Coreografía de un par de electrones

¡Causalidad! ¡Ese Principio!

Surgió la sustancia cósmica de la que, miles de millones de años más tarde, nacería la consciencia

Eso podría explicar el origen del Big Bang, y, si la teoría es correcta, demuestra que la rápida expansión del Universo fue simple consecuencia de un cataclismo cósmico mucho mayor, la ruptura de los propios espacio y tiempo.  La energía que impulsa la expansión observada del Universo se halla entonces en el colapso del espacio-tiempo de diez dimensiones.  Según la teoría, las estrellas y las Galaxias distantes están alejándose de nosotras a velocidades astronómicas debido al colapso original del espacio y el tiempo de diez dimensiones.

Esta teoría predice que nuestro Universo sigue teniendo un gemelo enano, un universo compañero que se ha enrollado en una pequeña bola de seis dimensiones (en la escala de Planck) muy pequeña para ser observada.

Ese Universo decadimensional, lejos de ser un apéndice inútil de nuestro mundo, podría ser en última instancia, nuestra salvación. Claro que, si las galaxias siguen alejándose las unas de las otras, será la muerte térmica del universo, y, en ese escenario, ni los átomos se moveran.

          Todo quedará quieto, congelado en los -273 ºC, la Densidad Crítica que se vislumbra nos habla de la muerte térmica del Universo

Para el cosmólogo, la única certeza es que el Universo morirá un día.  Algunos creen que la muerte final del Universo llegará en la forma del big crunch. La gravitación invertirá la expansión cósmica generada por el big bang y comprimirá las estrellas y las galaxias, de nuevo, en una masa primordial.  A medida que las estrellas se contraen, las temperaturas aumentan espectacularmente hasta que toda la materia y la energía del universo están concentradas en una colosal bola de plasma ardiente que será el resultado final de la destrucción del Universo tal como lo conocemos. Esta teoría parece que ha dejado de tener “creyentes” y, casi todos los expertos se decantan por la muertetérmica. Las Galaxias se alejan las unas de las otras, el universo está en continua expansión y, el frío, se apodera más y más de todo el Cosmos, así, cuando se alcancen los -273 ºC… ‘Todo se acabará!

Todas las formas de vida serán borradas de la faz de los mundo que las pudieran contener: evaporadas por las enormes temperaturas o aplastadas, ¡qué más da! No habrá escape. Y, sabiendo lo que ahora sabemos, conociendo la historia del universo mismo que, durante miles de millones de años ha estado fabricando materiales en las estrellas para que los seres vivos conscientes pudieran venir, ¿Cómo imaginar un final así? ¿Para qué tánto trabajo y tanto tiempo perdido? Seguramente, para cuando eso puede ir llegando, si es que la inteligencia sigue aquí, habrá buscado ya la manera de escapar a tal desastre y, las especies inteligentes se salvarán saltanto a otros universos, o, incluso, ¿por qué no? viajando hacia atrás en el Tiempo, hacia otras épocas de tiempos más benignas para tener otros miles de millones de años por delante y hacer las cosas, de manera diferente. ¡Una segunda oportunidad!

                                     Bertrand Russell

Científicos y filósofos, como Charles Darwin y Bertrand Russell, han escrito lamentándose de la futilidad de nuestras míseras existencias, sabiendo que nuestra civilización morirá inexorablemente cuando llegue el fin de nuestro mundo.  Las leyes de la física, aparentemente, llevan la garantía de una muerte final e irrevocable para todas las formas de vida, inteligente o no, del Universo.

Yo, como Gerald Feinberg, físico de la Universidad de Columbia (ya desaparecido), creo que sí puede haber, quizá sólo una esperanza de evitar la calamidad final. Ese atisbo de esperanza está en nosotros mismos, es decir, si somos capaces de no destruirnos antes, si procuramos comprender los mensajes que el universo nos envía continuamente, si desvelamos secretos de la Naturaleza que nos posibilitarán para hacer cosas, ahora inimaginables, entonces y solo entonces, habrá alguna esperanza.

                     Poder escapar a universos conexos que, como el nuestro, nos de cobijo

Gerald Feinberg especuló que la vida inteligente, llegando a dominar los misterios del espacio de más dimensiones (para lo que contaba con un poderoso aliado, el Tiempo de miles de millones de años), sabría utilizar las dimensiones extras para escapar de la catástrofe del Big Crunch.  En los momentos finales del colapso de nuestro Universo, el Universo hermano se abriría de nuevo y el viaje interdimensional se haría posible mediante un túnel en el Hiperespacio hacia un Universo alternativo, evitando así la pérdida irreparable de la inteligencia de la que somos portadores.

Si algo así es posible, entonces, desde su santuario en el espacio de más dimensiones, la Humanidad, podría ser testigo de la muerte del Universo que la vio nacer y florecer.

                           Son muchas las cosas que no sabemos

Aunque la teoría de campos demuestra que la energía necesaria para crear estas maravillosas distorsiones del espacio y el tiempo está mucho más allá de cualquier cosa que pueda imaginar la civilización moderna, esto nos plantea dos cuestiones importantes:

¿cuánto tardaría nuestra civilización, que está creciendo exponencialmente en conocimiento y poder, en alcanzar el punto de dominar la teoría de hiperespacio?

¿Y qué sucede con otras formas de vida inteligente en el Universo, que puedan haber alcanzado ya este punto?

Lo que hace interesante esa discusión es que científicos serios han tratado de cuantificar el progreso de la civilización en un futuro lejano, cuando los viajes por el espacio sean una rutina en los sistemas estelares o incluso las galaxias vecinas hayan sido colonizadas.  Aunque la escala de energía necesaria para manipular el Hiperespacio es astronómicamente grande, estos científicos señalan que el crecimiento del conocimiento científico aumentara, sin ninguna duda, de forma exponencial durante los siglos y milenios próximos, superando las capacidades de las mentes humanas para captarlo (como ocurre ahora con la teoría M, parada en seco, esperando que alguien vea las matemáticas necesarias para continuar su desarrollo).

    Colaboré con el Año Internacional de la Astronomía y, por aquellos días, pude aprender muchas cosas

Somos conscientes de que el Tiempo inexorable sigue su implacable caminar y la Entropía, que sabe hacer bien su trabajo, lo transforma todo, lo que ayer era una cosa, hoy se ha convertido en otra distinsta, irreconocible, y, sin embargo, ese deterioro natural no es algo perdido, sino que, por el contrario, hasta que llega ese final, se hizo un trabajo que dará sus frutos en la mente de otros seres, en las cosas mismas que, transformadas, servirán y tendrán cometidos nuevos. Nada se pierde y todo tiene su por qué. La Naturaleza no hace nada porque sí, todo está programado y tiene un fin. Y, si eso es así (que los es), ¿que nos deparará el destino a nosotros? Habiendo llegado al nivel de cpomprensión alcanzado, no creo que el final sea el de la desaparición sin más, algo más debe estar oculto en los designios de la Naturaleza que no llegamos a comprender.

Ahora, sin temor a equivocarnos, podemos decir que tenemos en Mundo en las manos. No existen ningún rincón de la Tierra que se nos escape y con el que no podamos contactar en unos instantes. Tampoco existen aquellas largas separaciones de seres queridos en largos viajes, ni existe ningún problema para saber de alguna cosa que, incluso con imágenes podemos obtener al instante con sólo preguntar. En cuanto a los nuevos métodos de trabajo en la computación, es algo de increíblñe eficacia e impensada realidad hace sólo unos pocos años. ¿Qué decir de los nuevos materiales? La medicina ha dado un salto cualitativo gracias a los avances del CERB y el mismo LHC, los viajes espaciales ha mejorado nuestr0 confort en la vida cotidiana y del hogar…

Con el LHC queremos llegar muy lejos, tanto como al corazón del Big Bang. Sin embargo, no tiene energía suficiente para ello, y, de momento, dicen haber descubierto un Pentaquark que, vaya usted a saber que es eso. De todas las maneras, hoy por hoy, es lo mejor que tenemos para profundizar en el corazón de la materia y… ¡En algún secretillo más del Universo!

Cada 10/15 años el conocimiento científico se doblará, crecerá el cien por ciento, así que, el avance superará todas las previsiones.  Tecnologías que hoy solo son un sueño (la energía de fusión o en robótica, los cerebros positrónicos), serán realidad en un tiempo muy corto en el futuro.  Quizá entonces podamos discutir con cierto sentido la cuestión de si podremos o no ser señores del Hiperespacio.

Viaje en el tiempo.  Universos paralelos.  Ventana dimensional.

¡Sueños! Claro que, si echamos una atenta mirada a la Historia veremos que, muchos sueños se hicieron realidad.

Emilio Silvera Vázquez

El átomo de Demócrito era mucho más de lo que él, en un principio intuyó que sería. Hoy sabemos que está conformado por diversas partículas de familias diferentes: unas son bariones que en el seno del átomo llamamos nucleones, otras son leptones que giran alrededor del núcleo para darle estabilidad de cargas, y, otras, de la familia de los Quarks, construyen los bariones del núcleo y, todo ello, está, además, vigilado por otras partículas llamadas bosones intermedios de la fuerza nuclear fuerte, los Gluones que, procuran mantener confinados a los Quarks.

Pero no corramos tanto, la física atómica aún debería recorrer un largo camino para llegar a comprender la estructura que acabamos de reseñar. De los trs principales componentes del átomo -el protón, el neutrón y el electrón-, sólo el electrón había sido identificado (por J.J. Thomson, en los últimos años del siglo XIX). Nadie hablaba de energía “nuclear” pues ni siquiera se había demostrado la existencia de un núcleo atómico, y mucho menos de sus partículas constituyentes, el protón y el neutrón, que serían identificados, respectivamente, por Thomson en 1913 y James Chawick en 1932.

De importancia capital resultó conocer la existencia del núcleo y que éste, era 1/100.000 del total del átomo, es decir, casi todo el átomo estaba compuesto de espacios “vacíos” y, la materia así considerada, era una fracción infintesimal del total atómico.

Rutherford, Hans Geiger y Ernest Marsden se encontraban entre los Estrabones y Tolomeos de la cartografía atómica, en Manchester , de 1909 a 1911, sondearon el átomo lanzando corrientes de “partículas alfa” subatómicas -núcleos de helio- contra delgadas laminillas de oro, plata, estaño y otros metales. La mayoría de partículas Alfa se escapaban a través de las laminillas, pero, para sombro de los experimentadores, algunas rebotaban hacia atrás. Rutherford pensó durante largo tiempo e intensamente en este extraño resultado; era tan sorprendente, señalaba, como si una bala rebotase sobre un pañuelo de papel. Finalmente, en una cena en su casa en 1911, anunció a unos pocos amigos que había dado con una explicación: que la mayoría de la masa de un átomo reside en un diminuto núcleo masivo. Ruthertford pudo calcular la carga y el diámetro máximo del núcleo atómico. Así se supo que los elementos pesados eran más pesados que los elementos ligeros porque los núcleos de sus átomos tienen mayor masa.

Todos sabemos ahora, la función que desarrollan los electrones en el átomo. Pero el ámbito de los electrones para poder llegar a la comprensión completa, tuvo que ser explorado, entre otros, por el físico danés Niels Bohr, quien demostró que ocupaban órbitas, o capas, discretas que rodean al núcleo. (Durante un tiempo Bohr consideró el átomo como un diminuto sistema solar, pero ese análisis, pronto demostró ser inadecuado; el átomo no está rígido por la mecánica newtoniana sino por la mecánica cuántica.)

Entre sus muchos otros éxitos, el modelo de Bohr revelaba la base física de la espectroscopia. El número de electrones de un átomo está determinado por la carga eléctrica del núcleo, la que a su vez se debe al número de protones del núcleo, que es la clave de la identidad química del átomo. Cuando un electróncae  de una órbita externa a una órbita interior emite un fotón. La longitud de onda de este fotón está determinada por las órbitas particulares entre las que el electrón efectúa la transición.

Esta es la razón de que un espectro que registra las longitudes de onda de los fotones, revele los elementos químicos que forman las estrellas u otros objetos que sean estudiados por el espectroscopista. En palabras de Max Planck, el fundador de la física cuántica, el modelo de Bohr del átomo nos proporciona “la llave largamente buscada de la puerta de entrada al maravilloso mundo de la espectroscopia, que desde el descubrimiento del análisis espectral (por Fraunhoufer) había desafiado obstinadamente todos los intentos de conocerlo”.

Es curioso que, mirando en la oscura noche como brillan las estrellas del cielo, nos atrae su titilar engañoso (es la atmósfera terrestre la que hace que lo parezca) y su brillo, Sin embargo, pocos llegan a pensar en lo que verdaderamente está allí ocurriendo. Las transformaciones de fase por fusión no cesan. Esta transformación de materia en energía es consecuencia de la equivalencia materia-energía, enunciada por Albert Einstein en su famosa fórmula E=mc²; donde E es la energía resultante, m es la masa transformada en energía, y c es la velocidad de la luz (300 000 kilómetros por segundo). La cantidad de energía que se libera en los procesos de fusión termonuclear es fabulosa. Un gramo de materia transformado íntegramente en energía bastaría para satisfacer los requerimientos energéticos de una familia mediana durante miles de años.

Es un gran triunfo del ingenio humano el saber de qué, están conformadas las estrellas, de qué materiales están hechas. Recuerdo aquí a aquel Presidente de la Real Society de Londres que, en una reunión multitudinaria, llegó a decir: “Una cosa está clara, nunca podremos saber de qué están hechas las estrellas”. El hombre se vistió de gloria con la, desde entonces, famosa frase. Creo que nada, con tiempo por delante, será imposible para nosotros.

Pero, por maravilloso que nos pueda parecer el haber llegado a la comprensión de que los espectros revelan saltos y tumbos de los electrones en sus órbitas de Bohr, aún nadie podía hallar en los espectros de las estrellas las claves significativas sobre lo que las hace brillar. En ausencia de una teoría convincente, se abandonó este campo a los taxonomistas, a los que seguían obstinadamente registrando y catalogando espectros de estrellas, aunque no sabían hacia donde los conduciría esto.

En el Laboratorio de la Universidad de Harvard, uno de los principales centros de la monótona pero prometedora tarea de la taxonomía estelar, las placas fotográficas que mostraban los colores y espectros de decenas de miles de estrellas se apilaban delante de “calculadoras”, mujeres solteras en su mayoría y, de entre ellas, Henrietta Leavitt, la investigadora pionera de las estrellas variables Cefeidas que tan útiles serían a Shapley y Hubble.

Imagen de Sirio A, la estrella más brillante del cielo tomada por el Telescopio Hubble  (Créd. NASA). Sirio es la quinta estrella más cercana y tiene una edad de 300, millones de años. Es una estrella blanca de la secuencia principal de tipo espectral A1V con temperatura superficial de 10 000 K y situada a 8,6 años luz de la Tierra. Es una estrella binaria y, de ella, podríamos contar muchas historias. La estrella fue importante en las vidas de Civilizaciones pasadas como, por ejemplo, la egipcia.

Fue Cannon quien, en 1915, empezó a discernir la forma en una totalidad de estrellas en las que estaba presente la diversidad, cuando descubrió que en una mayoría, las estrellas, pertenecían a una de media docena de clases espectrales distintas. Su sistema de clasificación, ahora generalizado en la astronomía estelar, ordena los espectros por el color, desde las estrellas O blanco-azuladas, pasando por las estrellas G amarillas como el Sol, hasta estrellas rojas M. Era un rasgo de simplicidad debajo de la asombrosa variedad de las estrellas.

Pronto se descubrió un orden más profundo, en 1911, cuando el ingeniero y astrónomo autodidacta danés Ejnar Hertzsprung analizó los datos de Cannon y Maury de las estrellas de dos cúmulos, las Híades y las Pléyades. Los cúmulos como estos son genuinos conjuntos de estrellas y no meras alineaciones al azar; hasta un observador poco experimentado salta entusiasmado cuando recorre con el telescopio las Pléyades, con sus estrellas color azul verdoso enredadas en telarañas de polvo de diamante, o las Híades, cuyas estrellas varían en color desde el blanco mate hasta un amarillo apagado.

                                                                            Las Híades desde más cerca

Hertzsprung utilizó los cúmulos como muestras de laboratorio con las que podía buscar una relación entre los colores y los brillos intrínsecos de las estrellas. Halló tal relación: la mayoría de las estrellas de ambos cúmulos caían en dos líneas suavemente curvadas. Esto, en forma de gráfico, fue el primer esbozo de un árbol de estrellas que desde entonces ha sido llamado diagrama Hertzsprung-Russell.

El progreso en física, mientras tanto, estaba bloqueado por una barrera aparentemente insuperable. Esto era literal: el agente responsable era conocido como barrera de Coulomb, y por un tiempo frustró los esfuerzos de las físicos teóricos para comprender como la fusión nuclear podía producir energía en las estrellas.

La línea de razonamiento que conducía a esa barrera era impecable. Las estrellas están formadas en su mayor parte por hidrógeno. (Esto se hace evidente en el estudio de sus espectros.) El núcleo del átomo de Hidrógeno consiste en un solo protón, y el protón contiene casi toda la masa del átomo. (Sabemos esto por los experimentos de Rutherford). Por tanto, el protón también debe contener casi toda la energía latente del átomo de hidrógeno. (Recordemos que la masa es igual a la energía: E = mc².) En el calor de una estrella, los protones son esparcidos a altas velocidades -el calor intenso significa que las partículas involucradas se mueven a enormes velocidades- y, como hay muchos protones que se apiñan en el núcleo denso de una estrella, deben tener muchísimos choques. En resumen, la energía del Sol y las estrellas, puede suponerse razonablemente, implica las interacciones de los protones. Esta era la base de la conjetura de Eddintong de que la fuente de la energía estelar “difícilmente puede ser otra que la energía subatómica, la cual, como se sabe, existe en abundancia en toda materia”.

                                   Plasma en ebullición en la superficie del Sol

Hasta el momento todo lo que hemos repasado está bien pero, ¿Qué pasa con la Barrera de Coulomb? Los protones están cargados positivamente; las partículas de igual carga se repelen entre sí; y este obstáculo parecía demasiado grande para ser superado, aun a la elevada velocidad a la que los protones se agitaban en el intenso calor del interior de las estrellas. De acuerdo con la física clásica, muy raras veces podían dos protones de una estrella ir con la rapidez suficiente para romper las murallas de sus campos de fuerza electromagnéticos y fundirse en un solo núcleo. Los cálculos decían que la tasa de colisión de protones no podía bastar para mantener las reacciones de fusión. Sin embargo, allí estaba el Sol, con el rostro radiante, riéndose de las ecuaciones que afirmaban que no podía brillar.

Figura que muestra de manera artística el cambio de color cuando en una cavidad subnanométrica se produce el efecto túnel cuántico.

Afortunadamente, en el ámbito nuclear, las reglas de la Naturaleza no se rigen por las de la mecánica de la física clásica, que tienen validez para grandes objetos, como guijarros y planetas, pero pierden esa validez en el reino de lo muy pequeño. En la escala nuclear, rigen las reglas de la indeterminación cuántica.  La mecánica cuántica demuestra que el futuro del protón sólo puede predecirse en términos de probabilidades: la mayoría de las veces el protón rebotará en la Barrera de Coulomb, pero de cuando en cuando, la atravesará. Este es el “efecto túnel cuántico”; que permite brillar a las estrellas.

George Gamow, ansioso de explotar las conexiones entre la astronomía y la nueva física exótica a la que era adepto, aplicó las probabilidades cuánticas a la cuestión de la fusión nuclear en las estrellas y descubrió que los protones pueden superar la Barrera de Coulomb.

Con este mecanismo la Naturaleza encuentra el camino para sintetizar Carbono a partir del Helio

Esta historia es mucho más extensa y nos llevaría hasta los trabajos de Hans Bethe, Edward Teller y otros, así como, al famoso Fred Hoyle y su efecto Triple Alfa y otras maravillas que, nos cuentan la historia que existe desde los átomos a las estrellas del cielo.

Emilio Silvera V.

Un grupo de investigadores ha encontrado una estrella “en esencia” idéntica al Sol pero 4.000 millones de años más vieja. Según los científicos, el hallazgo ayudará a estudiar la historia y futura evolución del Sol, así como a esclarecer la relación entre la edad de una estrella y su contenido de litio.

El grupo de investigadores, liderado por astrónomos brasileños, ha utilizado el ‘Very Large Telescope’ del Observatorio Europeo del Sur para observar el astro, HIP 102152, situado a 250 años luz de la Tierra, y creen además que podría albergar planetas rocosos en su órbita.

El líder del equipo de científicos, Jorge Meléndez, ha destacado la “calidad excepcional” de los espectros que se han logrado captar de la estrella y ha explicado que, desde que se encontró el primer “gemelo solar”, se han hallado muy pocos.

Así, según el astrónomo, el descubrimiento permitirá comparar las investigaciones con otros “gemelos solares” para tratar de “responder a pregunta de qué tan especial es el Sol”.

El misterio del litio

El primer descubrimiento que ha aportado la observación de HIP 102152, la estrella más parecida al Sol a la fecha, podría ayudar a comprender por qué el contenido de litio en nuestro astro, material del que está formado, es “tan sorprendentemente bajo”.

El litio, tercer elemento de la tabla periódica, se creó en el Big Bang junto con el hidrógeno y el helio. Durante años, los astrónomos se han preguntado por qué algunas estrellas parecen tener menos litio que otras.

Según el equipo de investigadores, la observación de gemelos menores que el Sol había mostrado que la cantidad de litio de estos astros era mayor que la de la estrella más cercana a la Tierra. Ahora, gracias al nuevo descubrimiento, se ha podido advertir que la cantidad de litio de HIP 102152 es menor que el sol.

      Sí, existen estrellas con mucho más Litio que otras. En esta estrella hallaron abundancias de Litio

“Hemos descubierto que HIP 102152 posee muy bajos niveles de litio. Esto demuestra claramente, por primera vez, que los gemelos solares más antiguos efectivamente tienen menos litio que nuestro propio Sol o gemelos solares más jóvenes”, ha explicado la autora principal de la investigación, TalaWanda Monroe.

“Ahora podemos estar seguros de que las estrellas destruyen de alguna forma el litio que las compone a medida que envejecen“, ha concluido.

Publica: emilio silvera