el Universo a todos y en los más dispares y distintos ámbitos, desde las mismas calles de las ciudades con telescopios para obervar los planetas, hasta cesudas conferencias en las Universidades.

En España, la región del Mundo que mejor conozco y en la que he tenido el honor de colaborar con éste memorable acontecimiento, han sido muchísimas las jornadas y las actividades que se han dedicado a llevar el Universo a la gente sin tener en cuenta el lugar o su nivel de conocimiento. Todos por igual, han dusfrutado de jornadas, de charlas, de conferencias, de festejos preparados de manera expresa para que, de una u otra manera, todos pudieran disfrutar y aprender sobre lo que en el cielo existe.

No pocas han sido las caras de asombro que a lo largo del Año Internacional he podido contemplar en chavales de Bachillerato que, al explicarles como se convertía una estrella masiva en una de Neutrones o en un Agujero Negro con densidad “infinita”, se maravillaban de que tal cosa pudiera ser posible. Y, también les llamó la atención el hecho de que, cuando una estrella muere al final de su ciclo, al explotar como supernova (por ejemplo) dejara sembrada una gran extensión del espacio por una Nebulosa compuesta por materiales complejos que a partir de ahí formarían nuevas estrellas, mundos y, con las debidas condiciones de atmósfera, radiación, humedad y agua líquida…hasta la vida podría surgir.

Muchos han sido los días que, dedicado al Año Internacional de la Astronomía, en España AIA 2009, he dedicado a dar charlas y conferencias por los distintos lugares o Centros de Cultura (Escuelas, Institutos, Casas de Cultura, Bibliotecas, Residencias de Ancianos, etc.), y, os puedo asegurar que, independientemente de los muchos kilómetros recorridos, y, las muchas horas hablando sin parar, la reacción de las personas asisitentes y sobre todo, sus caras de asombro al opir aquellas maravillas, me han pagado sobradamente el esfuerzo.

Algunos llegaron a preguntarme en algún pueblo perdido de la Sierra de Huelva, por qué no se caía la Luna y como se agunataban los planetas en el cielo. He disfrutado como nunca. La satisfacción de poder transmitir lo poco que sabes a los demás…es grande.

Dejo aquí un recuerdo de lleno de admiración, y, en forma de homenaje, a la Coordinadora del NODO Español en esta celebración del Año Internacional de la Astronomía 2009, Doña Montserrat Villar que, con su engañosa y delicada fragilidad, ha desarrollado un trabajo que, desde luego, se podría calificar sobradamente de sobresaliento. Su labor ha sido un ejemplo de bien hacer, de responsabilidad, y, sobre todo, una demostración de amor hacia su profesión que, como Astrofísica, la convierte en una de esas personas elegidas y destinadas a ser especiales, con ese don de poder transmitir a los demás cosas de importancia universal.

¡FELICIDADES! Amiga, tu trabajo bien hecho y el objetivo cumplido, pasarán a la historia de la Astronomía y ahí quedará escrito tu concurso para aquellos que nos seguirán y que podrán, en los archivos y hemerotecas, saber de tu obra.

Ahora remato con un poco de Astronomía como homenaje al Año que se nos va.

Lo cierto es que para las estrellas supermasivas, cuando llegan al final de su ciclo y dejan de brillar por agotamiento de su combustible nuclear, en ese preciso instante, el tiempo se agota para ella. Cuando una estrella pierde el equilibrio existente entre la energía termonuclear (que tiende a expandir la estrella) y la fuerza de gravedad (que tiende a comprimirla), al quedar sin oposición esta última, la estrella supermasiva se contrae aplastada bajo su propia masa. Queda comprimida hasta tal nivel que llega un momento que desaparece, para convertirse en un agujero negro, una singularidad, donde dejan de existir el “tiempo” y el espacio. A su alrededor nace un horizonte de sucesos, que si se traspasa se es engullido por la enorme gravedad del agujero negro.

El tiempo, de esta manera, deja de existir en estas regiones del universo que conocemos como singularidad. El mismo Big Bang (dicen) surgió de una singularidad de energía y densidad infinitas que, al explotar, se expandió y creó el tiempo, el espacio y la materia.

Como contraposición a estas enormes densidades de las enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros, existen regiones del espacio que contienen menos galaxias que el promedio o incluso ninguna galaxia; a estas regiones las conocemos como vacío cósmico. Han sido detectados vacíos con menos de una décima de la densidad promedio del universo en escalas de hasta 200 millones de años luz en exploraciones a gran escala. Estas regiones son a menudo esféricas. El primer gran vacío en ser detectado fue el de Boötes en 1981; tiene un radio de unos 180 millones de años luz y su centro se encuentra aproximadamente a 500 millones de años luz de la Vía Láctea. La existencia de grandes vacíos no es sorprendente, dada la existencia de cúmulos de galaxias y supercúmulos a escalas muy grandes.

Mientras que en estas regiones la materia es muy escasa, en una sola estrella de neutrones, si pudiéramos retirar 1 cm³ de su masa, obtendríamos una cantidad de materia increíble. Su densidad es de 10¹⁷ Kg/m³; los electrones y los protones están tan juntos que se combinan y forman neutrones que se degeneran haciendo estable la estrella de ese nombre que, después del agujero negro, es el objeto estelar más denso del universo.

Es interesante ver cómo a través de las matemáticas y la geometría, han sabido los humanos encontrar la forma de medir el mundo y encontrar las formas del universo. Pasando por Arquímedes, Pitágoras, Newton, Gauss o Riemann (entre otros), siempre hemos tratado de buscar las respuestas de las cosas por medio de las matemáticas.

La respuesta tan esperada en astronomía es el que alguien responda a la pregunta siguiente: ¿Qué es y donde está la energía y la materia oscura?

Sí, sabemos que su presencia puede ser inferida por sus efectos sobre los movimientos de las estrellas y galaxias, aunque no puede ser observada directamente debido a que emite poca o ninguna radiación. Se piensa que algo más del 90% de la masa del universo se encuentra en alguna forma de materia oscura. Existen evidencias de materia oscura en las galaxias espirales en sus curvas de rotación. La existencia de materia oscura en los cúmulos ricos de galaxias puede ser deducida por el movimiento de las galaxias constituyentes. Una parte de esta materia oscura puede encontrarse en forma de estrellas poco masivas u objetos con masa del orden de la de Júpiter; dicha materia normal se describe como bariónica (los bariones son los protones, neutrones y otras partículas formadoras de materia que podemos ver).  Por otra parte, también puede existir materia oscura en el espacio entre galaxias, ese espacio que llamamos vacío y que en realidad está abarrotado de partículas virtuales que aparecen sin saber de dónde y en manos de una millonésima de segundo desaparece sin que sepamos a dónde, y que podría hacer aumentar la densidad media del universo hasta la densidad crítica requerida para invertir la expansión actual.

Si la teoría del Big Bang es correcta, como parece que lo es, debe de existir una gran proporción de materia oscura en forma no bariónica (que no podemos ver), quizás axiones, fotinos o neutrinos masivos, supervivientes de las etapas tempranas del Big Bang y, ¿por qué no?, también podríamos suponer que la materia oscura que tanto nos preocupa pudiera estar encerrada dentro de las singularidades de tantos y tantos agujeros negros que se han debido formar a lo largo de los 13.500 millones de años que es la edad del universo.

Los agujeros negros, cuya existencia se dedujo por Schwarzschild en 1.916 a partir de las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, son objetos supermasivos, invisibles a nuestra vista (de ahí su nombre) del que no escapa ni la luz; tal es la fuerza gravitatoria que generan que incluso engullen la materia de sus vecinas, objetos estelares como estrellas que osan traspasar el cinturón de seguridad que llamamos horizonte de sucesos.

Pues bien, si en el universo existen innumerables agujeros negros, por qué no creer que sean uno de los candidatos más firmes para que sea la buscada “materia oscura”.

Para mí particularmente, sin descartar absolutamente nada de lo anterior (cualquier teoría podría ser la cierta), la denominada materia oscura está situada en la quinta dimensión, y nos llegan sus efectos a través de fluctuaciones del “vacío”, que de alguna manera deja pasar a los gravitones que transportan la fuerza gravitacional que emite dicha materia y sus efectos se dejan sentir en nuestro universo, haciendo que las galaxias se alejen las unas de las otras a mayor velocidad de la que tendrían si el universo estuviera poblado sólo de la materia bariónica que nos rodea.

Claro que mi pensamiento es eso, una teoría más de las muchas que circulan. A veces me sorprendo al escuchar como algunos astrofísicos de reconocido nombre, sin pudor alguno, dogmatizan hablando de estas cuestiones sobre las que no tienen la menor certeza.

De todas las maneras, incluso la denominación dada: “materia oscura”, delata nuestra ignorancia.

Mientras tanto, dejamos que el “tiempo” transcurra y como en todo lo demás, finalmente, alguien nos dará la respuesta.

Para que tengamos todas las respuestas que necesitamos para viajar a las estrellas, tener energía infinita obtenida de agujeros negros, lograr el traslado de materia viva a lugares distantes, dominar toda una galaxia, etc, tendrán que transcurrir algunos eones* de tiempo.

Hace menos de un siglo no existían televisores, teléfonos móviles, faxes, ni aceleradores de partículas. En los últimos cien años hemos avanzado de una manera que sería el asombro de nuestros antepasados.

¿Qué maravillas tendremos dentro de cincuenta años? ¿Qué adelantos científicos se habrán alcanzado?

Dejando a un lado, a los primeros descubridores, como Ptolomeo, Copérnico, Galileo, Kepler y otros muchos de tiempos pasados, tenemos que atender a lo siguiente:

La primera revolución de la física se produjo en 1.905, cuando Albert Einstein con su relatividad especial nos ayudo en nuestra comprensión de las leyes que gobiernan el universo. Esa primera revolución nos fue dada en dos pasos: 1905 la teoría de la relatividad especial y en 1915, diez años después, la teoría de la relatividad general. Al final de su trabajo relativista, Einstein concluyó que el espacio y el tiempo están distorsionados por la materia y la energía, y que esta distorsión es la responsable de la gravedad que nos mantiene en la superficie de la Tierra, la misma que mantiene unidos los planetas del Sistema Solar girando alrededor del Sol y también la que hace posible la existencia de las galaxias.

Nos dio un conjunto de ecuaciones a partir de los cuales se puede deducir la distorsión del tiempo y del espacio alrededor de objetos cósmicos que pueblan el universo y que crean esta distorsión en función de su masa.  Se han cumplido 100 años desde entonces y miles de físicos han tratado de extraer las predicciones encerradas en las ecuaciones de Einstein (sin olvidar a Riemann) sobre la distorsión del espaciotiempo.

Un agujero negro es lo definitivo en distorsión espaciotemporal, según las ecuaciones de Einstein: está hecho única y exclusivamente a partir de dicha distorsión. Su enorme distorsión está causada por una inmensa cantidad de energía compactada: energía que reside no en la materia, sino en la propia distorsión. La distorsión genera más distorsión sin la ayuda de la materia. Esta es la esencia del agujero negro.

Si tuviéramos un agujero negro del tamaño de la calabaza más grande del mundo, de unos 10 metros de circunferencia, entonces conociendo las leyes de la geometría de Euclides se podría esperar que su diámetro fuera de 10 m / π = 3’14159…, o aproximadamente 3 metros. Pero el diámetro del agujero es mucho mayor que 3 metros, quizá algo más próximo a 300 metros. ¿Cómo puede ser esto? Muy simple: las leyes de Euclides fallan en espacios muy distorsionados.

Cuando el espacio se curva, tenemos que acudir a la geometría que Einstein le pidió prestada a Riemann para formular su Relatividad general.

emilio silvera

El origen y desarrollo de las galaxias es una cuestión bastante compleja que, a su vez, genera uno de los problemas que se enfrenta la teoría del Big Bang. Observamos un universo contemporáneo muy poco homogéneo y de aspecto granulado. La densidad media de las galaxias es significativamente superior que las del espacio que las separa, alrededor de un millón de veces. Existen grandes variaciones entre las temperaturas del cosmos: el fondo del cielo está a 2,7º K, mientras que ciertos núcleos estelares alcanzan varios miles de millones de grados. Todo esto no refleja la situación del universo primigenio. El cocimiento primitivo es de que éste era extremadamente isotermo. De ello nacen una multiplicidad de interrogantes. La primera que se me viene es ¿Cómo pasó el universo del anterior estado homogéneo al actual observado muy poco homogéneo? ¿Cómo es que se fueron formando las galaxias en medio de la cazuela primigenia o primordial? ¿Por qué se formó la grumocidad que se observa en el espacio primario? Muchas de estas interrogantes -no todas- han sido fundamentales para que encuentren cabida nuevas teorías, no solamente para explicar el origen de las galaxias, sino que también el del mismísimo universo.

En el marco de la teoría del Big Bang, las semillas de las galaxias fueron sembradas cuando tiempo, espacio, energía y materia estallaron en una gran explosión hace unos 15.000 millones de años. Los físicos sólo pueden especular acerca de la dinámica y la distribución de la materia primigenia, pero una cosa es virtualmente cierta: el universo hoy, se encuentra en partes cubierto por grande acumulaciones de gases o estrellas, como si flotaran dentro de un espacio de apariencias oscuras, y que se encuentran flojamente unidas por la fuerza de la gravedad. Fue de esas crisálidas cósmicas –llamadas protogalaxias– de donde han emergido las bellas galaxias que hoy observamos. Exactamente cómo fueron formadas las protogalaxias es uno de los debates siempre presente dentro del seno de la comunidad de estudiosos del cosmos.

Una de las explicaciones para la formación de las protogalaxias nace de una consecuencia rigurosa con la física. Esta nos indica que es la gravedad el principal actor para que se formen esos objetos en el espacio. Un grumo primordial genera una atracción. La materia de su alrededores reacciona juntándose aumentando su masa e incrementando la gravedad. Este proceso se amplifica por sí mismo, al igual como se comporta una bola de nieve cuando se desprende en caída desde los altos de una montaña. Así habrían nacido las galaxias del cielo y, si se quiere, con agujeros negros incluidos en sus núcleos centrales. A este modelo de explicación sobre el origen de las galaxias se le suele llamar «modelo de jerarquía gravitacional».

En el proceso que hemos descrito para el embrionaje de las galaxias en el universo es necesario hacer una precisión. No existía ninguna posibilidad de que aquello se pudiese haber llevado a cabo si la materia hubiese sido absolutamente homogénea, ya que cada partícula, atraída de igual manera por todas las que la rodean, permanece en el estado inicial. Pero ello cambia, cuando la materia incrementa levemente su densidad por sobre el medio circundante, lo que hace que se genere un proceso de atracción y, de ahí, a la constitución de las protogalaxias.

Un escenario verosímil, para darle cabida a nuestra teorización anterior, lo podemos describir dándole trabajo a nuestra imaginación. Pensemos que la materia primigenia haya albergado pequeñas fluctuaciones de densidad (espacios donde la densidad es un poco más elevada que la media). Aquellos espacios más densos, en consecuencia, con una mayor gravedad, atraen a la materia circundante. Ésta, primero se les aproxima y, luego se les une, lo que incrementa sus volúmenes de densidad como asimismo sus capacidades de atracción. Se trataría de un efecto semejante al de la «bola de nieve», en el cual los espacios más densos vacían progresivamente las regiones más livianas, acentuando continuamente los contrastes de densidad de la masa de la material primigenia. Serían los causantes del nacimiento de todas las grandes estructuras que cohabitan el universo.

La presencia de esos espacios embrionarios debería manifestarse dentro de un plazo breve en la evolución del universo. Sus huellas deberían ser distinguibles en la radiación cósmica de fondo uno de los problemas que siempre rondaba a la teoría del Big Bang.

En marzo de 1992, el satélite norteamericano denominado COBE detectó las primeras evidencias de disparidad térmica en la radiación cósmica. En ello, por fin, se logra distinguir variaciones de temperatura, al nivel de una parte por cien mil. Se había encontrado los gérmenes de las grandes estructuras del cosmos. Si el fluido hubiese sido más homogéneo, un problema significativo estarían abordando los teóricos.

En principio, esta idea aparece bastante encajable, ya que entrega una explicación adecuada para la generación de las galaxias en el espacio intergaláctico y, por ende, también la aparición de las estrellas en las galaxias. Pero hay un problema… Cómo se genera en el universo primigenio espacios de inhomogeneidades más densos. Se trata, por ahora, de un problema sin recursos para enfrentarlo.

Retomemos el computador y sometamos al modelo de jerarquía gravitacional a simulaciones de cúmulos irregulares en un universo en expansión. Dispongamos en posiciones iniciales 10 mil a 10 millones de puntos de masa, cada uno en representación de una galaxia o porción de una galaxia; programemos una velocidad centrífuga inicial correspondiente a la expansión del universo, y dejemos que interactúen mediante su gravedad mutua. Agreguemos materia oscura y materia faltante, conformando alguna fracción supuesta de la masa total y distribuyéndola de alguna forma también supuesta. Veremos que las hipotéticas galaxias se desplazan por la pantalla del monitor del computador, gravitando una hacia la otra y formando aglomeraciones, cúmulos y vacíos. Ahora, añadamos los efectos de la presión del gas a estas simulaciones computacionales. A continuación veremos que tales efectos –que surgen, en parte, de que las galaxias individuales no constituyen puntos de masa sino que tienen una extensión finita en el espacio– son relevantes sobre distancias de 100 millones de años luz, y menores. Sobre los cálculos de este escenario computacional, también se puede llegar a concluir que los cúmulos irregulares de materia inicialmente inferiores a unas mil veces la masa visible de una galaxia no son capaces de mantenerse unidas bajo los efectos de la radiación.

Otra de las tesis sobre el origen de las galaxias que también se estudia con el objetivo de arribar a una conclusión es la que se denomina el «modelo panqueque», desarrollado en Moscú a comienzos de la década de 1970 por Y. B. Zel’dovich, A. G. Doroshkevich y otros. En este modelo, los primeros cúmulos irregulares de masa que comenzaban a formarse eran muy grandes y, por supuesto, había muchos. A medida que se enfriaban iban colapsando bajo su propio peso, y la desintegración tendía a ser más rápida en una dirección. El resultado sería un delgado panqueque de gas, que luego se dividiría en múltiples fragmentos, cada uno de los cuales constituiría una galaxia individual. En esta imagen, las galaxias tenderían a estar distribuidas en capas, siguiendo la forma de su nube de gas materna.

La tesis de la jerarquía gravitacional es un modelo de abajo hacia arriba para la formación de estructuras cósmicas, en que primero se forman pequeños cúmulos irregulares de materia que van creciendo cada vez más. En el modelo del panqueque, por el contrario, primero se forman grandes condensados de materia que luego se dividen en estructuras más pequeñas. En otras palabras, primero galaxias y después cúmulos o primero cúmulos y después galaxias.

Ahora bien, cualquier modelo sobre la formación de estructuras debe explicar la distribución observada de las galaxias. En especial, los cosmólogos deben explicar por qué muchas galaxias están situadas en capas relativamente delgadas (aquí, «delgadas» significa que el ancho es muy inferior a la altura o la profundidad, a pesar de que ese ancho pueda ser de un millón de años luz). El modelo del Big Bang supone que la gravedad es la fuerza principal para determinar la evolución y la estructura del universo. Y la opinión convencional sostiene que la gravedad produce por sí misma rasgos que varían con fluidez en las localizaciones de las masas, con anchos, alturas y profundidades comparables para cualquier agrupamiento de galaxias. Según esta perspectiva, se necesitan otros fenómenos físicos o condiciones iniciales especiales para obtener características definidas en la distribución de la masa, como las cuerdas o las capas delgadas de galaxias.

También a través de las simulaciones computacionales se demuestra que las características definidas pueden en efecto presentarse si las inhomogeneidades iniciales son suficientemente pronunciadas en fragmentos pequeños y distancias breves. Lo anterior, dio cabida para desarrollar otra versión del modelo de jerarquía gravitacional, a través de la utilización de varios millones de puntos de masa, a la cual se ha denominado «modelo de la materia oscura fría».

El modelo de la materia oscura fría, que intenta explicar la formación de galaxias y otras estructuras de gran escala, se basa en el modelo del universo inflacionario (lo veremos en un capítulo posterior), que exige que W sea igual a 1 y que especifica las inhomogeneidades iniciales en el universo recién creado. El nombre del modelo proviene del supuesto que las partículas de materia oscura -cualquiera sea su naturaleza- se desplazan lentamente, es decir están frías, y por ello son fácilmente desviadas por la gravedad. Muchos teóricos que trabajan en el problema del origen de las galaxias y de la estructura en gran escala del universo han adoptado el modelo de la materia oscura fría como punto de partida.

Sin embargo, las observaciones no han sido un buen aliado de este modelo, ya que de ellas se extraen más de un argumento como para dudar de su viabilidad. Del catastro confeccionado sobre unas dos mil galaxias en el cual se combinan la información del desplazamiento al rojo, la posición tridimensional y una amplia cobertura del cielo, se infiere la existencia de más aglomeraciones de galaxias en escalas que superan por 30 millones de años luz lo que puede explicar el modelo de la materia oscura fría. Estas observaciones de inhomogeneidades sustanciales en gran escala vienen a ratificar trabajos anteriores de descubrimientos de cúmulos de galaxias a escalas de varios cientos de millones de años luz, que muestran mayor acumulación que la que podría explicar el modelo de la materia oscura fría. También el descubrimientos de El Gran Atractor, comprende inhomogeneidades de masa en escalas para las que el modelo de la materia oscura fría ya no es válido. Considerando todas estas observaciones, es legítimo pensar que este modelo está hoy en serias dificultades.

Otra versión explicativa sobre el origen de las galaxias, es aquella que recurre a extensas ondas de choque, la que podría ser denominada como «el modelo de las explosiones cósmicas». Ésta, parte de la premisa de que los gases primordiales se encontraban, entonces, repartidos en forma uniforme y que requirieron de alguna fuerza exógena para iniciar la evolución de gases a protogalaxias.

En un escenario, un número reducido de estrellas se formaron a partir de las regiones más densas de gas que comportaba el cosmos primigenio. Las más masivas de esas estrellas explosionaron como supernovas, creando cataclísmicas ondas de choque que empujaron los gases circundantes en densas nubes. Y, es a partir de esas nubes, es que las estrellas se fueron formando y constituyendo las modernas galaxias que hoy observamos. Pero, por lo visto, ni siquiera esta explicación no gravitacional puede aclarar las inhomogeneidades que se observan en el universo contemporáneo en escalas de hasta 30 millones de años luz y mayores.

Un enfoque más nuevo sitúa a las llamadas supercuerdas en el centro de las turbulencias que dan nacimiento a las protogalaxias. Aunque nunca se han podido observar, pero existen algunas evidencias indirectas como para dar la cabida a que podrían haber existido, las supercuerdas se encuentran insertas en las predicciones del Big Bang. En teoría, son filamentos residuales de los instantes primarios del universo que podrían haber tenido la forma de invisibles rizos o bucles vibrantes muy pequeños pero con una enorme cantidad de energía almacenada en ellos. Puesto que las cuerdas no se habrían expandido con el resto del universo, serían increíblemente densas y masivas, con un peso que un trocito de un centímetro de largo y una trillonésima del grueso de un protón pesaría tanto como un macizo cordillerano. Lo más importante es que oscilarían a velocidades cercanas a la de la luz, perdiendo tanta energía que acabarían disolviéndose. Esta emisión de energía pudo crear ondas de choque que luego comprimieran los gases circundantes, haciendo que se formaran cúmulos estelares y protogalaxias.

Las galaxias remotas nubes de gas primordial (espiraladas unas, elípticas otras) son sistemas estelares externos, muchas muy semejantes a la Vía Láctea, son el crisol para la formación de estrellas, planetas, la materia y el mismísimo tiempo.

Otro enfoque nuevo sobre el origen de las galaxias es aquel que sitúa a los agujeros negros como responsables de la formación de éstas en el universo, es lo último que circula dentro del ámbito de las ciencias del cosmos. Como partida para formular esta nueva idea se retoma, en parte, la hipótesis sobre la posible existencia de agujeros negros en el núcleo de las radiogalaxias y de conjeturas que se pueden extraer de los estudios y análisis de las últimas observaciones que se han realizado a los quásares que se han podido ubicar en el cielo. En la conferencia N° 189, celebrada en enero de 1997, de la Asociación Astronómica Americana, un grupo de científico planteó que los gérmenes de las galaxias no nacen simultáneamente, en un pasado de 15.000 millones de años, a partir de un misteriosa explosión de energía concentrada en un punto infinitesimal de la nada. Consideran que el hecho de haber concitado una aceptación mayoritaria el origen del universo a partir de un átomo primigenio sólo ha servido para opacar controversias más racionales, como el porqué de ese estallido o hasta dónde era fiable tan rotunda perspectiva. Para ellos, los gérmenes de formación de galaxias corresponden a una recreación de formación continua y que no se cocinaron todos de golpe en una fragua cósmica de hidrógeno y helio. Su formación se debería a un proceso prácticamente permanente pero con chispazos dispares, como ocasionales chisporroteos de un leño ardiente o explosiones aleatorias semejantes a la de los fuegos de artificio. Ello explicaría la distinta densidad que se observa en las galaxias y la factibilidad de que exista un masivo agujero negro, casi, en cada núcleo de los centros de cada una de ellas. Pero esta propuesta va más allá de una nueva explicación para la formación de las galaxias. En efecto, ella conlleva más de una implicancia cosmológica. Calculan que esta versión explicativa, que es parte de otras propugnaciones que conforman una versión alternativa al «viejo Big Bang», abarcó un período de miles de millones de años, un tiempo tan extenso como la mitad de la edad que se ha estimado para el universo en función del modelo del Big Bang.

Las evidencias más serias sobre la posible existencia de los agujeros negros se han encontrado en el centro de nuestra propia Vía Láctea. En efecto, los astrónomos alemanes Andrea Eckart y Reinhard Genzel del Instituto de física Max Planck, en octubre de 1996, anunciaron que habían registrado una seria evidencia sobre la posibilidad de la existencia de un agujero negro en el centro del núcleo de la galaxia. Un equipo de astrónomos liderados por Genzel monitoreó los movimientos de 39 estrellas cercanas al núcleo galáctico con el objeto de estudiar cual era la naturaleza de sus movimientos que desarrollaban alrededor del centro de la galaxia. El equipo logró determinar que esas 39 estrellas comportaban un movimientos circular entorno al núcleo de la galaxia, lo que invita a pensar en la existencia de un objeto tremendamente masivo en el centro. Si las órbitas que describen esas estrellas fueran irregulares, entonces estaríamos pensando en la existencia de un objeto central de características poco masivas. El comportamiento gravitatorio de esas 39 estrellas, permite determinar que éstas orbitan un objeto de una masa aproximada de 2,5 millones de veces mayor que el Sol. Este objeto, se encuentra cerca de una fuente poderosa de radio, que se le conoce como Sgr Un+ y ello, puede ser considerado de hecho, como una muy buena adicional evidencia para estimar que el objeto que condiciona el comportamiento gravitatorio de esa estrellas cercanas al centro galáctico es un masivo agujero negro.

Por otra parte, recientes observaciones astronómicas permiten pensar de que se estaría confirmando la creencia de que los quásares son un fenómeno transitorio que le ocurre al núcleo, la parte central, de alguna galaxia, que los lleva a aumentar tremendamente su luminosidad, superando ampliamente a la de la galaxia entera. Se cree que por colisiones estelares y aglomeraciones de materia en el centro mismo de la galaxia, se puede ir condensando materia en gran cantidad, y que llegado el caso, la fuerza gravitatoria de ella no puede ser equilibrada con ninguna fuerza conocida en el universo y ese objeto masivo del núcleo colapsa para formar un agujero negro.

Describir a los quásares en lo forma como lo hemos hecho anteriormente, como si en el fondo fueran una especie de aglomeración de materia estelar ardiendo como tizones en la boca de un agujero negro, no basta para entender qué son. Las observaciones recientes dan cabida para pensar que los quásares podrían ser galaxias jóvenes o en formación y, por lo consiguiente, como se estaría pensando como una generalidad para casi todas las galaxias, éstos comportarían un núcleo supermasivo en su interior: un agujero negro hecho de restos de millones de estrellas, y devorando todavía el material suelto que se encuentra disperso que al caer en sus fauces emite un haz suprabrillante que, sin embargo, la luz de él que llega a la Tierra es debilísima, tanto que los antiguos telescopios tenían serias dificultades para detectarla. Pero los quásares en sí despiden fuertes ondas luminosas a través del espacio, parte de sus rayos son absorbidos por nubes de gas que están en su ruta. Esto fue lo que hizo que teóricos como Arthur Wolfe, de la Universidad de California, pensaran en usar a los quásares como si fueran faros o linternas para ubicar posibles focos de formación de protogalaxias. Tesis que confirmó el astrónomo Charles Steidel en el año 1991, con sus trabajos realizados en Chile al descubrir veinte potenciales galaxias bebés, llegándose a la fecha a una cantidad que supera las ciento cincuenta en diferentes fases de evolución.

En esta idea sobre los quásares, podemos concluir que éstos, entonces, formarían una notable población de galaxias en germinación o ya en un estado de jóvenes y que, por las observaciones, se encuentran ubicados a centenares de millones, incluso miles de millones de años luz de la Tierra. No existen en las proximidades de nuestra galaxia. Muy por el contrario, cuanto más distante miramos, más quásares encontramos. El máximo de su población se sitúa entre diez y catorce mil millones de años luz. Los vemos tal como se presentaban en un período en que el universo sólo tenía el 20% de la edad que estimamos en función del modelo del Big Bang.

Pero las observaciones también nos indican que, más allá de catorce mil millones de años luz, su población decrece rápidamente. Parece que los quásares fueran una fase juvenil de la evolución de ciertas galaxias. Se encienden y brillan con todo su resplandor, y se van extinguiendo cuando las galaxias envejecen.

Lo anterior conlleva consecuencias cosmológicas importantes. Implica que todas estas galaxias-quásares nacieron al mismo tiempo, poco después del Big Bang, sino cómo se podría explicar que ellas sean observadas, únicamente, dentro de los límites precisos de distancias cósmicas y que lo que hoy observamos de ellas es parte de una historia determinada por las distancias. Estas conclusiones no nos separan del Big Bang, muy por el contrario, se encuentran en plena consecuencia con esa teoría y son pruebas convincentes de ella.

El gráfico de la izquierda muestra la cantidad de quásares observados por unidad de volumen en función de la edad del universo. Los quásares están concentrados en un sector de distancia bien delimitado. Esta zona corresponde a un período en que el universo tenía entre uno y tres mil millones de años. La concentración en el espacio lo confirma: el aspecto del universo cambia con el paso del tiempo.

Por otra parte, y retomando la idea de agujeros negros recicladores galácticos, de quince galaxias cercanas, el estudio de las observaciones de ella entrega antecedentes para pensar que catorce de ellas se comportan siguiendo el modelo de influencia gravitacional de un agujero negro. De ahí se desprenden los anuncios de la tesis de que el comportamiento de los agujeros negros tiene directa vinculación con la evolución de cada una de las galaxias en que se encontrarían insertos. Se estima además, que los agujeros negros son la fuente de energía de los que se denominan quásares fósiles, sobrevivientes de un matrimonio de peligrosos intercambios. Es que en esa condición que se da para la materia ocurre algo muy difícil de explicar: el tiempo y el espacio (tal como lo conocemos) dejan de existir, fluyen en una sola dirección y, como una albóndiga subatómica, se zambullen en una dimensión desconocida la que ha sido bautizada por los físicos teóricos como el «horizonte de sucesos».

Para esta nueva hipótesis, el valor científico de los agujeros negros parece residir en que su estudio permitiría saber cómo se formaron (y se forman) las galaxias, pero además entregarían antecedentes importantes para comprender la historia del cosmos. “Cuando lleguemos a conocer los agujeros negros, comprenderemos el origen del mismísimo universo”, han señalado los astrónomos Mitchell Begelman, de Estados Unidos, y sir Martin Rees, de Gran Bretaña. Sostienen esta afirmación indicando que “los agujeros negros demuestran que la fuerza de gravedad es la mayor de todas las fuerzas cósmicas” y asumen la clasificación de estos objetos en dos grupos como ha señalado el Dr. Douglas Richstone, de la Universidad de Michigan : los galácticos, cuya masa podría equivaler a 3.000 millones de soles insertos en un reducido espacio no mayor que el que ocupa nuestro sistema planetario, y los estelares, muy pequeños, de unos pocos kilómetros de diámetro. Estos últimos serían los más fáciles de captar y, por tanto, los que más servirían para esclarecer cómo nacen, viven y mueren las estrellas. En cuanto a los grandes agujeros negros, ocultos en el centro de las galaxias, su forma detectada de actuar daría cabida para pensar en una preeminencia de ellos dentro de todo el proceso estelar del universo, dado el tremendo poder que demuestran, como lo estaría indicando el hallazgo de uno en el corazón del sistema M87, el cual se ha podido distinguir una parte de su forma de actuar: como un horno de ladrillos refractarios, la energía liberada por la que cae adentro produce un chorro centrífugo de electrones en espiral, remolinos de gas candente que se expanden más allá de los 500 años luz. Para resumir la idea del poder de estos intrigantes objetos estelares: los agujeros negros recientemente descubierto en las constelaciones de Virgo y Leo pesarían del orden de los cien soles cada uno.

Pero hay algo más que predicen estos científicos sobre los agujeros negros. Cuando estos objetos estelares chocan, el desastre debe inundar el cosmos con radiación gravitacional, señalan. Las ondas crearían olas en el mismo tiempo espacial. Harían que el espacio se contrajera o expandiera. Esto nunca se ha detectado en ningún tipo de fósil u otra manera, pero se está desarrollando un proyecto para concretarlo en el año 2001 de un sistema de espejos que permitiría el monitoreo para detectar una onda de esta procedencia y naturaleza. Pero la idea lleva a explicar la actual expansión observada del universo.

¿Serán los agujeros negros los causantes principales del origen de las galaxias y de la estructura a gran escala del universo? ¿La materia devorada por un hoyo saldría reciclada por otro? No lo sé, pero la idea general de la tesis sobre la función que cumplirían los agujeros negros viene a ser como una forma de otorgarle a una de las fuerzas que se conocen que operan en el universo, en este caso la gravedad, como preeminente del comportamiento evolutivo del cosmos y, a su vez, también la causante del final de éste. Según estos científicos, la actual era estelífera durará más de 100 mil millones de años, y luego atravesará una larga fase de degeneración material para arribar al imperio liquidador de los agujeros negros y desaparecer, al fin, como resaca de átomos desgajados, en un vacío absoluto. Pero y, cómo partió todo. Aunque realmente sean los agujeros negros los crisoles de las galaxias, eso no explica en nada como se dio la materia en el universo, o cómo realmente se forman los agujeros negros antes de iniciar su papel de expandidor, depredador, reciclador y exterminador estelar. Si embargo, merece reconocimiento la idea de los agujeros negros, como medio para sustentar científicamente una mayor preeminencia para la fuerza gravitatoria que es la que el hombre conoce desde más antiguo y la que menos comprende.

Por otra parte, aun cuando sea una tesis aceptable que las galaxias no nacieron todas juntas en un “paripaso” con la gran explosión sino durante el transcurso de miles de millones de años y que veamos nacer nuevas estrellas cada año en nuestra galaxia lo que invita a pensar que la creación continúa, ello no significa colocar en aprietos a la teoría del Big Bang como han manifestado los científicos que se encuentran propugnando esa nueva versión sobre el origen de las galaxias. Una teoría está en dificultades cuando sus predicciones no coinciden con los resultados de laboratorio o con las observaciones. Ese caso no se da para el Big Bang. Cada vez que se ha dado la posibilidad de contar con mediciones fiables, éstas no han sido contradictorias en su esencia a los cálculos predeterminado. La radiación fósil y la nucleosíntesis primigenia son ejemplos más que convincentes que lo garantizan.

Pero, de todas manera, es necesario reconocer que el origen de las galaxias presenta dificultades al modelo del Big Bang. Una de ellas se refiere al poco tiempo que ha transcurrido para que se hayan formado toda la inmensa cantidad de cúmulos galácticos que somos capaces de observar.

No se tienen buenas explicaciones como para describir la razones que dan origen a que la materia galáctica se pueda condensar dentro de un medio que se expande. Recordemos que es la densidad la que controla la velocidad de alejamiento. Si el universo no fuera lo suficientemente denso como parece que lo es, se dilataría rápidamente sin que nada lo frenara. En consecuencia, no podríamos estar escribiendo esta historia ya que no tendría galaxias y, por ende, no existiría nuestra vapuleada Tierra. Sin embargo, el universo tiene la densidad mínima como para que la expansión haya sido paulatinamente frenada por la gravedad y el mecanismo germinador se haya puesto en marcha. Ahora, es muy distinto explicarse como sucedió.

Sobre lo anterior, debemos considerar que al margen de la expansión existe otro elemento que se opone al proceso de germinación galáctico, como es el caso de la presión térmica. Ambos elementos juntos generan el efecto de «diluyente espacial». Nuestros conocimientos nos indican que deberíamos estar frente a un crecimiento laborioso y lento. Se necesita tiempo, muchísimos tiempo, como para que se hubiese transformado una sobredensidad ínfima en una refulgente galaxia. Entre el Big Bang y hoy el tiempo transcurrido es insuficiente para llevar a cabo esa operación. Aquí, si que se debe considerar que se está en un problema, máxime si consideramos que las galaxias un vez formadas como volúmenes individuales no se encuentran en expansión endógena. La tendencia a la dilatación, una vez que éstas se han formado, ha desaparecido. Se ha establecido un equilibrio en ellas entre la gravedad y su rotación. Las fuerzas internas les asegura ahora una estabilidad que las sustraen del movimiento general del universo.

Precisemos lo anterior para alcanzar una mejor comprensión. Partamos, para ello, sustituyendo la escala de tiempo por una de temperatura, más apropiada para describir los fenómenos físicos. Descartemos la posibilidad de que las galaxias pudieron haberse formado en los primeros instantes del universo, ya que la radiación intensa que se debió haber dado en esos momentos cósmicos debió haber horquillado con éxito los esfuerzos de la fuerza de gravedad, impidiendo con ello la acumulación de materia. Visto de otra forma, nada ocurre cuando la opacacidad del universo impide la radiación fotónica. Por ello, es menester esperar al término de la era radiactiva. Ésta finaliza cuando el plasma de electrones y protones se transforma en hidrógeno, cuando la temperatura bordeaba los 3.000° K y se generaba la emisión de la radiación cósmica de fondo.

Es con 3.000° K que pudo empezar a sentirse los efectos de la contracción de la materia primigenia. Al principio, el embrión galáctico se distingue poco del medio circundante. Su campo de gravedad es muy débil; la acumulación de materia se desarrolla dentro de un lento proceso. Esta primera etapa de densificación, llamada «fase lenta», llega a su término cuando la densidad local, más o menos, alcanza a duplicarse. Con posterioridad, se desata un efecto de «bola de nieve» que acelera el proceso hasta llegar a la formación de galaxias, con densidades de un millón de veces superiores a la de los medios intergalácticos. Se trata de lo que se llama «fase rápida».

De entre estas dos fases es la lenta la que presenta problemas para el modelo del Big Bang. En efecto, utilizando un resultado simple de la física queda demostrado que el contraste de densidad aumenta proporcionalmente a la caída de la temperatura de la radiación cósmica de fondo. Mientras que la temperatura cae en un factor de diez, el contraste se incrementa en un factor de diez. Lo anterior, no se condice con las cifras que se manejan de 3.000° K para el momento de la emisión de la radiación cósmica y sus casi 3° de hoy, lo que representa que la temperatura de la radiación cayó en un factor de mil, lo que implica que la sobredensidad generadora de galaxias sólo se habría podido acrecentar, en el mejor de los casos, en un factor de mil, lo que a la vista, es toda una contradicción. Más aún, el problema se complica cuando se observan galaxias nacidas menos de mil millones de años después del Big Bang, en que su formación debió haber acaecido bajo una temperatura cósmica de unos quince grados, pero la temperatura entonces solamente había caído desde la emisión de la radiación cósmica en un factor 3.000/15 = 200.

Ahora ¿por qué el problema? Bueno, como se explica el hecho de que las sobredensidades de la radiación cósmica de fondo no sobrepasan las cienmilésimas y, si las multiplicamos por mil, ¡apenas deberían superar hoy una centésima! O sea, no podríamos estar escribiendo esta historia, ya que la fase lenta todavía no habría terminado y, por consiguiente, no se hubiesen formado aún las galaxias. Pero estamos vivos y coleando escribiendo este cuento y las galaxias se ven cada noche en el cielo y están ahí desde hace mucho…

Por otro lado, aunque admitamos, condicionados por las observaciones, las burbujas, las murallas y los filamentos de galaxias, no debemos olvidar que el universo todavía es notablemente regular, comparado con lo que podría ser. La densidad de las galaxias y la velocidad de expansión del universo son más bien similares en toda dirección. Y la intensidad de la radiación cósmica de fondo que nos llega varía menos de una parte en diez mil a medida que nuestros radiotelescopios recorren la esfera celestial. Por supuesto que los cosmólogos deben explicar por qué las galaxias se acumulan como lo hacen, pero también deben explicar por qué el panorama global es tan uniforme.

Finalmente, si nos ceñimos a lo que hemos descrito aquí, entonces tenemos que concluir que el efecto gravitatorio por sí solo no es suficiente, ya que sería muy lento. Otro factor debe de intervenir para acelerar el proceso. Pero, ¿cuál puede ser?

Texto extraído de Astrocosmo

En lo concerniente a cambios y transformaciones, el que más me ha llamado siempre la atención es el de las estrellas que se forman a partir de gas y polvo cósmico. Nubes enormes de gas y polvo se van juntando. Sus moléculas cada vez más apretadas se rozan, se ionizan y se calientan hasta que en el núcleo central de esa bola de gas caliente, la temperatura alcanza millones de grados. La enorme temperatura hace posible la fusión de los protones y, en ese instante, nace la estrella que brillará durante miles de millones de años y dará luz y calor. Su ciclo de vida estará supeditado a su masa. Si la estrella es supermasiva, varias masas solares, su vida será más corta, ya que consumirá el combustible nuclear de fusión (hidrógeno, helio, litio, oxígeno, etc) con más voracidad que una estrella mediana como nuestro Sol, de vida más duradera.

Una estrella, como todo en el universo, está sostenida por el equilibrio de dos fuerzas contrapuestas; en este caso, la fuerza que tiende a expandir la estrella (la energía termonuclear de la fusión) y la fuerza que tiende a contraerla (la fuerza gravitatoria de su propia masa). Cuando finalmente el proceso de fusión se detiene por agotamiento del combustible de fusión, la estrella pierde la fuerza de expansión y queda a merced de la fuerza de gravedad; se hunde bajo el peso de su propia masa, se contrae más y más, y en el caso de estrellas súper masivas, se convierten en una singularidad, una masa que se ha comprimido a tal extremo que acaba poseyendo una fuerza de gravedad de una magnitud difícil de imaginar para el común de los mortales.

Para hacernos una idea y entender algo mejor la fuerza de gravedad que puede generar la singularidad de un agujero negro (que es el destino final las estrellas súper masivas), pongamos el ejemplo de un objeto más cercano, el planeta Tierra.

La Tierra, un objeto minúsculo en comparación con esos objetos súper masivos estelares, genera una fuerza de gravedad que, para escapar de ella, una nave o cohete espacial tiene que salir disparado desde la superficie terrestre a una velocidad de 11¢18 km/s; el sol exige 617’3 km/s.  Es lo que se conoce como velocidad de escape, que es la velocidad mínima requerida para escapar de un campo gravitacional que, lógicamente, aumenta en función de la masa del objeto que la produce. El objeto que escapa puede ser una cosa cualquiera, desde una molécula de gas a una nave espacial. La velocidad de escape de un cuerpo está dada por , donde G es la constante gravitacional, M es la masa del cuerpo y R es la distancia del objeto que escapa del centro del cuerpo. Un objeto que se mueva con una velocidad menor que la de escape entra en una órbita elíptica; si se mueve a una velocidad exactamente igual a la de escape, sigue una órbita parabólica, y si el objeto supera la velocidad de escape, se mueve en una trayectoria hiperbólica y rompe la atadura en que la mantenía sujeto al planeta, la estrella o el objeto que emite la fuerza gravitatoria.

La mayor velocidad que es posible alcanzar en nuestro universo es la de la luz, c, velocidad que la luz alcanza en el vacío y que es de 299.793’458 km/s.

Pues bien, es tal la fuerza de gravedad de un agujero negro que ni la luz puede escapar de allí; la singularidad la absorbe, la luz desaparece en su interior, de ahí su nombre, agujero negro, cuando la estrella supermasiva se contrae, llega a un punto que desaparece de nuestra vista. De acuerdo con la relatividad general, cabe la posibilidad de que una masa se comprima y reduzca sin límites su tamaño y se auto confine en un espacio infinitamente pequeño que encierre una densidad y una energía infinitos. Allí, el espacio y el tiempo dejan de existir.

Las singularidades ocurren en el Big Bang, en los agujeros negros y en el Big Crunch (que se podría considerar como una reunión de todos los agujeros negros generados por el paso del tiempo en el universo y que nos llevará a un fin  que será el nuevo comienzo).

Las singularidades de los agujeros negros están rodeados por una circunferencia invisible a su alrededor que marca el límite de su influencia. El objeto que traspasa ese límite es atraído, irremisiblemente, hacia la singularidad que lo engulle, sea una estrella, una nube de gas o cualquier otro objeto cósmico que ose traspasar la línea que se conoce como horizonte de sucesos del agujero negro.

La existencia de los agujeros negros fue deducida por Schwarzschild, en el año 1.916, a partir de las ecuaciones de Einstein de la relatividad general. Este astrónomo alemán predijo su existencia, pero el nombre de agujero negro se debe a Wehleer.

Así, el conocimiento de la singularidad está dado por las matemáticas de Einstein y más tarde por la observación de las señales que la presencia del agujero generan. Es una fuente emisora de rayos X que se producen al engullir materia que traspasa el horizonte de sucesos y es atrapada hacia la singularidad, donde desaparece para siempre sumándose a la masa del agujero cada vez mayor.

En el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, ha sido detectado un enorme agujero negro, ya muy famoso, llamado Cygnus X-1.

Después de todo, la velocidad de la luz, la máxima del universo, no puede vencer la fuerza de gravedad del agujero negro que la tiene confinada para siempre.

En nuestra galaxia, con cien mil años luz de diámetro y unos doscientos mil millones de estrellas, ¿cuántos agujeros negros habrá?

Para mí, la cosa está clara: el tiempo es imparable, el reloj cósmico sigue y sigue andando sin que nada lo pare, miles o cientos de miles, millones y millones de estrellas súper masivas explotarán en brillantes supernovas para convertirse en temibles agujeros negros.

Llegará un momento que el número de agujeros negros en las galaxias será de tal magnitud que comenzarán a fusionarse unos con otros hasta que todo el universo se convierta en un inmenso agujero negro, una enorme singularidad, lo único que allí estará presente: la gravedad.

Esa fuerza de la naturaleza que ahora está sola, no se puede juntar con las otras fuerzas que, como se ha dicho, tienen sus dominios en la mecánica cuántica, mientras que la gravitación residen en la inmensidad del cosmos; las unas ejercen su dominio en los confines microscópicos del átomo, mientras que la otra sólo aparece de manera significativa en presencia de grandes masas estelares. Allí, a su alrededor, se aposenta curvando el espacio y distorsionando el tiempo.

Esa reunión final de agujeros negros será la causa de que la Densidad Crítica sea superior a la ideal. La gravedad generada por el inmenso agujero negro que se irá formando en cada galaxia tendrá la consecuencia de parar la expansión actual del universo. Todas las galaxias que ahora están separándose las unas de las otras se irán frenando hasta parar y, despacio al principio pero más rápido después, comenzarán a recorrer el camino hacia atrás.  Finalmente, toda la materia será encontrada en un punto común donde chocará violentamente formando una enorme bola de fuego, el Big Crunch.

Antes de que eso llegue, tendremos que resolver el primer problema: la muerte del Sol.

emilio silvera

Tycho era noble, rico y poderoso, y no seguía las ideas copérnicas. Kepler era de origen humilde, ferviente copérnico, siempre buscando (no con demasiado éxito) el amparo de reyes y aristócratas, no ya para poder trabajar en la ciencia que amaba, sino para simplemente vivir, alimentarse él y su familia, y sin embargo, a los ojos de la historia ambos constituyen un dúo inamovible. No fue porque compartiesen logros científicos, sino porque Brahe hubiera sido, acaso, mucho menos conocido para la posteridad de no haber sido por la relación, breve pero intensa, que mantuvo con Kepler, y porque éste seguramente no habría podido producir lo que fueron sus joyas científicas más preciosas sin acceder a los datos de las observaciones (en especial las de la trayectoria de Marte) de Brahe, el observador astronómico más importante en la era anterior a la invención del telescopio.

Brahe, con la ayuda del rey Federico II, construyó un centro astronómico: uraninburgo, en la isla Hveen de Dinamarca. Le sucedió al frente del mismo su ayudante en Praga J. Kepler que pronto, haciendo uso del material acumulado y sus propias investigaciones, publicó Astronomia Nova en el año 1609, donde presentaba sus dos primeras leyes del movimiento planetario. En 1619 publicó Harmonices Mundi y su tercera ley.

Y así llegamos a Galileo Galilei (1564 – 1642); la antítesis, en cuanto a estilo literario y método científico, de Kepler. Si este es, cuando se lee, la oscuridad, Galileo es la luz. Con él la fuerza de las ideas copérnicas se hizo tan patente que terminaría desencadenando acontecimientos sociales que arrastrarían con ellos al propio físico de Pisa.

Sus observaciones sacaron a la luz las deficiencias del universo aristotélico-ptolemaico. El que Galileo realizara tales observaciones resulta, en principio, sorprendente, ya que era un físico y su preocupación estaba centrada en el estudio del movimiento, por encontrar las leyes que regían fenómenos como la caída de un cuerpo esférico por un plano inclinado o el tiempo que tarda un péndulo en batir, y no un astrónomo. Sin embargo, todo cambió, su vida y a la postre, en más de un sentido, el mundo, cuando conoció la existencia de lentes (telescopios) que agrandaban las imágenes de objetos lejanos.

Construyó su propio telescopio que enfocó hacia la Luna y descubrió todas sus irregularidades con sus montañas y abismos, lo que describió en su libro Siderus Nuncius (1610). Ese mismo año estudió Júpiter y detectó 4 satélites y otras muchas cosas. Galilio adquirió una importante notoriedad.

En 1.632 se convirtió en una leyenda con la publicación de su obra inmortal, Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo, ptolemaico y coperniano, una obra maestra de la literatura científica. Escribió otros grandes libros y, en controversia con la Iglesia, finalizó sus días en arresto domiciliario, ya que la Iglesia negaba el movimiento del mundo alrededor del Sol.

Cuando antes me refería de pasada a mis lecturas, nombré a René Descartes (1596 – 1650), una de las grandes figuras del pensamiento de todos los tiempos. Casi todos le conocen por su condición de filósofo, pero se olvidan de que también contribuyó con su talento en el campo de las matemáticas, fisiología y física (especialmente en la dinámica, óptica, meteorología y astronomía), formando parte de la historia de esas disciplinas.

Según sus propias palabras, purificó el alberga, “desembarazándola” de “los múltiples números e inexplicables figuras que la abruman”. Sin duda, la aplicación más conocida de este enfoque fue en la geometría, con las coordenadas cartesianas, o geometría analítica, que presentó en La Géométrie, que apareció – junto a La Dioptrique y Les Météores – como uno de los apéndices de su obra más conocida, Discours de la Méthode (1.637).

Descartes, podemos decir sin ningún temor a equivocarnos que es merecedor de toda nuestra admiración, y con él (como con otros muchos) siempre estaremos en deuda.

Me he podido adaptar (mentalmente) en todas mis lecturas a la época del autor, en el tiempo en el que escribió el texto que ahora, muchos años después, podemos leer. Así, se puede comprender mejor lo que estamos leyendo, y sobre todo, resulta más fácil la simbiosis con el autor; lo que nos dice fluye dentro de nuestra mente con diáfana sencillez.

Es curioso observar la evolución de nuestros pensamientos, que a medida que adquirimos conocimientos, se van asentando en niveles superiores capaces de procesar en cada momento aquello que necesitamos, y para ello, obtiene múltiples y diversos datos que reúne en un todo para que exprese aquello que deseamos decir.

Llegará un día (si antes no lo estropeamos), en que la evolución nos llevará a convertirnos en pura energía pensante, seremos todo luz que, confundidos con el universo del que formamos parte, habremos completado el ciclo. Sabemos que nuestro origen está en las estrellas; allí nacieron los componentes de nuestros cuerpos, elementos complejos creados a partir de explosiones de supernovas. Desde allí hemos realizado un recorrido largo hasta llegar a ese punto del camino en el que fuimos conscientes de nuestro SER. Ahora continuamos (en un período joven aún) evolucionando para que, en algunos eones, podamos alcanzar la meta que nos aguarda.

Parece mentira que para algunos de nosotros, el tiempo que estamos aquí (lo que duran nuestras vidas) resulte largo o corto en función de la forma de pensar y de ver la vida.

Algunos, con 50 años ya están pensando en jubilarse (son viejos prematuros); se mira el recorrido de lo que han hecho durante toda su existencia y, desde luego, hay poco que contar. Sin embargo, otros de distinto carácter y forma de enfocar su tiempo, ni piensan en ese final o retirada del trabajo; son gente muy activa y creadora. Su recorrido está plagado de actividad y proyectos. Son incansables y, por supuesto, le sacan un buen provecho a sus vidas.

Tengo conocidos que están en los dos niveles, y al observar sus comportamientos me doy cuenta de la diversidad existente entre nosotros mismos que, de morfología y conformación física común y general, estamos divididos en entes muy distintos o dispares a niveles superiores a los de nuestro cuerpo.

Hay pensamientos íntimos que guardamos para nosotros y que, en contadas ocasiones, podemos expresar. En mi caso particular, me ocurre en esos momentos en los que, inmerso en el estudio de las maravillas de la física y del universo en general, siento, literalmente, cómo mi alma está fundida con aquello que, a distintos niveles, llamamos materia y fuerzas fundamentales; paso a formar parte integrante de todo ello y, confundido así con el universo mismo, lo puedo comprender mejor.

Podemos alcanzar estadios de inspiración o de espiritualidad que ya nos anuncia lo que será el futuro, cuando evoluciones. Con increíble claridad he podido ver en otros la bondad del SER bueno y puro. Con mucha más frecuencia veo cada día la fealdad maligna de muchos que disfrazan su verdadera condición con falsas sonrisas y actitudes engañosas que sólo buscan confundirnos, ahí agazapados, esperando nuestra distracción y falta de desconfianza para lanzar el zarpazo. Así es, de momento, la condición humana, desgraciadamente en un 90 por ciento.

Es tan grande el poder de nuestra mente que nada hay tan distante que no pueda traerse ante nosotros. Somos capaces ya de escrutar el espacio y vislumbrar los confines del universo en edades muy cercanas a su nacimiento y, merced a los microscopios, nos acercamos al universo atómico para explorar los componentes de la materia. Parece que nada podrá (con el tiempo) escapar a nuestro control, con lo que todo nuevo “mundo” se revelará a nuestro entendimiento.

Nunca estamos satisfechos de los logros alcanzados y siempre surgirán seres especiales (Copérnico, Kepler, Galileo, Hooke, Newton…) que nos guiarán por el camino iluminado de su genio para mostrarnos la auténtica sabiduría mediante un pensamiento evolutivo que siempre dará un paso adelante, superando así el pensamiento nuevo al anterior.

La prueba de ello la podemos encontrar en Newton y Einstein. ¿Quién puede dudar de la grandeza de Newton? La pregunta está contestada de antemano. Sin embargo, los ejemplos de la historia son muy elocuentes: Newton con su física, Leibniz con su metafísica, con sus principios filosóficos como el de la razón suficiente. Y la física ganó a la metafísica; Newton a Leibniz.

Durante mucho tiempo, espacio y tiempo se entendieron como entes absolutos, hasta que llegó Einstein con sus dos teorías de la relatividad, la especial y la general, y aunque los caminos que siguió para conseguirlos no fueron metafísicos, no podemos negar la intervención de un genio de inspiración superior que, a veces, nos puede llevar a pensar que, en algún sentido, finalmente Leibniz había sido en más acertado, ya que las teorías einstenianas pueden ser clasificadas dentro de un orden del pensamiento superior.

Así, la evolución continuó su camino imparable y el espacio y el tiempo absolutos de Newton, resultaron ser menos absolutos de lo que se pensaba; eran relativos y, además, eran una misma cosa, que a partir de ahí pasó a llamarse espacio-tiempo unidos y no separados. Así fue deducido por Minkouski al leer la teoría de Einstein.

Quiero mencionar en este punto a dos grandes newtonianos: Lagrange y Laplace.

La obra de Newton, como todas las grandes obras, fue discutida y sometida a estudios rigurosos, analizada y removida. La ciencia del genio, claro, permaneció al margen de todas las críticas para dejar de ser discutida y pasar a ser desarrollada.

Recordemos en este sentido la cumbre de la física y de las matemáticas del siglo XVIII que es la Méchanique analytique (Chez la Veuve Desaint, París 1.788), de Joseph-Louis Lagrange (1736 – 1813), un íntimo amigo de d’Alembert, en la que la mecánica de Newton alcanzó un nuevo nivel de pureza al reducir el sistema a un conjunto de fórmulas generales de las que se podían deducir todas las expresiones necesarias para resolver un problema. O los cinco tomos del Traité de mécanique céleste (Crapelet para J. B. M. Duprat, París 1799 – 1827) de Pierre-Simón Laplace (1749 – 1827), en los que se erradican numerosas anomalías de las explicaciones originales de Newton sobre los movimientos de los cuerpos celestes.

El testo de Laplace, al igual que el de Lagrange, era de difícil lectura para legos en las ciencias matemáticas, y tal complejidad dio lugar a versiones posteriores más sencillas para el entendimiento general, que finalmente hizo posible divulgar los enormes conocimientos alcanzados a partir de Newton, gracias a estos dos genios.

Un respiro en el camino:

• El ignorante, teme o adora lo que no comprende.
• Los ingratos acaban por disuadir a los virtuosos de poner en prácticas sus bondades.
• Amigo leal y franco, mirlo blanco.

Esto me recuerda aquella aseveración atribuida indistintamente a Séneca y Aristóteles:

“¡Oh, amigos míos, no hay ningún amigo!”

Hay otra que nos da a entender que los amigos egoístas y poco dispuestos a prestarnos su ayuda, en momentos necesarios son inútiles y no importa, pues, prescindir de ellos:

“Amigo que no presta y cuchillo que no corta,

que se pierdan poco importa.”

¡Esto de los amigos! Hay otra que dice:

“El que tiene un amigo, tiene un tesoro.

El que tiene un tesoro, tiene muchos ‘amigos’.”

“Si un amigo se comporta como la sombra que,

cuando no luce el Sol nos abandona, no era un amigo.”

Pero volvamos al trabajo y continuemos repasando cosas interesantes y viajemos hasta el siglo XIX, que fue vital para la ciencia. Aunque la ciencia ya había mostrado para entonces su capacidad única para estudiar qué sucede en la naturaleza y qué principio (o leyes) la gobiernan, y contaba por entonces con una larga lista de teorías, datos y héroes científicos, no se había convertido todavía en una gran empresa, en la “profesión” que terminaría siendo.

emilio silvera

El detector fue sellado y comenzó a detectar rayos cósmicos.

La compleja maquinaria (CMS por sus siglas en inglés para Compact Muon Solenoid) fue puesta en funcionamiento recientemente en el CERN, el centro de la Organización Europea para la Investigación Nuclear en Suiza.

Se trata de uno de los cuatro grandes detectores que se integrarán al Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más grande del mundo cuya inauguración está prevista para noviembre del año próximo.

El LHC, cuyo costo se estima en US$1.000 millones, tratará de responder preguntas fundamentales sobre el Universo y el origen y composición de la materia.

El verdadero misterio está en la receta que uno tendría que usar si quiere fabricar un Universo. Menos de un 1% es materia como la nuestra, el 29% es algo misterioso que sabemos que está allí y se llama ‘materia oscura’ y el otro 70% es algo todavía más misterioso que se llama la ‘energía del vacío’

Álvaro de Rújula, CERN

Se trata por otro lado de una imponente túnel circular de 27 kilómetros de circunferencia extendido entre el territorio de Francia y Suiza, por donde se harán girar las partículas millones de veces por segundo para estudiar su comportamiento.

El CMS y otros tres maquinarias llamadas Alice, Atlas y LHCb, serán los encargados de observar las colisiones de partículas de alta energía producidas por el LHC.

Misterios

Según el físico teórico del CERN, Álvaro de Rújula el registro de estos rayos cósmicos por parte del CMS, es algo así como “precalentar la máquina”, pues todavía faltan varias etapas para completar los componentes del Gran Colisionador de Hadrones.

“Los rayos cósmicos han sido durante casi un siglo uno de los mayores misterios de la ciencia desde los experimentos hechos por el austriaco Victor Hess en 1912″, explica Rújula.

Millones de veces las partículas pasarán de Francia a Suiza ida y vuelta por el túnel.

Estos rayos cósmicos que proceden de las galaxias, son partículas ionizantes como las que proceden de desintegraciones radiactivas.

“Son partículas como las que nosotros aceleramos en el laboratorio, pero que tienen energía muy superiores a las que lograremos acelerar artificialmente en un futuro próximo”, indica el físico español.

A pesar de que la ciencia está más próxima a entender qué son estos rayos cósmicos, Rújula confiesa que sólo darían la respuesta a un 1% de la gran pregunta que se hacen: ¿de qué está hecho el Universo?

“Los rayos cósmicos están compuestos de los mismos objetos (núcleos atómicos y electrones) de los que estamos compuestos nosotros”, dice.

La partícula divina

“El verdadero misterio está en la receta que uno tendría que usar si quiere fabricar un Universo. Menos de un 1% es materia como la nuestra, el 29% es algo misterioso que sabemos que está allí y se llama ‘materia oscura’ y el otro 70% es algo todavía más misterioso que se llama la ‘energía del vacío’”, ejemplifica Rújula.

En este sentido, la cosmología y la física de partículas o de pequeña escala tienen un punto en común, ya que el mayor misterio de ambas tiene que ver con el vacío.

En efecto, en la base de este proyecto está la creencia de que el vacío puede ser hecho vibrar y que las vibraciones de este vacío serían las partículas Bosón de Higgs a las que el premio Nóbel de Física Leon Lederman denominó “la partícula divina”.

“Son el mayor proyecto de descubrimiento que vamos a realizar con este acelerador”, dice Rújula para quien esta partícula daría explicaciones sobre la masa y hasta por qué la naturaleza prefiere la materia a la antimateria.

¿Conspiraciones?

Precisamente la antimateria y el CERN, alimentó la imaginación del autor de “El Código Da Vinci”, para otras de sus novelas, “Ángeles y Demonios”.

En esta última, Dan Brown narra un complot de una fraternidad llamada los “Iluminati”, para acabar con la iglesia Católica y hacer estallar Ciudad del Vaticano con antimateria robada de los laboratorios del CERN.

Atlas será otro de los detectores de partículas que integrarán el LCH.

Según Rújula la antimateria existe y se descubrió mucho antes de que la organización se fundara. También es cierto de que podría producir explosiones de entre cien y mil veces más fuertes que una bomba nuclear.

“Lo que pasa es que producir antimateria es carísimo, dificilísimo y una vez que uno la tiene no sabe cómo manejarla, de manera que hacer una bomba con antimateria es la cosa más inútil y peligrosa que pueda imaginarse”, dice.

El físico niega de que los trabajos de investigación de la institución que reúne a cerca de 6.500 físicos de más de 70 países, tengan finalidad militar.

Los hallazgos realizados hasta ahora en el centro de Suiza, han aportado importantes contribuciones a la medicina, como por ejemplo la reducción considerable de los efectos secundarios de los Rayos X, ejemplifica.

“Los resultados de la investigación fundamental que hacemos son totalmente públicos, lo que es todo lo contrario a la investigación militar”, dice Rújula.

“Afortunadamente nada de lo que haya producido el CERN en los últimos 50 años ha servido para nada a los militares”, afirma.

El CERN se considera a sí mismo el padre de la red de redes (www), que días pasados cumplió 15 años de vida, mientras otorga al Pentágono la paternidad de la internet.

Lea: La red mundial celebra sus 15

“No hay nada tenebroso en el CERN”, sostiene finalmente Rújula.

“De hecho la novela de Dan Brown ha tenido un efecto muy positivo despertando el interés de muchísima gente por lo que hacemos. Si bien no se sostiene científica ni técnicamente, desde el punto de vista de vulgarización de la ciencia, ha tenido un impacto muy positivo y entonces le podemos dar las gracias al señor Dan Brown”.

Noticia recopilada por emilio silvera

“Otra fuente de explosión gamma sin identificar observada por debajo del plano galáctico, está probablemente más allá de los límites de la Vía Láctea, su naturaleza continúa siendo un misterio.”

Queda expresada nuestra enorme ignorancia sobre los muchos secretos que el Universo nos esconde, y, sin embargo, también ha quedado claro que, cada día, desvelamos algunos de esos innumerables secretos como lo demuestran el sin fin de misiones de todo tipo que en los últimos 10 años han sido puestas en marcha hacia el espacio para saber lo que en él ocurre. El Fermi es otro proyecto que se sumará a esos otros muchos que nos facilitan datos e información valiosa para desentrañar esos misterios y tener respuestas a muchas preguntas que no han podido ser contestadas.

Fermi  nos revela imágenes de las primeras observaciones y el telescopio espacial nos dirá dónde están las fuentes de rayos gamma.

El telescopio más nuevo de la NASA, anteriormente conocido como GLAST, una vez que pasó exitosamente su verificación orbital, comenzó una misión destinada a explorar el violento e impredecible universo de los rayos gamma.

El telescopio comenzó la misión con un nuevo nombre. La NASA decidió que a GLAST se le asignara un nuevo nombre: Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, en honor al profesor Enrico Fermi (1901 – 1954), un pionero en el campo de la física de alta energía.

Enrico Fermi fue la primera persona que sugirió la forma en la cual las partículas cósmicas podrían ser aceleradas a grandes velocidades. Su teoría proporciona los fundamentos para entender el nuevo fenómeno que su telescopio homónimo descubrirá.

Los científicos esperan que Fermi, mediante la observación de rayos gamma energéticos, descubra muchos nuevos pulsares, revele el funcionamiento de los agujeros negros súper masivos y ayude a los físicos a buscar nuevas leyes de la naturaleza.

Durante dos meses después del despegue de la nave espacial, el 11 de junio de 2008, los científicos pusieron a prueba y calibraron sus dos instrumentos, el Telescopio de Gran Área (LAT) -por su sigla en idioma inglés- y el Monitor de Destellos del GLAST (GBM), por el mismo motivo.

Como hemos podido saber, el equipo del Telescopio Espacial de Gran Área nos mostrará una imagen del cielo donde se aprecia el gas brillante de la Vía Láctea, pulsares parpadeantes y una brillante galaxia ubicada a miles de millones de años luz. El mapa combina 95 horas de las primeras observaciones llevadas a cabo por el instrumento:

Se tardó varios años para crear una imagen similar, producida por el ahora desaparecido Observatorio de Rayos Gamma Compton. Con la sensibilidad superior de Fermi, seguramente surgirán nuevos descubrimientos.

El Telescopio Espacial de Gran Área de Fermi explora el cielo completo cada tres horas cuando funciona bajo el “modo de reconocimiento”, tarea que ocupará la mayor parte del tiempo de observación del telescopio durante su primer año de operaciones. Estas fotografías instantáneas permiten a los científicos monitorear cambios rápidos en las características del violento universo de rayos gamma. El telescopio es sensible a los fotones con energías que varían en un rango de 20 MeV (Megaelectronvoltios) hasta por encima de 300 GeV (Gigaelectronvoltios). El límite más alto de este rango, el cual corresponde a energías que son 5 millones de veces más grandes que los rayos X dentales, está muy poco explorado.

El instrumento secundario de la nave espacial, el GBM, identificó 31 explosiones conocidas como erupciones de rayos gamma solamente durante su primer mes de operaciones. Estas explosiones de alta energía ocurren cuando las estrellas masivas mueren o cuando las estrellas de neutrones que están orbitando se mueven juntas en forma de espiral y se fusionan.

El GBM es sensible a rayos gamma menos energéticos que el Telescopio Espacial de Gran Área, lo cual ofrece una visión complementaria del extenso espectro de rayos gamma. Trabajando juntos, los dos instrumentos pueden finalmente desentrañar algunas de las muchas fuentes de rayos Gamma que exisdten en nuestro Universo.

Una potencia excepcional difícil de explicar.

Después de la alerta, varios instrumentos terrestres apuntaron a este objeto, entre ellos se encuentra el VLT (Telescopio Muy Grande) en Chile. El mismo Swift accionaba sus detectores de rayos—X y rayos ultravioleta. Un equipo polaco (Pi of the Sky) pudo filmar el acontecimiento. La contrapartida visible alcanzó una magnitud de 5 a 6. Es el límite de una luminosidad localizable a simple vista. Si alguien, teniendo por encima de él un cielo despejado y de alta calidad, hubiera levantado la mirada en ese instante hacia la constelación de Bouvier, podría haber visto un destello minúsculo. Pero cuatro minutos más tarde, tal como lo midió el grupo polaco Pi of the Sky, la luminosidad descendía bruscamente, la magnitud cayó hasta 11 (la magnitud indica el inverso de la luminosidad).

Durante algunos minutos, la luminosidad era 2,5 millones de veces mayor que la más luminosa de las surpernovas observadas ese día. ¡Sin embargo, los instrumentos en el suelo como el VLT, indicaban una diferencia hacia el rojo de 0,94, lo que se corresponde a una distancia de 7,5 mil millones de años luz, es decir la mitad del radio del universo observable! La energía liberada por el astro generador de esta explosión debió pues ser enorme. Desde muy lejos, durante algunos minutos del estallido, GRB 080319B fue el más lejano de los astros visibles a simple vista. A modo de comparación, el objeto más lejano que nuestros ojos pueden ver es la galaxia del Triángulo (M33), con una magnitud de 5,7 y situada a 2,9 millones de años de luz de distancia.

Les queda ahora a los astrónomos explicar la potencia excepcional de esta emisión. Es posible por ejemplo, que la Tierra hubiera estado situada por casualidad, precisamente en el centro del haz de radiación emitido por el astro que estalló. No hay duda que actualmente, numerosos astrofísicos están depurando los datos de todos los instrumentos que captaron a GRB 080319B durante sus cuatro minutos de celebridad.

En astronomía, hablamos de contrapartida óptica cuando un objeto ha sido descubierto primero en el campo de los rayos—X, los rayos gamma, o en el campo de radio. El término se utiliza particularmente para los estallidos de rayos gamma que son unos destellos muy cortos de fotones muy energéticos. Estos estallidos son detectados en primer lugar por los satélites que operan en rayos—X y gamma, antes de ser observados algunas horas más tarde ópticamente o en infrarrojo, para luego apagarse.

En fin, seguimos avanzando y, los distintos proyectos y misiones de la ESA y la NASA de manera muy destacada sobre otros, nos llevarán al fín a saber sobre, muchas de las incognitas que hoy, aún no podemos resolver. Teniendo en cuenta la vastedad del Universo y los muchos secretos que guarda, el camino será largo y, sobre todo, fascinante.

emilio silvera

Puesto que la curvatura espacio-temporal es similar o lo mismo que la gravedad, estas ondulaciones de curvatura son realmente ondas de gravedad, u ondas gravitatorias. La teoría de la relatividad general de Einstein predice, de forma inequívoca, que tales ondas gravitatorias deben producirse siempre que dos agujeros negros orbiten uno en torno al otro; y también siempre que dos estrellas orbiten una en torno a la otra.

Cuando parten hacia el espacio exterior, las ondas gravitatorias producen una reacción sobre los agujeros de la misma forma que una bala hace retroceder el fusil que la dispara. El retroceso producido por las ondas aproxima más los agujeros y les hace moverse a velocidades mayores; es decir, hace que se muevan en una espiral que se cierra lentamente y se vayan acercando. Al cerrarse la espiral se libera poco a poco  energía gravitatoria, una mitad de la cual va a las ondas y la otra mitad va a incrementar las velocidades orbitales de los agujeros.

Finalmente, cuando los agujeros adquieren una velocidad que es una fracción considerable de c, los horizontes se tocan y terminan por fusionarse, donde una vez hubo dos agujeros ahora sólo hay uno. El horizonte del agujero giratorio queda perfectamente liso y con su sección ecuatorial circular, con la forma descrita precisamente por la solución de Kerr a la ecuación de campo de Einstein.

Sin embargo, la historia del suceso no se ha perdido por completo: ha quedado un registro codificado en las ondulaciones de la curvatura espacio-temporal que emitieron los agujeros coalescentes. Dichas ondulaciones de curvatura son muy parecidas a las ondas sonaras de una sinfonía y, de la misma manera que las ondas sonaras llevan su sinfonía codificada desde la orquesta hasta la audiencia, también las ondulaciones de curvatura llevan su historia codificada desde los agujeros fusionados hasta el Universo distante.

Las ondulaciones de curvatura viajan hacia fuera por el tejido del espacio-tiempo a través del aglomerado de estrellas y gas del que nacieron los agujeros. Y, lo más interesante es que, cuando sepamos leer y oír estas sinfonías, también sabremos medir, con tremenda precisión, las masas de los agujeros negros que las produjeron, así como la rapidez de giro, la forma de sus órbitas y un sin fin de datos que, ahora, al no saber captar y leer dichas ondas, se nos escapan.

Las ondas gravitatorias nos dan la oportunidad de conocer, de otra manera muy distinta a nuestro Universo del que sólo tenemos la imagen que nos dan las ondas electromagnéticas.

La intensidad del campo gravitatorio que se genera alrededor de un agujero negro, proporciona una vía para explorar el comportamiento de la materia en condiciones de gravedad extrema y ver en acción algunos efectos de la Relatividad General. Aunque, por definición, un agujero negro no deja escapar radiación alguna, la materia que cae hacia el mismo no puede desprenderse de forma instantánea de su momento angular, y se dispone a su alrededor en forma de un disco de acreción.

El disco se calienta a temperaturas muy elevadas en sus zonas más internas y emite abundante radiación en longitudes de onda de rayos X o ultravioleta. Una corona de electrones relativistas alrededor del disco, se ocupa de incrementar la energía de esta radiación mediante efecto Compton inverso (es decir, la radiación adquiere energía de los electrones), con lo que el entorno incandescente de un agujero negro acaba produciendo cantidades ingentes de rayos X.

Las órbitas de la materia que circunda el agujero negro constituye un buen escenario para ver la Relatividad General en acción. En efecto, la última órbita circular estable alrededor del agujero negro marca lo cerca que el disco de acreción puede cerrarse alrededor del mismo. El radio de dicha órbita, y la correspondiente frecuencia orbital, son magnitudes potencialmente observables a través del espectro de potencias de la emisión de rayos X. El hecho es que el radio de la órbita más cercana al agujero negro (o estrella compacta) depende de si el objeto está o no en rotación: en ausencia de rotación este radio es 3Rs (Rs =2GM//c2 es el radio de Schwarlzschild) y para rotación máxima puede llegar a 0,5 Rs.

Aunque la interpretación de los espectros de potencias en la emisión de rayos X alrededor de estrellas de neutrones y agujeros negros es compleja, la existencia de picos en alta frecuencia se puede interpretar en términos de la existencia de una última órbita estable; esta puede permitir en el futuro medir los parámetros de la métrica de Kerr (masa M y momento angular por unidad de masa α = JM/c del agujero negro).

Pero quizás la evidencia más espectacular de los efectos relativistas alrededor de los agujeros negros ha venido de la interpretación del espectro de los rayos X (distribución de la luz por energías o longitudes de onda) en los agujeros negros gigantes que existen en el centro de las galaxias activas y en agujeros negros de masa estelar.

En menos de cincuenta años, la utilización de observaciones astronómicas en rayos X se ha afianzado como un ingrediente fundamental de la astronomía moderna. En particular, en condiciones en las que el campo gravitatorio juega un papel dominante. Los rayos X revelan un Universo muy energético, con los efectos predichos por la Relatividad General, y una capacidad única para detectar y estudiar materia a temperaturas de mucho millones de grados.

Han pasado cinco décadas desde que fue descubierta esta tecnología pionera de los rayos X que ha permitido avanzar a pasos agigantados en nuestra comprensión del Universo en rayos X. Hoy en día se construyen telescopios capaces de formar imágenes de rayos X con una resolución angular de 1 segundo de arco (en el Observatorio Chandra de la NASA) parecido a lo que obtiene un telescopio óptico terrestre.

Está claro que, el avance de los conocimientos que sobre el Universo vamos adquiriendo son cada vez más profundos y, las nuevas tecnologías nos permiten avanzar a una velocidad que muchas veces sorprende. Si tenemos en cuenta la enormidad de la grandeza del Universo y hasta donde hemos sido capaces de sondearlo (miles de millones de años luz), es como para maravillarse. No deja de ser sorprendente que una especie inteligente situada en un planeta minúsculo en una Galaxia que sólo es, una entre cien mil millones, puedan haber conseguido tanto en tan poco tiempo. Pensar en la tarea de desvelar los secretos del Universo tiene que ser medida por el parámetro del tiempo por el que se rige el propio Universo, y, siendo así, el que nosotros llevamos empleado en descubrirlo, es menos que un pestañeo comparado con los 13.700 millones de años transcurridos.

El día que sepamos entender los mensajes que nos están enviando las ondas gravitatorias, ese día, conoceremos otro aspecto del Universo que, hasta el momento ha permanecido oculto.

emilio silvera

asta Asia Central. Llevaron a todas las tierras conquistadas una astronomía popular árabe que era una mezcla de la hindú, persa y griega que se unificaba con la local de cada lugar de conquista, y, hasta el siglo X no adquirió las características distintivas propias. A partir de entonces y hasta el siglo XV los expertos musulmanes fueron inigualables en sus conocimientos de astronomía que, en sus fundamentos más profundos estaba presente el legado de la antigua Mesopotamia.

En sus formas más tardías los zijs llegaron a ser unos documentos formados por varios cientos de páginas de textos y tablas. Algunos aspectos de la astronomía matemática que se podía encontrar en un zij típico incluían: trigonometría; astronomía esférica; ecuaciones solares, lunares y planetarias; latitudes lunares y planetarias; posiciones planetarias; paralajes; visibilidad solar y planetaria; geografía matemática (lista de ciudades con sus coordenadas geográficas correspondientes) con lo que se determina la dirección de la Meca; uranometría (tablas de estrellas fijas con sus coordenadas), y, no en menor proporción, astrología matemática.

En uno de estos zij, el famoso astrónomo egipcio Ibn Yunus describe cuarenta conjunciones planetarias y treinta eclipses lunares. Aplicando lo que sabemos actualmente sobre las posiciones de los planetas, se llega a la conclusión de que los resultados de Yunus son absolutamente correctos.

Aunque la religión no fue la única fuerza impulsora que espoleó el crecimiento de la astronomía en el mundo islámico –el hecho de ser una sociedad tolerante, multirracial y de una gran erudición, con una lengua predominante, el árabe, también fomentó este crecimiento-, las cuestiones sacras desempeñaron asimismo un importante papel.

El Islam necesitaba resolver de algún modo el problema de orientar exactamente hacia La Meca todas sus estructuras sagradas, así como a las personas que realizaban los cultos diarios. La cartografía de los cielos surgió de esta necesidad de fijar las coordenadas de los lugares santos y la dirección correcta,  o gibla, de la orientación hacia la Cava, el altar de La Meca hacia el cual se vuelven los musulmanes cinco veces al día para rezar sus oraciones.

Pero ¿hacia donde está La Meca? Probablemente en los primeros tiempos las autoridades religiosas determinaron la gibla observando ciertos cuerpos celestes, tales como la estrella de Belén, que estaban en la dirección que en general tomaban los peregrinos cuando caminaban hacia La Meca. La propia Cava está alineada con unas direcciones específicas; su eje principal (meridional) se sitúa hacia el punto por donde sale la estrella Canope; su eje secundario, el de las fachadas este u oeste. Se alinea con el punto por donde el Sol sale el  solsticio de verano y se pone en el solsticio de invierno. Un experto situado en un altar distante tenía que idear algún procedimiento para orientarse hacia el segmento de la Cava correspondiente a su ubicación, como si realmente se encontrara frente a ese segmento del perímetro de la Cava.

Al llegar el siglo IX, los astrónomos ya utilizaban instrumentos de cálculo trigonométrico y de otros tipos para determinar la gibla a partir de coordenadas geográficas. El enigma se convirtió muy pronto en un problema de astronomía esférica que utilizaba el cenit de la localidad en cuestión. En el tratado de geografía matemática de al-Biruni, por ejemplo, el objetivo era determinar la gibla correspondiente a Ghazni, Afganistán.

En el siglo IX, el gran mecenas de la ciencia el califa abasí al-Mamun, reunió a varios astrónomos en Bagdad para crear la casa de la Sabiduría (Bait al-Hikmah). Allí los astrónomos llevaron a cabo observaciones del Sol y de la Luna, con el fin de determina la latitud y la longitud locales para fijar la gibla. Recopilaron algunos de los mejores resultados de un zij titulado “Lo Comprobado” (al-Mumtahan).

Al-Biruni desarrolló técnicas para medir la Tierra y las distancias sobre ella utilizando la triangulación. Descubrió que el radio de la Tierra era 6.339,6 Kilómetros, un valor que no se obtuvo en Occidente hasta el siglo XVI. Uno de sus zijs contiene una tabla que da las coordenadas de seiscientos lugares, casi todos conocidos por él directamente.

Sin embargo, no todas las mediciones fueron hechas por el propio Biruni, sino que algunas las tomó de una tabla similar realizada por al-Jwarizmi (Parece ser que al-Biruni se dio cuenta de que, por lo que respecta a los lugares medidos tanto por al-Jwarismi como por Tolomeo, los valores obtenidos por al-Jwarismi eran los más precisos. Este personaje realizó también mediciones sobre la velocidad de la luz y constató que ésta, era inmensa si la comparaba con la del sonido.

La fascinación árabe por los aparatos mecánicos fomentó el desarrollo de la primera colección importante de instrumentos astronómicos diseñados para conseguir datos precisos sobre el tiempo, así como sobre el movimiento y la posición de los cuerpos celestes.

Lo dejo aquí, ya que, hablar de la Astronomía del Islam requeriría todo un tratado y una lista interminable de personajes que, como Thabit ibn Qurrah que realizó observaciones en la fundación de al-Mamun en Bagdad y en el siglo XI Ibn Yunus dirigió un equipo de observadores en El Cairo. En un Observatorio palaciego de Ghazni, en Afganistán, al Biruni consiguió y suministró unos datos que formaron la base sobre la que se realizaron los zijs más importantes de la astronomía islámica.

Tycho Brahe siempre ha sido presentado ante los estudiantes occidentales como el maestro de la creación y utilización de instrumentos anteriores al telescopio. La realidad es que al-Mamun construyó en el año 829 un esplendido observatorio y lo equipó con un sextante de piedra cuyo radio media unos 17 metros y con un cuadrante de 6 metros de radio. Este cuadrante era mayor que el famoso instrumento construido por Tycho Brahe siete siglos más tarde. Los sextantes de Beg  llegaban a tener un radio de hasta 55 metros y se decía que el margen de error de sus instrumentos era tan aceptable, o más, que el de los instrumentos de Tycho Brahe construido un siglo más tarde. La obra teórica de los árabes fue también superior. Tycho Brahe llegó a la conclusión de que la Tierra no hacía movimiento de rotación alguno, haciendo así que la astronomía retrocediera varios siglos.

La Astronomía árabe fue muy importante para que Occidente saliera del oscurantismo cosmológico.

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• El universo “plano”: en ausencia de materia, el espacio-tiempo se vuelve “plano” o “euclidiano” (ese tipo de espacio donde la distancia más corta entre dos puntos es la línea recta), en lugar de curvado (donde la distancia más corta entre dos puntos es una curva). Sin embargo, esto significa que el “Big Bang” que originó nuestro universo experimentó un ajuste fino sorprendente, en caso de que hubiera producido sólo una mil millonésima más de materia de lo que lo hizo, o una mil millonésima menos, se habría curvado.
• La “masa perdida” del universo: hay más fuerza gravitatoria en el cosmos de la que puede responsabilizarse la materia visible; todavía se cree que la materia por sí misma tiene masa para ejercer la fuerza gravitatoria. Incluso cuando los cosmólogos permiten una variedad de la materia “oscura” (ópticamente invisible), queda todavía una gran porción de materia (y por lo tanto de masa) pérdida.
• La expansión acelerada del cosmos: las galaxias distantes tienen más velocidad según se alejan unas de otras, aunque deberían estar decelerándose, ya que la fuerza de Gravedad frena la fuerza del Big Bang que las lanzó.
• La coherencia de algunos parámetros cósmicos: la masa de las partículas elementales, el número de partículas y las fuerzas que existen entre ellas se ajustan misteriosamente a ciertos parámetros que se repiten una y otra vez.
• El problema del horizonte: las galaxias y otras macroestructuras del universo evolucionan casi uniformemente en todas las direcciones desde la Tierra, incluso a través de distancias tan grandes que las estructuras no pueden haber estado conectadas por la luz, y por eso no podrían haberse correlacionados entre ellas a través de señales llevadas por la luz (de acuerdo con la teoría de la relatividad, ninguna señal puede viajar más rápida que la luz).
• El ajuste fino de las constantes universales: los parámetros clave se han ajustado de una manera increíblemente fina para producir ratios armónicos no recurrentes, pero también las condiciones (esa es la sensación que percibimos), por lo demás extremadamente improbables, bajo las cuales la vida puede emerger y evolucionar en el cosmos que, finalmente, resultará ser un suceso ordinario y corriente que emerge bajo ciertas condiciones presentes en muchos planetas del Universo.

Está claro que hablamos de la edad del Universo y nos referimos a esos 13.500 millones de años que, en realidad, es el “límite” al que hemos podido llegar en nuestras obervaciones pero, ¿quién asegura que ese supuesto límite no está mucho más allá? y, si eso fuera así, ¿qué edad tendría realmente el universo?

Las dudas son muchas, las certezas son pocas, y, como hacía ayer mismo el amigo Jipi, hay que desconfiar del mismísimo Big Bang que, aunque hasta el momento ha sido una buena herramienta para explicar lo que pasó, también es verdad que tiene muchas zonas en sombras que nos impide “ver” lo que realmente pudo pasar. Nadie, con certeza, nos puede explicar esos primeros segundos.

Tenemos que seguir investigando, observando, experimentando para que, finalmente, obtengamos las respuestas que nos puedan contestar a todas estas preguntas que, de momento, sólo son enigmas sin resolver.

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Los hallazgos arqueológicos más antiguos muestran sorprendentes contenidos astronómicos. Stonehenge se construyó sobre conocimientos astronómicos muy precisos. También se desprende una función astronómica de la disposición de los crómlech y monolitos bretones, los trilitos ingleses, las piedras  y túmulos irlandeses, la medicine Wheel de los indios norteamericanos, o la Casa Rinconada de los indios anasazi. Es evidente la importancia astronómico-religiosa de los yacimientos mayas  de Uaxactun, Copán y Caracol, de las construcciones incas de Cuzco o de Machu Picchu, así como la función exquisitamente científica de antiguos observatorios astronómicos indios, árabes o chinos.

Cuanto más avanzan los estudios arqueoastronómicos más numerosas son las pruebas de los conocimientos astronómicos  de nuestros antepasados y más retrocede la fecha en que estos comenzaron. El último indicio relaciona el estudio del cielo con las pinturas rupestres de Lascaux. Tanto si este descubrimiento es válido como si no, es indudable que la contemplación del cielo nocturno ha suscitado admiración, temor e interrogantes desde la noche de los tiempos ¿Cuál es la naturaleza de los cuerpos celestes? ¿Por qué se mueven? ¿Cómo se mueven? ¿Interaccionan entre sí? Perro sobre todo, ¿influyen en la Tierra y en el destino de sus habitantes? ¿Podemos prever dichos efectos y leer el futuro en el movimiento de los planetas? Todas las civilizaciones de todas las épocas han hallado sus propias respuestas a estas preguntas y a otras similares, y a menudo se ha tratado de respuestas relacionadas con complejos mitos cosmológicos.

LOS PRIMEROS ASTRÓNOMOS A ARISTÓTELES

Los primeros astrónomos fueron los sumerios, quienes dejaron constancia escrita de su historia en tablillas de arcilla. Pero no fueron los primeros que apreciaron que ciertos puntos luminosos de la bóveda celestes desplazaban con el paso del tiempo, mientras que otros permanecían fijos.

En la actualidad la distinción que hicieron entre “estrellas fijas“ y “ estrellas errantes “ ( en griego se llamarían “ planetas “ ) puede parecer banal, pero hace 6.000 o 8.000 años este descubrimiento fue un acontecimiento muy significativo.

Distinguir a simple vista, sin la ayuda de instrumentos, un planeta de una estrella y reconocerlo cada vez que, transcurrida ciertas horas, vuelve a aparecer en el cielo no es ninguna nimiedad. Los incrédulos pueden comprobarlo: sin saber nada de astronomía , sin ningún instrumento, bajo un cielo repleto de estrellas como esos que ya sólo se ven en lugares aislados o en mitad del mar, no es fácil distinguir Marte de Júpiter o de Saturno.

Admitamos que se consigue. Ahora, noche tras noche, hay que encontrar esa misma lucecita en movimiento, seguir su recorrido y volver a identificarla cada vez que reaparezca tras una larga ausencia. En el mejor de los casos, se necesitará mucho tiempo y paciencia antes de empezar a tomar conciencia de la orientación, y es muy probable que la mayoría no lo consiga.

A pesar de esas dificultades evidentes, todos los pueblos, por antiguos que fueran conocían muy bien los movimientos de los astros, tan regulares que espontáneamente hablaron de “mecánica celeste“  cuando empezaron a usar las matemáticas para describirlos. Si los sumerios fueron los primeros en medir con exactitud los movimientos planetarios y en prever los eclipses de Luna organizando un calendario perfecto, los que mejor usaron la imaginación para llegar a las explicaciones teóricas que no dependieran sólo de la tecnología fueron los griegos.

En el siglo VI a.C., tras milenios en los que la obra de un dios bastaba para explicarlo todo, se empezó a buscar una lógica en el orden natural que relacionara los fenómenos. Los filósofos naturalistas fueron los pioneros en afirmar la posibilidad del hombre de comprender y describir la naturaleza usando la mente. Era, en verdad, una idea innovadora.

Los primeros “científicos“ se reunieron en Mileto. Tales, Anaximandro y Anaxímenes hicieron observaciones astronómicas con el gnomon, diseñaron cartas náuticas, plantearon hipótesis más o menos relacionadas con los hechos observados referidas a la estructura de la Tierra, la naturaleza de los planetas y las estrellas, las leyes seguidas por los astros en sus movimientos. En Mileto, la ciencia, entendida como interpretación racional de las observaciones, dio los primeros pasos.

Por supuesto, la mayor parte de la humanidad continuaba creyendo en dioses y espíritus… como ahora. A pesar de que esta nueva actitud filosófica frente al mundo sólo fuera entendida durante siglos por una élite de pensadores, la investigación racional de la naturaleza ya no se detendría jamás.

En el siglo VI se constituyó la escuela pitagórica. En un ambiente de secta, Pitágoras y otros filósofos creyeron que el mundo estaba ordenado por dos principios antagónicos: lo finito (el bien, el cosmos y el orden) y lo infinito (el mal, el caos y el desorden). Sus estudios matemáticos tenían un valor mágico y simbólico: Pitágoras descubrió relaciones numéricas enteras tras cada armonía formal y musical y, dado que la música es armonía de los números, la astronomía era armonía de las formas geométricas.

Incluso Aristóteles (384-322 a.C.), considerado en la Edad Media el máximo referente del saber, no sólo se apropió de esta idea de perfección celeste, sino que encontró una “explicación“de por qué  las cosas debían ser así. La Tierra, lugar “de lo bajo“donde convergen tierra y agua (dos de los cinco elementos que formaban el universo), sólo podía hallarse en el centro del Universo. El aire y el fuego quedaban “arriba “, sus lugares naturales. El éter, el quinto elemento desconocido para los hombres, formaba los cuerpos celestes, que por naturaleza se movían en círculo, transportados por un sistema de 55 esferas concéntricas constituidas de un cristal especial, incorruptible y eterno. En torno a la Tierra inmóvil giraban la Luna, Mercurio, Venus, el Sol, Marte, Júpiter, Saturno y la última esfera de las estrellas fijas, mantenida en movimiento por el amor del “divino motor inmóvil “. Esta última esfera es la que establecía el ritmo del día y la noche y transmitía un movimiento uniforme y circular a todo el sistema de esferas. Según la teoría, a medida que nos aproximamos a la Tierra el movimiento se degrada y, por debajo de la esfera de la Luna, los movimientos son rectilíneos. Aquí la mezcla continua de los cuatro elementos fundamentales daba origen a todas sustancias conocidas. Era una explicación que convenció durante mucho tiempo y que armonizaba misticismo y física, mecánica celeste y fantasía.

SIGUEN LOS GRIEGOS

El prestigio y la fama que Aristóteles conquistó en otros campos (filosofía, política, economía, física, metafísica y ciencias naturales) contribuyeron al éxito de esta idea geocéntrica del universo. No cabe duda de que en el siglo IV a.C. ya se sabía que para explicar los movimientos de los astros había que utilizar al menos dos tipos de sistemas geocéntricos y un sistema heliocéntrico. Para obtener la información necesaria para gobernantes, agricultores o navegantes bastaba con poder “prever“ los fenómenos celestes e identificar las configuraciones astrales hallando los planetas en su órbita. Las hipótesis sobre las causas de todo lo que se observaba eran investigaciones filosóficas, carentes de pruebas concretas. Así, muchos expertos lanzaron hipótesis sobre el universo, su estructura y sus mecanismos…A veces eran fantasías, pero otras fueron intuiciones correctas.

Hubo quien incluso decidió medir. Aristarco de Samos (310-230 a.C.) fue el primer astrónomo genuino de la historia. No sólo sus convicciones eran lógicas y correctas, como se demostró más tarde, sino que fue el primero en usar instrumentos matemáticos para investigar el cosmos. Estaba convencido de que la Tierra giraba alrededor del Sol permanecía inmóvil en el centro de la esfera estelar y que esta también era inmóvil. Dado que no conseguía observar efectos de paralajes estelares, dedujo que las estrellas se encontraban a una distancia enorme de la Tierra. Entonces intentó medir la enormidad de dicho espacio estableciendo la distancia Tierra-Sol en función de la Tierra-Luna y, para ello, se basó en la medida de los ángulos y en simples cálculos geométricos. Descubrió que la Luna se halla a 30 diámetros terrestres de nuestro planeta y que el Sol está 19 veces más lejos (1.140 diámetros terrestres). Ahora sabemos que son datos erróneos a causa de leves inexactitudes de las medidas “a ojo “, pero esta diferencia no respeta un ápice a la importancia conceptual y filosófica del enfoque. Era la primera vez en la historia que alguien intentaba aumentar sus conocimientos sobre el Universo de forma experimental, es decir, usando la lógica, las leyes matemáticas y geométricas conocidas, observando y midiendo. Es un enfoque moderno de un complejo problema astronómico.

Erastóstenes de Cirene (276-194 a.C.) procedió de forma semejante. Con un sencillo y genial cálculo matemático halló las dimensiones de nuestro planeta: el meridiano terrestre equivale a, unos 39.400 km (un valor sorprendentemente cercano al valor medio, establecido en 40.009 km).

Hiparco (188-125 a.C.) también fue un atento e inteligente observador. Compiló un catálogo de 1.080 posiciones estelares y comparó sus observaciones con las realizadas 154 años antes por Timocaris. Así descubrió la precisión de los de equinoccios y cuantificó este lentísimo desfase de la eclíptica respecto al ecuador en unos 47 minutos al año (un valor muy parecido al calculado hoy: 50,1 minutos).

Y si la Tierra era inmensa, el Sol debía de serlo aún más. Así, el espacio asumió dimensiones incalculables. Pocos escogidos eran capaces de asimilar y aceptar estas afirmaciones revolucionarias. Quizá por ello, después de Hiparlo no sucedió nada más durante 300 años. Resultaba más sencillo dar por válidas las teorías del gran Aristóteles.

DE TOLOMEO A COPÉRNICO

Sin embargo, con el paso del tiempo, las ideas de Aristóteles empezaron a agrietarse bajo la ingente cantidad de observaciones acumuladas. Los planetas observados tenían movimientos inexplicables respecto a la esfera celeste: disminuían la velocidad, volvían a moverse en el sentido “correcto“dibujando a veces anillos…Era necesario revisar el modelo aristotélico. Y de ello se encargó Claudio Tolomeo (100 a.C.-170d.C.). Este afirmó que la Tierra era esférica y que estaba en el centro del Universo; que el cielo, también esférico, rotaba alrededor de un eje fijo movido por una esfera exterior carente de estrellas, como decía Aristóteles. Pero para explicar los equinoccios y los movimientos “extraños“ de los planetas bastaba con añadir otras esferas o, como indicaba Apolonio casi 200 años a.C., añadir nuevos círculos de rotación: esferas excéntricas, epiciclos, epiciclos de epiciclos…El espacio que rodeaba la Tierra se llenó de engranajes.

A Tolomeo tampoco le interesó que el modelo geocéntrico del universo correspondiera a una realidad física: él definió su complicado sistema como  un “útil instrumento matemático“ para calcular posiciones planetarias. Resulta curioso que esta misma definición se usara para divulgar la hipótesis opuesta sin suscitar las críticas de eclesiásticos  y tradicionalistas. También resulta extraño que Tolomeo prefiriera perfeccionar el modelo de Aristóteles, haciéndolo mucho más complejo, en lugar de adoptar el modelo sencillo e innovador de Aristarco. Si sólo buscaba un instrumento matemático, el de Aristarco era mucho más fácil de usar y habría cambiado la historia. Después de Tolomeo se perdió hasta el recuerdo de la hipótesis heliocéntrica y, a pesar de que la suya fuera “sólo una hipótesis matemática “, durante más de 1.200 años se creyó que la Tierra era inmóvil y que estaba en el centro de un universo movido por círculos complicadísimos. No obstante, escribió Mathematikè sintaxis (“Síntesis matemática “ ), al que los árabes llamaron al-Magisti, quizá por derivación del griego e Megiste (el más grande), conocido en la Edad Media como Almagesto. Se trata de una obra monumental, donde Tolomeo reorganizó toda la astronomía del pasado. Gracias a su inmenso trabajo conocemos gran parte de lo que sucedió en los siglos anteriores. Sintetizando y perfeccionando las ideas de Apolonio e Hiparlo y completando los cálculos con los resultados de su investigación, elaboró un sistema teórico que se adaptaba a las observaciones. “Su“ universo estaba movido por 40 ruedas que se movían al unísono, como si se tratara de un inmenso reloj mecánico que, con el tiempo, acumulaba pequeños errores, que se arreglaban actualizándolo de vez en cuando.

Sólo un gran matemático podía construir una obra tan enorme y compleja, razón  por la que sobrevivió al paso del tiempo y por la que, a lo largo de los siglos, el sistema geocéntrico se ha conocido como “sistema tolemaico “. Después de Tolomeo, tener una idea distinta sobre el universo resultó casi imposible. El Almagesto es tan complejo que simplificarlo significaba obtener significados erróneos. Además, la hipótesis tolemaica gustaba mucho a los cristianos, cuyo poder era cada vez mayor: era lógico que el planeta creado por Dios para el hombre se hallara en el centro del universo. Lo que Tolomeo concibió como un instrumento matemático se convirtió en dogma y en una hipótesis que era peligroso contradecir.

Hubo que esperar a que otra mente con la capacidad de Tolomeo invirtiera esa perspectiva, simplificara el panorama y destruyera ciclos, epiciclos y círculos excéntricos; esperar a que un gran astrónomo recogiera una masa ingente de datos muy precisos y a que un gran matemático libre de prejuicios lo elaborara y hallara pruebas objetivas de la validez de una nueva hipótesis. Hubo que esperar a que otro astrónomo con la suficiente valentía impusiera esta nueva idea al mundo científico, desafiara a las autoridades eclesiásticas y revolucionara el modo de observar la naturaleza. Hubo que esperar más de mil años para que Copérnico, Brahe, Kepler y, sobre todo, Galileo revolucionaran la astronomía.

COPÉRNICO: UNA REVOLUCIÓN SILENCIOSA

Por fin el hombre reconoció que la Tierra, considerada plana a pesar de Tolomeo, era una esfera inexplorada. Se difundió el uso de la imprenta y hacia mediados del siglo XV se abrieron las puertas al descubrimiento del mundo, así como a la circulación de ideas. Venían cambios radicales.

La primera doctrina en resentirse fue la astronomía. A los viajeros no les satisfacía el modelo tolemaico y para “identificar“ referencias geográficas necesitaban tablas de movimientos planetarios mucho más precisas. También se revisó el calendario, pues hasta la fecha se usaba el calendario de Julio César. Hacía falta algo nuevo y los intentos de salvar el sistema tolemaico añadiendo nuevas esferas y epiciclos habían transformado el universo en una maraña de círculos en rotación.

En ese momento Nicolás Copérnico  (del nombre polaco Nicklas Koppernigk, 1473-1543) lanzó su mensaje de renovación. Rechazó todo lo que había aprendido, negó que filósofos, científicos y teólogos hubieran explicado la realidad, negó que lo que parecía evidente- que el Sol se levantara, se moviera en el cielo y se pusiese- correspondiera a la verdad.

Destronó a los hijos de Dios del centro del Universo en una época en que uno de ellos era condenado a la hoguera por mucho menos, y tuvo la audacia de declarar que el planeta del hombre era sólo uno de los muchos que giran alrededor del Sol.

Pero su doctrina era la de la escuela Pitagórica, esto es, comunicar sus ideas en voz baja y sólo a pocos iniciados. De esta forma, su trabajo pretendidamente teórico avanzó en silencio y Copérnico realizó pocas observaciones directas, se fió de los datos de los observadores de la Antigüedad, de quiénes leyó los originales, y examinó las críticas y las dudas sobre el sistema tolemaico. Tal como escribió en De revolutionibus orbium caelestium (“Sobre las revoluciones de los cuerpos celestes “ ), fue la diversidad de opiniones, incertidumbres e incongruencias halladas lo que le convenció de que algo fallaba en la teoría tolemaica.

Pero, al igual que la de Tolomeo, su construcción era exquisitamente matemática y su pensamiento esencialmente aristotélico. Era cierto que el Sol se hallaba en el centro y a su alrededor rotaban los planetas, pero todo seguía igual: las órbitas eran perfectamente circulares, el movimiento natural de la Tierra no estaba sujeto a las fuerzas; la Tierra, el Sol y e universo eran esféricos porque “esta forma es la más perfecta de todas, una integridad total […] que debe atribuirse a cuerpos divinos “. Pero se introdujo algo radicalmente nuevo: Copérnico, contra toda evidencia, creía que el movimiento de la Tierra era real y que la geometría astronómica describía el verdadero funcionamiento de la máquina celeste.

Para elaborar su sistema heliocéntrico empleó 25 años, durante los cuales tuvo que guardar su secreto por temor a ser denunciado. A los 63 años aún no había publicado nada, pero los rumores sobre su trabajo se habían extendido. En 1539, Retico, un joven profesor luterano de la Universidad de Witternberg, estudió el manuscrito De revolutionibus y consiguió la autorización de Copérnico para escribir un resumen, publicado en 1540, que cosechó un éxito inmediato. Copérnico fue presentado como un nuevo Tolomeo y, por fin, se decidió a divulgar su trabajo. Murió en 1542, antes de ver sus efectos. Quizá por que el prefacio, escrito por una tercera persona, declaraba que la teoría publicada era sólo una opinión entre tantas, quizá por las excelentes relaciones que Copérnico mantuvo con la Iglesia, lo cierto es que el libro no fue hasta 1616. Se produjo una reacción, pero quedó circunscrita a las élites académicas. De nuevo, tuvo que pasar mucho tiempo para que las cosas cambiaran.

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El alemán Johannes Kepler (1571-1630)  estudió matemáticas y astronomía a partir de textos antiguos, escribió en latín y realizó pronósticos astrológicos de meteorología y agricultura que le hicieron famoso. Era religioso y místico, y veía en la astrología un instrumente esencial para interpretar el nexo entre el hombre y el cosmos. Estaba convencido de que en cualquier fenómeno podía hallarse  un orden superior o una armonía geométrica. Era un copernicano convencido y ya en su Misterio cósmico explicaba cómo algunas observaciones que Tolomeo no consiguió aclarar hallaban fácil solución en el sistema de Copérnico. Pero las cuestiones que se planteaba derivaban de su búsqueda de la armonía y sus explicaciones formaban parte de un contexto complejo donde la astrología, simbolismo, religión y necesidad de perfección geométrica y matemática desempeñan un papel esencial. Esferas copernicanas, vértices, caras y lados de sólidos perfectos interpuestos a las órbitas planetarias, las órbitas mismas y sus relaciones matemáticas…Para Kepler todo estaba unido a una única armonía: al construir el mundo, Dios siguió leyes matemáticas y geométricas, y la teoría copernicana se ajustaba a dicho esquema.

Brahe brindó una ocasión de oro a Kepler para hallar las pruebas numéricas de esta idea cuando le ofreció su inmenso archivo de observaciones. Tycho Brahe (Dinamarca, 1546-1601) estaba obsesionado por la precisión. Para realizar observaciones más exactas, construyó nuevos instrumentos. Su fama rebasó las fronteras del país y el rey de Dinamarca le ofreció la isla de Hveen para construir un observatorio. Uranibog, el primer observatorio europeo, era futurista: torres, cúpulas, péndulos, cuadrantes solares, globos solares, un cuadrante mural de más de 4,5 m de diámetro, un globo celeste de bronce de 1,6 m de diámetro y en el sótano los talleres para construir los instrumentos, el laboratorio de alquimia, la imprenta, la fábrica de papel…También construyó un segundo observatorio subterráneo, del que sólo emergían las cúpulas: Stjoernerborg.

Durante su vida Brahe acumulo datos, medidas y observaciones; usó nuevos métodos de medición que contuvieron los errores entre 1 ‘y 2 ‘, un resultado excepcional si se piensa que nadie había tomado medidas con errores inferiores a 8’-10’. Durante años, día tras día anotó cada fenómeno celeste: la posición de las estrellas, el Sol y los planetas, la distancia y el movimiento de los cometas, observó la explosión de la nova de 1572, que tardó poco más de un año en desaparecer, y comprendió que la hipótesis de Tolomeo no podía explicar lo que estaba viendo.

Brahe no fue copernicano, afirmó que la Tierra, “pesada y perezosa”, “no puede moverse “, pues sería contrario a las evidencias física y religiosa. Pero tampoco fue tolemaico cuando sostenía que las estrellas no eran inmutables, y que los cometas seguían una órbita “no exactamente circular, sino oblonga, como la figura oval “, premisas que rompían con la idea de esferas de cristal. Propuso una hipótesis sobre el universo que conjugaba los fenómenos con las Escrituras, lo que gustó a todos: físicos, filósofos, católicos y protestantes. Poco importaba que su universo fuera más complicado que el tolemaico y que para hallar la posición de los planetas hubiera que remitirse a los astrónomos procedentes.

En esa época Kepler y Brahe colaboraron juntos. Al morir Brahe legó a Kepler el puesto de matemático imperial y todos los datos recopilados. Al elaborarlos, Kepler descubrió  que era matemáticamente imposible que el Sol no estuviera en el centro del sistema solar y se convenció de que él emanaba una fuerza  que actuaba sobre el resto de los planetas.

Halló que los planetas se desplazaban por sus órbitas a velocidad variable, con lo que ganó peso la hipótesis de que las órbitas fueran elípticas, pero era tal la repulsión hacia las formas imperfectas que la mantuvo como hipótesis y volvió a calcularlo todo a partir de los datos referidos a la Tierra. Así descubrió que la Tierra giraba a velocidad no constante alrededor del Sol. La verdad emanaba de los cálculos.

A partir del examen de las cifras surgió la intuición: las velocidades varían porque varía la distancia al Sol y, con ella, la fuerza a la que se ven sometidos los planetas. Era la segunda ley de Kepler. Pero la órbita de Marte presentaba problemas y Kepler repitió las observaciones, las medidas y los cálculos. Esta vez partía de los datos antes de decidir qué tipo de órbita se adaptaba mejor a las observaciones. Fue el reto decisivo que permitió comprender que todo problema desparecía sólo si se consideraba la órbita con forma de eclipse y con el Sol en uno de los focos. Así sentó la primera ley de Kepler.

Casi por casualidad, dio con la tercera ley. Mientras preparaba una síntesis universal que armonizara la ciencia, religión, astrología, arte, filosofía, geometría y música, se dio cuenta de las relaciones entre los cuadrados y los cubos de las distancias planetarias. Acababa de superarse la astronomía de la Antigüedad. Durante cinco años repitió los cálculos 70 veces, pero, por primera vez en la historia, el modelo propuesto dejó de ser sólo una hipótesis para convertirse en la imagen del universo real. Como sucediera con Copérnico, la obra de Kepler fue incluida en el Índice.

GALILEO, EL PALADÍN DE LA REVOLUCIÓN

Copérnico, Brahe, Kepler y sus revolucionarias innovaciones no consiguieron acabar con la tradición tolemaica popular, ya fuera porque escribían en latín y su saber llegaba sólo a otros especialistas, ya porque se limitaban a exponer sus hipótesis sin pretender imponerlas a sus contemporáneos.

Las dudas abundaban: aunque el nuevo modelo se apoyara en datos concretos, si la Tierra se moviera, todo lo que se hallara sobre su superficie tendría que salir disparado. Una cosa era crear modelos y otra explicar algo tan extraño como eso. Pero llegó Galileo Galilei (1564-1642), con su talante agudo y anticonformista. Este italiano orgulloso, irónico, polémico, literato y físico, amante de la discusión, gran trabajador y excelente artesano, creador de nuevos instrumentos y experimentos, iba a sentar los fundamentos de la física moderna e idear el método científico que abriría las puertas a la era moderna.

Al principio trabajaba con imanes, termómetros, con el movimiento y la mecánica, deducía leyes y afirmaba que los cuerpos tienden a caer por el efecto de la gravedad.- Creía que los movimientos planetarios eran naturales, uniformes y circulares, en contraposición a la teoría de Kepler, quien le había mandado su Misterio cósmico, y criticaba su confianza ciega en los datos de Brahe: Galilei argumentaba que alguien capaz de realizar instrumentos y experimentos debía conocer lo inexactas que podían ser las mediciones. Estaba convencido de que la realidad sólo podía conocerse a través de experimentos ideales, extrapolados a partir de lo obtenido mejorando al máximo los instrumentos.

Revolucionó el modo de estudiar la física. Introdujo los conceptos de velocidad, velocidad media y aceleración, y analizó las leyes del movimiento sustituyendo la antigua filosofía aristotélica, puramente especulativa, por una nueva racionalidad. Se basó en la observación de fenómenos y en datos obtenidos con experimentos y razonamientos matemáticos y geométricos que permitían extrapolar las experiencias ideales a partir de experimentos reales.

Observaba el cielo con su telescopio y había descubierto un universo desconocido: la Luna no era lisa como se pensaba desde hacía dos mil años, sino que se parecía a la Tierra, con llanuras, montañas y mares; las estrellas visibles eran sólo una pequeñísima parte de la que forman la Vía Láctea, que de hecho no era una nube, sino una agrupación de multitud de estrellas. Además descubrió cuatro pequeños planetas alrededor de Júpiter y se los dedicó a Cosme II, gran duque de Toscaza. Por primera vez en la historia se anunció un descubrimiento exterior a la Tierra realizado con un instrumento y no con la imaginación.

Galileo observó las fases de Venus, un fenómeno que no hallaba explicación en el sistema tolemaico y que confirmaba las teorías de Copérnico y Kepler. Observó durante dos años la migración de las manchas solares, sus cambios y variaciones numéricas, y concluyó que formaban parte del Sol y que el Sol rotaba alrededor de su eje. Era inadmisible: si el Sol era un cuerpo perfecto, ¿cómo iba a tener manchas o a moverse? Muchos protestaron. ¿Cómo iba a haber más de siete planetas si siete son los días de la Creación, los pecados capitales o las virtudes teológicas…? Hasta Kepler dudaba de lo que Galileo declaraba haber visto; al igual que otros, se preguntó por qué Dios habría creado un mundo de objetos que nadie podía ver. La Academia negó la autenticidad del instrumento porque, aunque las lentes existían desde hacía siglos, se sabía que distorsionaban lo observado con reflexiones, luces inexistentes, efectos extraños e ilusiones ópticas.

Pero Galileo sabía que tenía razón y construyó decenas de telescopios para regalárselos a sus amigos, expertos y príncipes de toda Europa. Kepler pudo observar lo mismo que Galileo y se entusiasmó tanto que unos meses después publicó Dióptrica, un tratado sobre la teoría geométrica de las lentes que explica el funcionamiento del telescopio y el principio del teleobjetivo. Era la primavera de 1611 cuando, tras un milenio de oscuridad, dos genios iluminaron el espacio. El telescopio refractor se convirtió a todos los efectos en una prolongación de los ojos.

Pero la actitud de Galileo era errónea. Con la seguridad que le otorgaban sus observaciones y conclusiones pretendía saber más que Aristóteles y que cualquier otro, y afirmaba que su método científico era la única forma de investigación válida. Su presuntuosidad no tenía límites cuando sentenciaba que las diferencias con las Escrituras se debían a errores de interpretación, porque lo que los descubrimientos científicos mostraban era obra de Dios y Dios no podía contradecirse así mismo. Fue un desafío a los tradicionalistas y a la Iglesia.

El mundo académico y el poder eclesiástico entendieron el poder demoledor de semejante afirmaciones e intentaron silenciarlo prohibiéndole dar clases y apoyar la teoría copernicana.

Y Galileo calló… por poco tiempo. En 1623 dedicó a su amigo Maffeo Barberini –el Papa Urbano VIII-, Il Saggiatore, la primera obra en lengua romance, que se convirtió en piedra angular de la ciencia moderna. En ella invitaba a estudiar la naturaleza con humildad, cordura e imaginación, observando y preguntándose, distinguiendo entre realidad y apariencia, objetividad, y subjetividad; añadía que las matemáticas, la geometría y el razonamiento racional eran los únicos medios de extrapolar de la realidad imperfecta las leyes ideales que regulaban la creación. Era la nueva filosofía del conocimiento.

Poco después, publicó diálogos sobre los sistemas máximos del mundo (tolemaico y copernicano), donde el temerario Galileo cometió dos errores gravísimos. Primero, afirmó que las mareas se debían a la rotación de la Tierra: Un tema prohibido. Pero el más grave fue mofarse del Papa, quien había sido muy claro: Dios omnipotente puede hacer que ocurra cuanto desea y los fenómenos pueden ocurrir de mil formas; por ello, la observación de los hechos naturales no pueden llevar al conocimiento de la verdad.

Simplicio, encarnación de la obtusa mentalidad aristotélica y observadora, digna de todo desprecio, declaró, que si bien la hipótesis de la rotación de la Tierra para explicar las mareas parecía la mejor, había que rechazarla a favor de una “consolidadísima doctrina, enseñada por personas doctísimas y eminentísimas, que es de obligación acatar”. Contemporáneamente, Salviati, portavoz de las convicciones galileanas, respaldaba que el hombre pudiera alcanzar un conocimiento sobre la creación igual al de Dios: “De los escasos ente4ndimientos que el intelecto humano, creo que el de la cognición iguala al divino en certeza objetiva, puesto que llega a comprender la necesidad, sobre la que no aparece que haya seguridad mayor”.

Justo lo contrario de lo que afirmaba el Papa. Todas las victimas de insultos y burlas de Galileo comprendieron que había llegado la hora de la venganza. El libro era un ataque a la Iglesia, a su autoridad sobre la ciencia, a su infalibilidad, y además, por estar escrito en italiano, cualquiera que supiera leer podía acceder a estas ideas subversivas y diabólicas. La condena sólo podía ser ejemplar. Galileo estuvo a punto de ser condenado a la hoguera, donde recientemente había acabado Giordano Bruno. Pero, por suerte, sintió miedo, o quizá comprendiera que la razón no vale con los locos o entendiera que no podía seguir contando con sus grandes protectores, o quizás se convenciera de que, si quería avanzar con otras ideas, valía la pena inclinar la cabeza.

Se sometió a la Iglesia y se mostró humilde y arrepentido. Pidió comprensión por su decadente vejez, pero a pesar de ello fue juzgado con vehemencia, acusado de sospecha de herejía, y fue obligado a confesar públicamente: “Maldigo y detesto los antedichos errores y herejías”. En la actualidad, diríamos que fue condenado a arresto domiciliario; su obra fue prohibida e incluida en el índice, junto a la de Copérnico y Kepler. En 1.637 perdió la vista por completo, aunque no por ello dejó de trabajar. Halló elementos de apoyo para su nuevo método y negó la física aristotélica basada en la imaginación. A pesar de su escasa salud, el trabajo que desempeñó en los últimos años de vida fue su máxima contribución a la física. Consideraciones y demostraciones matemáticas sobre dos nuevas ciencias, referidas a la mecánica y a los movimientos locales, fue su penúltima obra, donde definiciones, conceptos, teoremas, demostraciones y corolarios forman el cuerpo coherente de la nueva física, donde plantea todos los problemas que deberían afrontarse y resolverse en los decenios siguientes por sus discípulos y expertos hasta llegar a Newton.

El 8 de enero de 1642 murió. La curia romana paralizó el proyecto de construir una sepultura solemne en la capilla de la Santa Cruz de Florencia para “no escandalizar a los buenos” y “no ofender la reputación” de la Santa Inquisición. Sus obras estuvieron prohibidas hasta 1.757. Por fortuna, esta prohibición fue repetidamente trasgredida y el trabajo de Galileo devino rápidamente en fermento de nuevas y fecundas ideas.

NEWTON Y LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL.

En el mismo año en que Galileo murió, nació en Inglaterra Isaac Newton (1642-1727). El recopiló todos los conocimientos de sus predecesores y contemporáneos para diseñar el universo que conocemos. En una Inglaterra desangrada por la guerra, Newton estudió en el Colegio de la Santa Trinidad de Cambridge, donde tenía a disposición una surtida biblioteca que le permitió elaborar el método de las series infinitas que sería el primer paso hacia el cálculo infinitesimal. Pero la peste bubónica obligó a cerrar la Universidad y Newton tuvo que regresar a su pueblo, donde, en dos años, inventó el cálculo de las fluxiones (derivadas e integrales), experimento sobre los colores de la luz y desarrolló una teoría corpuscular opuesta a la ondulatoria de Huygens y Hooke e inventó el telescopio reflector.

Estaba convencido de que todos los movimientos tenían algo en común, y que si la naturaleza de los cuerpos celestes es análoga a la de la Tierra, como afirmaba Galileo, todos los cuerpos celestes debían tener una “gravedad” como la Tierra. Kepler había pensado que una fuerza magnética mantenía unidos los planetas al Sol, pero quizá fuera la Gravedad. Newton no fue el único que barajaba esta idea: Boulliau  sugería que la gravedad es proporcional a la masa e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia (1645); Hooke avanzó la hipótesis de que los planetas están sometidos a una atracción recíproca que origina su movimiento (1674) y que la atracción entre el Sol y los planetas es inversamente proporcional a la distancia que los separa (1679) pero nadie tenía las ideas tan claras y tan matemáticamente delineadas como Newton.

Así, en 1687 publicó Philosophiae Naturales Principia Mathemática (“Principios Matemáticos de la Filosofía Natural”), que introdujo la Física teórica a la ciencia, organizó de forma definitiva la Mecánica y definió la Ley de Gravitación. Este se convirtió en uno de los libros fundamentales de la historia de la humanidad. Newton constató la inevitable existencia de esta misteriosa “acción a distancia”, inaceptable desde el punto de vista filosófico. Estableció una Ley universal: Dos cuerpos se atraen con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Las leyes empíricas de Kepler son consecuencia lógica de esta ley o, incluso, podíamos decir que esta ley perfecciona la tercera ley de Kepler, porque permite evaluar la influencia de la masa en cada planeta, una precisión que Kepler olvidó a favor de la del Sol.

Negar la idea copernicana se había convertido en una tarea realmente difícil. Esta sencilla ley resolvía muchos problemas astronómicos: la forma y la velocidad de la órbita de los planetas y cometas alrededor del Sol y de los satélites alrededor de los planetas, la sucesión de equinoccios, la forma de la Tierra, los movimientos de los objetos en esta, las mareas…

Se consolidó la percepción de que todo fenómeno estaba regulado por unas pocas leyes naturales fundamentales que pueden determinarse con la observación y la experimentación, y que se traducen en sencillas fórmulas matemáticas, como avanzó Galileo. En el prefacio del tercer libro de los Principia, Newton expuso las cuatro reglas que describían esta nueva actitud:

“De las cosas naturales no deben admitirse causas más numerosas que las que son reales y suficientes para explicar los fenómenos”.

“Por ello, y mientras pueda hacerse, las mismas causas deberán atribuirse a efectos naturales del mismo fenómeno”.

“Las cualidades de los cuerpos que no pueden ser aumentadas ni disminuidas, y las que pertenecen a todos los cuerpos con los que se pueden realizar  experimentos, deberán ser consideradas cualidades de todos los cuerpos.”

“En la filosofía experimental, los supuestos obtenidos por inducción de los fenómenos, a pesar de las hipótesis contrarias, deben considerarse ciertos o tenerse en cuenta al menos hasta que aparezcan nuevos fenómenos con los que estos puedan hacerse más exactos o verse sujetos a excepciones.”

La teoría newtoniana serviría de base para el desarrollo de toda la mecánica. Ni siquiera la teoría de la relatividad conseguiría desbaratarla. Todo nuestro mundo, el Sistema solar, la Física de la Galaxia, sigue siendo  -a pequeña escala- newtoniano.

A pesar de ello, muchos rechazaron las ideas de Newton, y no solo por rivalidad personal:  Leibniz, Kant, y, Goethe fueron detractores implacables. Hegel llegó a afirmar: “Las impropiedades y las incorrecciones de las observaciones y de los experimentos […] así como la falta de solidez de éstos y, aún más, tal como Goethe ha demostrado, su mala fe […]. También cabe citar la mala calidad de los razonamientos, ilaciones y demostraciones realizadas mediante datos empíricos impuros”.

Newton, cansado de controversias, mezquindades y polémicas suscitadas tras la publicación de su teoría sobre la composición de los colores, renunció a publicar las Lecciones de óptica y se dedicó básicamente a estudios teológicos y alquímicos hasta 1684. A pesar de ello, a su muerte se le tributaron honores fastuosos.

emilio silvera