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 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 versión b, 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 reacciones 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 bloquearía el camino a los senderos astrofísicos nubleares hacia los elementos bioquímicos necesarios para la vida.

Aquí debería estar un gráfico que no ha salido (perdonad).

Gráfico: 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 auto reproductoras 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, 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? Pero 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 en 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.

Así podríamos explicar también (siempre según Tiplez y Barrow) por qué no encontramos formas de vida extraterrestre en el universo. Si está verdaderamente avanzada, incluso para nuestros niveles, lo más probable es que sea muy pequeña, reducida a escala molecular. Entonces se junta todo tipo de ventajas. Hay mucho sitio allí: pueden mantenerse poblaciones enormes. Se puede sacar partido de la potente computación cuántica (busquen información sobre el físico teórico español Juan Ignacio Cirac, Jefe de un equipo en el Departamento de teoría en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, en las afueras de Munich). Se requiere poca materia prima y el viaje espacial resulta más fácil. Con nuestro tamaño y las naves que utilizamos para viajar al espacio exterior, tenemos el problema de la enorme cantidad de combustible necesario para lograr que la nave, venciendo la gravedad de la Tierra, logre salir al espacio exterior. La fuerza o velocidad de escape necesaria es de 11 km/s que, lógicamente, no sólo requiere una enorme cantidad de oxígeno liquido o cualquier otro material para que los motores se nutran y puedan realizar el trabajo de enorme potencia, sino que tales depósitos de combustible pueden tener una pequeña fisura que haga explotar toda la nave con sus tripulantes (ya ha pasado). Si verdaderamente existen civilizaciones adelantadas más pequeñas evitarían este y otros problemas, entre los que estaría la imposibilidad de detectarlas por otras civilizaciones de bípedos patosos que viven en planetas brillantes y ricos en materias primas y que emiten constantes ruidos de ondas de radio al espacio exterior interplanetario como llamando a estos pequeños y diminutos seres que aquí pueden encontrar, sin peligro a ser descubiertos, las fuentes que necesiten para instalar colonias que viven y observar sin ser molestadas ni observadas.

Claro que el universo observable es muy grande, 13.500 millones de años de radio a la velocidad de la luz, es mucho espacio recorrido por la expansión y de continuar así, acelerándose, el procesamiento de información tenderá a desaparecer con el tiempo. Varios grupos de observadores de investigación han reunido importantes pruebas que demuestran sin lugar a dudas que, la expansión del universo empezó a acelerarse hace sólo algunos miles de millones de años. Lo más probable es que siga expandiéndose para siempre, pero que decelere continuamente a medida que se expande. La vida sigue enfrentándose a una batalla cuesta arriba por sobrevivir indefinidamente. Necesita encontrar diferencias de temperatura, o de densidad, o de expansión del universo de las que pueda extraer energía útil haciéndolos uniformes. Si se basa en recursos minerales de energía  que  existe  localmente -estrellas muertas, agujeros negros que se evaporan, partículas elementales que se desintegran-, entonces, con el tiempo, se encara al problema al que se enfrentan inevitablemente las mismas de hoy como las minas de carbón muy explotadas en la que el coste de la extracción es superior al beneficio obtenido. Será una necesidad economizar en el uso energético y el encontrar fuentes más limpias y que sean, a ser posible, inagotables y, desde luego, la que se podría extraer de un agujero negro (teniendo tecnología adecuada) sería prácticamente imperecedera.

Finalmente, si el universo se hunde de nuevo en un Big Crunch futuro en el tiempo finito, entonces no hay esperanzas a primera vista. Con el tiempo, el universo en proceso de hundimiento se contraerá lo suficiente para que se fundan galaxias y estrellas hoy separadas por millones de años luz. De hecho, actualmente, nuestra vecina la galaxia Andrómeda se está acercando hacia nosotros, que estamos en la Vía Láctea, y ambas galaxias terminarán fundiéndose en una gran galaxia. Las temperaturas crecerán tanto que moléculas y átomos se disgregarán. Una vez más, como en el futuro lejano, la vida tiene que existir en alguna forma incorpórea abstracta, quizá entretejida en la fábrica del espacio y el tiempo. Resulta sorprendente que esta supervivencia indefinida no está descartada mientras el tiempo se defina de forma adecuada. Si el tiempo verdadero al que marcha el universo es un tiempo creado por la propia expansión, entonces es posible que un número ínfimo de “tics” de este reloj ocurra en la cantidad finita de tiempo que parece estar disponible en nuestros relojes antes de que alcance el Big Crunch.

Hay un último truco que podrían tener guardado en su manga esos supervivientes súper avanzados en universos que parecen condenados a expandirse para siempre. En 1.949, el lógico Kart Gödel, amigo y colega de Einstein en Princeton, le dio una sorpresa al demostrar que el viaje en el tiempo estaba permitido por la teoría de la gravedad de Einstein. Incluso encontró una solución a las ecuaciones de Einstein para un universo en el que esto ocurría. Hay teorías y propuestas más modernas en las que, una civilización avanzada en el futuro, podrá viajar en el tiempo a través de un agujero de gusano; para ello tendrá que conseguir material-energía exótica que impedirá el cierre de la boca de entrada del agujero (ver trabajos del físico Kip S. Thorne).

Por desgracia, el universo de Gödel no se parece en nada al universo en que vivimos. Gira muy rápidamente y está en desacuerdo con casi todas las observaciones astronómicas que se hablan. Sin embargo, los estudios de Thorne y su equipo, son más certeros y nada descabellados, sus ecuaciones sobre la posibilidad de viajar en el tiempo, al menos en teoría, son positivas y se ajustan en todo al universo en que vivimos y, en lo que al material-energía exótica requerido, parece que la fuente puede tener su origen en el conocido “Efecto Casimir”

El viaje en el tiempo, desde tiempos inmemoriales, ha sido un arma fantástica para los autores de ciencia ficción que nos mostraban paradojas tales como aquella del joven que viajó hacia atrás en el tiempo, buscó a su bisabuelo y lo mató. Dicha muerte produjo de manera simultánea que ni su abuelo, su padre ni él mismo hubieran existido nunca. Tal suceso es imposible; hay una barrera o imposibilidad física que impide esta clase de paradoja. Stephen Hawking lo ha dejado claro, estas paradojas no pueden ocurrir nunca aún en el caso de que alguna vez se consiga viajar en el tiempo.

Si pensamos con lógica, en lugar de introducir a mano una imposibilidad física, pensaremos como nos enseño Einstein en la utilidad de un espacio y un tiempo únicos y unidos en un bloque de espacio-tiempo.

Salgamos ahora fuera del espacio-tiempo y miremos lo que sucede allí.  Las historias de los individuos son trayectorias a través del bloque. Si se curvan sobre sí mismas para formar lazos cerrados entonces juzgaríamos que se ha producido un viaje en el tiempo. Pero las trayectorias son las que son. No hay ninguna historia que “cambie” al hacerla. El viaje en el tiempo nos permite ser parte del pasado pero no cambiar el pasado. Las únicas historias de viaje en el tiempo posibles son las trayectorias autoconsistentes.  En cualquier trayectoria cerrada no hay una división bien definida entre el futuro y el pasado.

Si este tipo de viaje hacia atrás en el tiempo es una vía de escape del final termodinámico del universo, y nuestro universo parece irremediablemente abocado hacia ese final, hacia ese borrador termodinámico de todas las posibilidades de procesamiento de información, entonces quizá seres súper avanzados en nuestro futuro estén ya viajando hacia atrás, hacia el ambiente cósmico benigno que proporciona el universo de nuestro tiempo.

No descarto nada.

emilio silvera

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

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

De la misma manera, Einstein, en su teoría, nos demostraba que el tiempo transcurre más lentamente si viajamos a velocidades cercanas a las de la luz.

Tal afirmación dio lugar a la conocida como paradoja de los gemelos.  Resulta que dos hermanos gemelos de 28 años de edad se han preparado, uno para arquitecto y el otro para astronauta. El hermano astronauta se dispone a realizar un viaje de inspección hasta Alfa Centauri y su hermano se queda en la Tierra esperando su regreso.

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

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

Aunque parezca increíble, esa es la realidad comprobada.

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

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

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

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

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

Ya hemos comentado antes que los elementos complejos se forman en las estrellas que, desde el hidrógeno, helio, litio, berilio, carbono, neón, etc, hasta el uranio, sin las estrellas no existirían… y nosotros tampoco, ya que nuestra forma de vida está basada en el carbono, un material que tiene su origen en las estrellas.

Cuestiones tan básicas como estas son ignoradas por la inmensa mayoría del común de los mortales que, en la mayor parte de los casos tiene una información errónea y deformada de las cosas que se han transmitido de unos a otros de oída, sin base científica alguna y, generalmente, confundiendo los términos y los conceptos.

En EEUU, por ejemplo, se realizó una encuesta entre la gente de la calle y una enorme mayoría desconocía que el universo está en expansión, que la Tierra se mueve a 30 km/s, y cuáles son los nucleones (partículas) que forman los núcleos de los átomos. Muy pocos contestaron el nombre del grupo de galaxias al que pertenece la nuestra, la Vía Láctea, y tampoco supieron contestar a qué distancia se encontraba nuestra vecina, la galaxia Andrómeda, o simplemente a qué distancia estamos nosotros del centro de nuestra galaxia, qué diámetro mide ésta o cuántas estrellas contiene.

En ese examen del conocimiento básico sobre el lugar donde nos encontramos o cómo funciona el Sol, los examinados se llevaron a sus casas (como diría Aznar) un cero patatero. Lástima, pero así son las cosas, y lo grave es que el resultado de la encuesta habría sido el mismo en cualquier parte.  A la inmensa mayoría de las veces en que alguien expone conocimientos científicos, ocurre lo mismo, no va nadie del pueblo llano, ni por curiosidad y, de ser así (he sido testigo), a los diez minutos están bostezando. A esta mayoría, la inteligencia les persigue, pero ellos son mucho mas rápidos.

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

Como dijo Kart Raimund Popper, filósofo británico de origen austriaco (Viena, 1902 – Croydon, 1.994) que realizó sumas importantes trabajos en el ámbito de la metodología de la ciencia: “cuanto más profundizo en el saber de las cosas, más consciente soy de lo poco que sé. Mis conocimientos son finitos pero, mi ignorancia, es infinita“.

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

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

Siempre habrá gente que se preocupe por los demás y harán el trabajo necesario para sacarles las castañas del fuego. Esa gente a la que me refiero, son los “chiflados” científicos, siempre en las nubes todos ellos, y no como los políticos “tan pendiente siempre de solucionar nuestros problemas”.

Pero dejemos el tema de la política para evitar que esto termine como  el rosario de la aurora. Contemplando lo que ocurre, la desfachatez de los gobernantes que retuercen la ley para hacernos creer que esta dice todo lo contrario que pretendía el legislador al promulgarla, para así conseguir sus fines particulares y de partido a costa de dar una patada al trasero del bien general. Contemplando esto, digo, me entrar ganas, asqueado, de realizar un viaje en el tiempo y desaparecer de este mezquino, injusto e hipócrita momento.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Los dos físicos, Hawking y Thorne, muy amigos, tienen una apuesta sobre el tema. ¿Quién la ganará? Puede suceder que la respuesta llegue cuando ninguno de los dos exista.

Thorne, a petición de su amigo Carl Sagan, le asesoró en la novela “Contact” que en el cine interpretó Jodie Foster, y en la que una experta astrónoma buscaba contactar con inteligencia extraterrestre y lo consigue, recibiendo los planos para la construcción de una maquina del tiempo mediante el agujero de gusano de Thorne.

La película está conseguida y el objetivo perseguido también; un mensaje de lo que, en un futuro (aún lejano) podría ser posible.

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

emilio silvera.

Lo gracioso de todo esto es que Stephen Hawking, que discrepa de la propuesta de Kip. S. Thorne, ha propuesto una nueva teoría de agujeros de gusano que es incluso más fantástica. En lugar de conectar el presente y el pasado, Hawking propone utilizar agujeros de gusano ¡para conectar nuestro universo con un número infinito de universos paralelos!

Lo curioso y asombroso de estas propuestas, al parecer fantásticas, es que están bien apoyadas por ecuaciones matemáticas muy bien sentadas en los métodos ortodoxos de la ciencia, y ninguno de los dos proponentes, ni Hawking ni Thorne, son ningunos tontos, sino que, por el contrario, tienen un sólido prestigio dentro de la comunidad científica donde son muy respetados por un serio historial profesional de reconocimiento mundial.

Y ambos nos están hablando de viajar en el tiempo.

Por mi parte, con lo poco que sé, tengo más que suficiente. Algún día lejos en el futuro podremos, como vaticinan estos dos grandes físicos de hoy, viajar en el tiempo del mañana.

Está claro que todos estos temas futuristas son semillas de grandes controversias entre los físicos que, en todo lo nuevo que surge redividen en dos grupos, los que están a favor y los que no lo están.

Lo mismo ocurre con las nuevas teorías y, la de supercuerdas y más perfeccionada, la llamada teoría M,  también tienen sus detractores. La primera controversia en salir a la luz contra la teoría de cuerdas entre las discusiones entre físicos teóricos es aquella que, por comparación con el Modelo Estándar (que explica interacciones y partículas) cuyas predicciones han sido comprobadas en el laboratorio, el nuevo modelo en el marco de las supercuerdas, no da esa posibilidad, ya que no se han logrado que las predicciones que formula la teoría se puedan comprobar mediante experimentos que requieren disponer de una energía de Planck, 10¹⁹ GeV, cuando hoy la energía disponible en los aceleradores es de 10³ GeV y los efectos de gravitación cuántica no aparecen en los laboratorios de física de partículas. Hoy día es totalmente impensable disponer de tales energías para poder verificar la teoría de cuerdas que exige descender en el microcosmos hasta 10^-33 cm, la longitud de Planck que está dada por , donde G es la constante gravitacional, ћ es la constante de Planck racionalizada y c la velocidad de la luz. El valor de la longitud de Planck es del orden de 10^-35 m (veinte órdenes de magnitud menor que el tamaño del protón 10^-15 m). Para llegar a esa longitud, se necesitan 10¹⁹ GeV, energía que nuestra tecnología actual es incapaz de facilitarnos.

Esta dificultad física de comprobar las predicciones que hace la teoría de supercuerdas, mantiene un frente belicoso en su contra, a pesar de que son muchos los que están a favor.

Particularmente creo que los detractores de la teoría de cuerda son físicos frustrados que son incapaces de abrir sus mentes al futuro. Siempre existieron científicos así, especializados – por envidia – en tratar de quitar importancia a los logros de los demás y, la mayoría de las veces, por no tener capacidad para entenderlo. Todos los grandes logros de la física pasaron por tales pruebas, como la “herejía cuántica”, la “ralentización del tiempo” de la relatividad especial, y otros grandes descubrimientos de la física que, como los de Max Planck y Einstein, al principio no fueron totalmente entendidos por algunos y, aunque sin conseguirlo, trataron de sepultar dichas ideas.  Menos mal que ese grupo especializado en negarlo todo y experto en poner pegas, en realidad aún tiene éxito; si no fuera así ¿dónde estaríamos ahora? La Iglesia recluyó a Galileo y retiró todos los libros en los que se decía que nuestro mundo se movía alrededor del Sol.

¿Qué sería de la cosmología actual sin ? Es la ecuación de Einstein donde es el tensor energía-momento que mide el contenido de materia-energía, mientras que es el Tensor de curvatura de Riemann contraído que nos dice la cantidad de curvatura presente en el hiperespacio.

La cosmología estaría 100 años atrás sin esta ecuación.

Los físicos teóricos realizan un trabajo impagable. Con imaginación desbordante efectúan continuamente especulaciones matemáticas referidas a las ideas que bullen en sus mentes. Claro que, de tener éxito, no sería la primera vez que descubrimientos teóricos en la ciencia física terminan dando en el claro y dejando al descubierto de manera espectacular lo que realmente ocurre en la naturaleza. Los ejemplos son muchos:

• Planck, con su cuanto de acción, h, que trajo la mecánica cuántica.
• Einstein, con sus dos versiones de la relatividad que nos descubrió un universo donde la velocidad estaba limitada a la de la luz, donde la energía estaba escondida, quieta y callada, en forma de masa, y donde el espacio y el tiempo se curva y distorsiona cuando están presentes grandes objetos estelares. Además, nos dijo la manera de conseguir que el tiempo transcurriera más lentamente  y nos avisó de la existencia de agujeros negros.
• Heisemberg nos abrió los ojos hacia el hecho de que nunca podríamos saberlo todo al mismo tiempo, su Principio de Incertidumbre dejó al descubierto nuestras limitaciones.
• Schrödinger, con su función de onda probabilística, que por medio de una ecuación matemática nos ayuda a encontrar la situación de una partícula.
• P. Dirac, el físico teórico y matemático que predijo la existencia de la antimateria. Poco después de publicar su idea, descubrieron el positrón.
• Así podríamos continuar elaborando una lista interminable de logros científicos que comenzaron con simples especulaciones deducidos de la observación sumada a la imaginación.

Uno de los problemas ligados a las supercuerdas y que más resalta es el que tiene que ver con la propia pequeñez de las cuerdas, esos infinitesimales objetos vibrantes. Mientras más pequeño es algo, más difícil es de ver. Estas cuerdas son tan pequeñas que nuestra actual tecnología no es suficiente para bajar a esa escala microscópica para permitirnos experimentar en esas dimensiones; la energía necesaria para ello (como ya dije antes) no está a nuestro alcance en el mundo actual. Esa es la frustración de sus creadores y adeptos; no pueden demostrarla o ver si están equivocados. En la ciencia, no basta con sólo una bonita teoría bien elaborada y de fascinante presencia; hay que ir más allá, experimentar y comprobar con certeza lo que nos está diciendo.

La teoría es avanzada y tiene problemas que se encuentran dentro de los enunciados de sus propios conceptos. Para desarrollar su formulación es necesario aplicar al menos diez dimensiones y, en algunos casos, se ha llegado hasta un número de veintiséis: sólo vemos tres dimensiones de espacio y una de tiempo, el resto de dimensiones adicionales están enroscadas en el límite de Planck e invisibles para nosotros, ya que en el Big Bang, las dimensiones que podemos ver se expandieron, mientras que las otras permanecieron compactadas. Hay numerosas explicaciones que tratan de decirnos el motivo de que estas dimensiones permanecieran en su estado primitivo, pero ninguna parece muy convincente.

Sin embargo, y a pesar de tantos inconvenientes, cada día que pasa la teoría M tiene más adictos. Parece la única candidata seria a que algún día se convierta en la teoría de Todo. En ella encontramos todas las fuerzas, explica todas las partículas y la materia, la relatividad, la mecánica cuántica y también la luz; están allí presentes, perfectamente encajadas en una perfecta simetría y sin que surjan infinitos sin sentido como ocurre otras teorías. Es la esperanza de muchos, la llave que necesitamos para abrir la puerta hacia el futuro.

En el universo en que vivimos, nada desaparece; con el tiempo se cumplen los ciclos de las cosas y se convierten en otra distinta, es un proceso irreversible.

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?

emilio silvera

Me preocupa, cuando escribo, que lo que estoy contando pueda aburrir al posible lector.  En mi caso, que no superviso de manera previa mis pensamientos y tal como nacen los escribo, es posible que, en alguna ocasión pueda aburrir o ser un rollo.  Pido perdón por ello (por si acaso).

Volviendo a la página primera y rememorando los avances que la Humanidad logró en los últimos tiempos, caigo en la cuenta de que, poco a poco hemos sido capaces de identificar una colección de números mágicos y misteriosos arraigados en la regularidad de la experiencia.

¡Son las constantes de la Naturaleza!

Dan al Universo su carácter distintivo y lo hace singular, distinto a otros que podría, nuestra imaginación, inventar.

Estos números misteriosos, a la vez que dejan al descubierto nuestros conocimientos, también dejan al desnudo nuestra enorme ignorancia sobre el Universo que nos acoge.  Pues, las medimos con una precisión cada vez mayor y modelamos nuestros patrones fundamentales de masa y tiempo alrededor de su invariancia, no podemos explicar sus valores.

Nunca nadie ha explicado el valor numérico de ninguna de las constantes de la Naturaleza. ¿Os acordáis del 137? Ese número puro, adimensional que guarda los secretos del electrón (e) de la luz (c) y del cuanto de acción (h).

Hemos descubierto otras nuevas, hemos relacionado las viejas y hemos entendido su papel crucial para hacer que las cosas sean como son, pero la razón de sus valores sigue siendo un secreto profundamente escondido.

Buscar esos secretos profundamente ocultos, implica que, necesitamos desentrañar la teoría más profunda de todas y la más fundamental de las leyes de la Naturaleza: Definir si las constantes que las definen están determinadas y conformadas por alguna consistencia lógica superior o si, por el contrario, sigue existiendo un papel para el azar.

Si estudiamos atenta y profundamente las constantes de la Naturaleza, nos encontramos con una situación muy peculiar.  Mientras parece que ciertas constantes estuvieran fijadas, otras tienen espacio para ser distintas de las que son y algunas no parecen afectadas por ninguna otra cosa del o en el Universo.

¿ Llegaron estos valores al azar?

¿ Podrían ser realmente distintos?

¿Cuán diferentes podrían ser para seguir albergando la existencia de seres vivos en el Universo?

En 1.986, el libro The Anthropic Cosmológicas Principle, exploraba las diez maneras conocidas en que la vida en el Universo era sensible a los valores de las Constantes Universales.  Universos con constantes ligeramente alteradas nacerían muertos, privados del potencial para desarrollar y sostener la complejidad que llamamos vida.

En la literatura científica puede encontrarse todo tipo de coincidencias numéricas que involucran a los valores de las constantes de la Naturaleza.

He aquí algunas de las formulas propuestas (ninguna tomada en serio) para la constante de estructura fina.

Valor experimental: 1/a = 137,035989561….

En primer lugar, ha habido intentos de “demostrar” que 1/a es igual a las siguientes expresiones que utilizan una extensión especulativa de física conocida:

• Lewis y Adams…. 1/a = 8p(8p⁵/15)^1/3 = 137, 384
• Eddington………….. 1/a = (16²- 16)/2+16-1 = 137
• Wiler………………….. 1/a = (8p⁴/9)(2⁴5!/p⁵)^¼ = 137,036082
• Aspden y Eagles.. 1/a = 108p(8/1.843)^1/6 = 137,035915

Por supuesto, si la teoría M da al fin con una determinación del valor de 1/a podría parecerse perfectamente a una de estas fórmulas especulativas.  Sin embargo, ofrecería un amplio y constante edificio teórico del que seguiría la predicción.

También tendría que haber, o mejor que hacer, algunas predicciones de cosas que todavía no hemos medido; por ejemplo, las siguientes cifras decimales de 1/a, que los futuros experimentadores podrían buscar y comprobar con medios más adelantados que las que ahora tenemos, a todas luces, insuficientes en tecnología y potencia.

Todos estos ejercicios de juegos mentales numéricos, se acercan de manera impresionante al valor obtenido experimentalmente pero el premio para el ingenio persistente le corresponde a Gary Adamson, cuya muestra de 137-logía se mostraron en numerosas publicaciones.

Estos ejemplos tienen al menos la virtud de surgir de algún intento de formular una teoría de electromagnetismo y partículas.  Pero hay también matemáticas “puros” que buscan cualquier combinación de potencias de números pequeños y constantes matemáticas importantes, como p, que se aproxime al requerido 137,035989561……   He aquí algún ejemplo de este tipo:

• Robertson………….  1/a = 2^-19/43^10/35^17/4p^-2 = 137,03594
• Burger………………..  1/a = (137²+p²)^1/2 = 137, 0360157

Ni siquiera el gran físico teórico Werner Heisemberg pudo resistirse a la ironía o irónica sospecha de que:

“En cuanto al valor numérico supongo que 1/a = 2⁴ 3³/p“

Arthur Eddington, uno de los más grandes astrofísicos del siglo xx, y una notable combinación de lo profundo y lo fantástico, más que cualquier figura moderna, fue el responsable impulsor de poner en marcha los inacabables intentos de explicar las constantes de la Naturaleza mediante auténticas proezas de numerología pura.  Él también advirtió un aspecto nuevo y espectacular de las constantes de la Naturaleza.

“He tenido una visión muy extraña, he tenido un sueño; supera el ingenio del hombre decir que sueño era: el hombre no es más que un asno cuando tiene que exponer este sueño.  Se llamará el sueño del fondo, porque no tiene fondo.“

A.S. Eddington

“El conservadurismo recela del pensamiento, porque el pensamiento en general lleva a conclusiones erróneas, a menos que uno piense muy, muy intensamente.“

Roger Scruton

Hay que prestar atención a las coincidencias.  Uno de los papeles, o mejor de los aspectos más sorprendentes en el estudio del Universo astronómico durante el siglo xx ha sido el papel (ahora si) desempeñado por la coincidencia: que existiera, que fuera despreciada y que fuera reconocida: que existiera, que fuera despreciada y que fuera reconocida.  Cuando los físicos empezaron a apreciar el papel de los constantes en el dominio cuántico y a explorar y explotar la nueva teoría de la Gravedad de Einstein para describir el Universo en conjunto, las circunstancias eran las adecuadas para que alguien tratara de unirlas.

Entró en escena Arthur Eddington: un extraordinario científico que había sido el primero en descubrir cómo se alimentaban las estrellas a partir de reacciones nucleares.  También hizo importantes contribuciones a nuestra comprensión de la galaxia, escribió la primera exposición sistemática de la teoría de la relatividad general de Einstein y fue el responsable de revificar, en una prueba decisiva, durante un eclipse de Sol, la veracidad de la teoría de Einstein en cuanto a que el campo gravitatorio del Sol debería desviar la luz estelar que venía hacia la Tierra en aproximadamente 1,75 segundos de arco cuando pasaba cerca de la superficie solar, y así resulto.

Albert Einstein y Arthur Stanley Eddington, se conocieron y se hicieron amigos.  Se conservan fotos de los dos juntos conversando sentados en un banco del jardín de Eddington en el año 1.939, don se fueron fotografiados por la hermana del dueño de la casa.

Aunque Eddington era un hombre tímido con pocas dotes para hablar en público, sabía escribir de forma muy bella, y sus metáforas y analogías aún las utilizan los astrónomos que buscan explicaciones gráficas a ideas complicadas.  Nunca se casó y vivió en el Observatorio en Cambridge, donde su hermana cuidaba de él y de su anciana madre.

Eddington creía que a partir del pensamiento puro sería posible deducir leyes y constantes de la Naturaleza y predecir la existencia en el Universo de cosas como estrellas y Galaxias.

¡ Se está saliendo con la suya !

Entre los números de Eddington que él consideraba importante y que se denomino “numero de Eddington”, que es igual al número de protones del Universo visible.  Eddington calculó (amano) este número enorme y de enorme precisión en un crucero trasatlántico (ya lo he contado otras veces), concluyendo con esta memorable afirmación:

“Creo que en el Universo hay 15.747.724.136.275.002.577.605.653.968.181.555.468.

044.717.914.527.116.709.366.231.425.076.185.631.031.296 protones y el mismo número de electrones.“

Este número enorme, normalmente escrito NEdd, es aproximadamente igual a 10⁸⁰.  Lo que atrajo la atención de Eddington hacia él era el hecho de que debe ser un número entero, y por eso en principio puede ser calculado exactamente.

Durante la década de 1.920, cuándo Eddington empezó su búsqueda para explicar las constantes de la Naturaleza, no se conocían  bien las fuerzas débil y fuerte de la Naturaleza, y las únicas constantes dimensionales de la física que sí se conocían e interpretaban con confianza eran las que definían la Gravedad y las fuerzas electromagnéticas.

Eddington las dispuso en tres grupos o tres puros números adimensionales.  Utilizando los valores experimentales de la época, tomó la razón entre las masas del protón y electrón:

m_pr/m_{e ≈ 1840,}

la inversa de la constante de estructura fina

2phc/e²≈ 137

Y la razón entre la fuerza gravitatoria y la fuerza electromagnética entre un electrón y un protón,

2²/Gm_pr m_{e ≈} 10⁴⁰

A estas unió o añadió su número cosmológico, N Edd ≈ 10⁸⁰.

A estos cuatro números los llamó “las constantes últimas”, y la explicación de sus valores era el mayor desafió de la ciencia teórica:

¿Son estas cuatro constantes irreducibles, o una unificación posterior de la Física demostrará que alguna o todas ellas pueden ser prescindibles ?

¿Podrían haber sido diferentes de lo que realmente son?

De momento con certeza, nadie ha podido contestar a estas dos preguntas que, como tantas otras, están a la espera de esa Gran teoría Unificada del Todo que, por fín, nos brinde las respuestas tan esperadas y buscadas por todos los grandes físicos del mundo

¡Es todo tan complejo!

¿Acaso es sencillo y no sabemos verlo?

emilio silvera

Cosmos, Constante gravitacional y Consciencia.-

Una parte de la ciencia estudia la estructura y la evolución del Universo: La cosmología.

La cosmología observacional se ocupa de las propiedades físicas del Universo, como su composición física referida a la química, la velocidad de expansión y su densidad, además de la distribución de Galaxias y cúmulos de galaxias.  La cosmología física intenta comprender estas propiedades aplicando las leyes conocidas de la física y de la astrofísica.  La cosmología teórica construye modelos que dan una descripción matemática de las propiedades observadas del Universo basadas en esta comprensión física.

La cosmología también tiene aspectos filosóficos, o incluso teológicos, en el sentido de que trata de comprender por qué el Universo tiene las propiedades observadas.

La cosmología teórica se basa en la teoría de la relatividad general, la teoría de Einstein de la gravitación.  De todas las fuerzas de la naturaleza, la gravedad es la que tiene efectos más intensos a grandes escalas y domina el comportamiento del Universo en su conjunto.

El espacio-tiempo, la materia contenida en el Universo con la fuerza gravitatoria que genera y, nuestras mentes que tienen conocimientos de que todo esto sucede.

De manera que, nuestro consciente (sentimos, pensamos, queremos obrar con conocimiento de lo que hacemos), es el elemento racional de nuestra personalidad humana que controla y reprime los impulsos del inconsciente, para desarrollar la capacidad de adaptación al mundo exterior.

Al ser conscientes, entendemos y aplicamos nuestra razón natural para clasificar los conocimientos que adquirimos mediante la experiencia y el estudio que aplicamos a la realidad del mundo que nos rodea.

Claro que, no todos podemos percibir la realidad de la misma manera, las posibilidades existentes de que el conocimiento de esa realidad responda (responda) exactamente a lo que ésta es en sí, no parece fácil.

Descartes, Leibniz, Locke, Berkeley, Hume (que influyó decisivamente en Kant), entre otros, construyeron una base que tomó fuerza en Kant, para quien el conocimiento arranca o nace de nuestras experiencias sensoriales, es decir, de los datos que nos suministra nuestros cinco sentidos, pero no todo en él procede de esos datos.  Hay en nosotros dos fuentes o potencias distintas que nos capacitan para conocer, y son la sensibilidad (los sentidos) y el entendimiento (inteligencia).  Esta no puede elaborar ninguna idea sin los sentidos, pero éstos son inútiles sin el entendimiento.

A todo esto, para mí, el conocimiento está inducido por el interés.  La falta y ausencia de interés aleja el conocimiento.  El interés puede ser de distinta índole: científico, social, artístico, filosófico, etc.  (La gama es tan amplia que existen conocimientos de todas las posibles vertientes o direcciones, hasta tal punto es así que, nunca nadie lo podrá saber todo sobre todo). Cada uno de nosotros puede elegir sobre los conocimientos que prefiere adquirir y la elección está adecuada a la conformación individual de la sensibilidad e inteligencia de cada cual.

También se da el caso de personas que prácticamente, por cuestiones genéticas o de otra índole, carecen de cualquier interés por el conocimiento del mundo que les rodea, sus atributos sensoriales y de inteligencia funcionan a tan bajo rendimiento que, sus comportamientos son casi-animales (en el sentido de la falta de racionalidad), son guiados por la costumbre y las necesidades primarias: comer, dormir…

El polo opuesto lo encontramos en múltiples ejemplos de la historia de la ciencia, donde personajes como Newton, Einstein, Riemann, Ramanujan y tantos otros (cada uno en su ámbito del conocimiento), dejaron la muestra al mundo de su genio superior.

Pero toda la realidad está encerrada en una enorme burbuja a la que llamamos Universo y que encierra todos los misterios y secretos que nosotros, seres racionales y conscientes, persiguen.

Todo el mundo sabe lo que es la conciencia; es lo que nos abandona cada noche cuando nos dormimos y reaparece a la mañana siguiente cuando nos despertamos.  Esta engañosa simplicidad me recuerda lo que William James escribió a finales del siglo XIX sobre la atención:”Todo el mundo sabe lo que es la atención; es la toma de posesión por la mente, de una forma clara e intensa, de un hilo de pensamiento de entre varios simultáneamente posibles”.  Más de cien años más tarde somos muchos los que creemos que seguimos sin tener una comprensión de fondo ni de la atención, ni de la conciencia que, desde luego, no creo que se marche cuando dormimos, ella no nos deja nunca.

La falta de comprensión ciertamente no se debe a una falta de atención en los círculos filosóficos o científicos.  Desde que René Descartes se ocupara del problema, pocos han sido los temas que hayan preocuado a los filósofos tan persistentemente como el enigma de la conciencia.

Para Descartes, como para James más de dos siglos después, ser consciente era sinónimo de “pensar”: el hilo de pensamiento de James no era otra cosa que una corriente de pensamiento. El cogito ergo sum, “pienso, luego existo”, que formuló Descartes como fundamento de su filosofía en Meditaciones de prima philosophía, era un reconocimiento explícito del papel central que representaba la conciencia con respecto a la ontología (qué es) y la epistemología (qué conocemos y cómo le conocemos).

Claro que tomado a pie juntillas, “soy consciente, luego existo”, nos conduce a la creencia de que nada existe más allá o fuera de la propia conciencia y, por mi parte, no estoy de acuerdo.   Existen muchísimas cosas y hechos que no están al alcance de mi conciencia.  Unas veces por imposibilidad física y otras por imposibilidad intelectual, lo cierto es que son muchas las cuestiones y las cosas que están ahí y, sin embargo, se escapan a mi limitada conciencia.

Todo el entramado existente alrededor de la conciencia es de una complejididad enorme, de hecho, conocemos mejor el funcionamiento del Universo que el de nuestros propios cerebros.

¿Cómo surge la conciencia como resultado de procesos neuronales particulares y de las interacciones entre el cerebro, el cuerpo y el mundo?

¿Cómo pueden explicar estos procesos neuronales las propiedades esenciales de la experiencia consciente ?

Cada uno de los estados conscientes es unitario e indivisible, pero al mismo tiempo cada persona puede elegir entre un número ingente de estados conscientes distintos.

Muchos han sido los que han querido explicar lo que es la conciencia.  En 1.940, el gran neurofisiólogo Charles Sherrington lo intentó y puso un ejemplo de lo que él pensaba sobre el problema de la conciencia.  Unos pocos años más tarde también lo intentaron otros y, antes, el mismo Bertrand Russell hizo lo propio, y, en todos los casos, con más o menos acierto, el resultado no fue satisfactorio, por una sencilla razón: nadie sabe a ciencia cierta lo que en verdad es la conciencia y cuales son sus verdaderos mecanismos; de hecho, Russell expresó su escepticismo sobre la capacidad de los filósofos para alcanzar una respuesta:

“Suponemos que un proceso fisico da comienzo en un objeto visible, viaja hasta el ojo, donde se convierte en otro proceso físico en el nervio óptico y, finalmente, produce algún efecto en el cerebro al mismo tiempo que vemos el objeto donde se inició el proceso; pero este proceso de ver es algo “mental”, de naturaleza totalmente distinta a la de los procesos físicos que lo preceden y acompañan.  Esta concepción es tan extraña que los metafísicos han inventado toda suerte de teorías con el fin de sustituirla con algo menos increíble”.

Está claro que en lo más profundo de ésta consciencia que no conocemos, se encuentran todas las respuestas planteadas o requeridas mediante preguntas que nadie ha contestado.

Al comienzo mencionaba el cosmos y la gravedad junto con la consciencia y, en realidad, con más o menos acierto, de lo que estaba tratando era de hacer ver que todo ello, es la misma cosa.  Universo-Galaxia-Mente.  Nada es independiente en un sentido global, sino que son partes de un todo y están estrechamente relacionados.

Una Galaxia es simplemente una parte pequeña del Universo, nuestro planeta es, una mínima fracción infinitesimal de esa Galaxia, y, nosotros mismos, podríamos ser comparados (en relación a la inmensidad del cosmos) con una colonia de bacterias pensantes e inteligentes.  Sin embargo, todo forma parte de lo mismo y, aunque pueda dar la sensación engañosa de una cierta autonomía, en realidad todo está interconectado y el funcionamiento de una cosa incide directamente en las otras.

Pocas dudas pueden caber a estas alturas de que, el hecho de que podamos estar hablando de estas cuestiones, es un milagro en sí mismo.

Después de millones y millones de años de evolución, se formaron las conciencias primarias que surgieron en los animales conciertas estructuras cerebrales de cierta (aunque limitadas) complejidad que, podían ser capaces de construir una escena mental, pero con capacidad semántica o simbólica muy limitada y careciendo de un verdadero lenguaje.

La conciencia de orden superior (que floreció en los humanos y presupone la coexistencia de una conciencia primaria) viene acompañada de un sentido de la propia identidad y de la capacidad explícita de construir en los estados de vigilia escenas pasadas y futuras.  Como mínimo, requiere una capacidad semántica y, en su forma más desarrollada, una capacidad lingüística.

Los procesos neuronales que subyacen en nuestro cerebro son en realidad desconocidos y, aunque son muchos los estudios y experimentos que se están realizando, su complejidad es tal que, de momento, los avances son muy limitados.  Estamos tratando de conocer la máquina más compleja y perfecta que existe en el Universo.

Si eso es así, resultará que después de todo, no somos tan insignificantes como en un principio podría parecer, y solo se trata da tiempo. En su momento y evolucionadas, nuestras mentes tendrán un nivel de conciencia que estará más allá de las percepciones físicas tan limitadas.  Para entonces, sí estaremos totalmente integrados y formando parte, como un todo, del Universo que ahora presentimos.

El carácter especial de la conciencia me hace adoptar una posición que me lleva a decidir que no es un objeto, sino un proceso y que, desde este punto de vista, puede considerarse un ente digno del estudio científico perfectamente legítimo.

La conciencia plantea un problema especial que no se encuentra en otros dominios de la ciencia.  En la Física y en la Química se suele explicar unas entidades determinadas en función de otras entidades y leyes.  Podemos describir el agua con el lenguaje ordinario, pero podemos igualmente describir el agua, al menos en principio, en términos de átomos y de leyes de la mecánica cuántica.  Lo que hacemos es conectar dos niveles de descripción de la misma entidad externa (uno común y otro científico de extraordinario poder explicativo y predictivo.  Ambos niveles de descripción) el agua líquida, o una disposición particular de átomos que se comportan de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica (se refiere a una entidad que está fuera de nosotros y que supuestamente existe independientemente de la existencia de un observador consciente.

En el caso de la conciencia, sin embargo, nos encontramos con una simetría.  Lo que intentamos no es simplemente comprender de qué manera se puede explicar las conductas o las operaciones cognitivas de otro ser humano en términos del funcionamiento de su cerebro, por difícil que esto parezca.  No queremos simplemente conectar una descripción de algo externo a nosotros con una descripción científica más sofisticada.  Lo que realmente queremos hacer es conectar una descripción de algo externo a nosotros (el cerebro), con algo de nuestro interior: una experiencia, nuestra propia experiencia individual, que nos acontece en tanto que observadores conscientes.  Intentamos meternos en el interior o, en la atinada ocurrencia del filósofo Tomas Negel, saber qué se siente al ser un murciélago.  Ya sabemos qué se siente al ser nosotros mismos, qué significa ser nosotros mismos, pero queremos explicar por qué somos conscientes, saber qué es ese “algo” que no s hace ser como somos, explicar, en fin, cómo se generan las cualidades subjetivas experienciales.  En suma, deseamos explicar ese “Pienso, luego existo” que Descartes postuló como evidencia primera e indiscutible sobre la cual edificar toda la filosofía.

Ninguna descripción, por prolija que sea, logrará nunca explicar cabalmente la experiencia subjetiva.  Muchos filósofos han utilizado el ejemplo del color para explicar este punto.  Ninguna explicación científica de los mecanismos neuronales de la discriminación del color, aunque sea enteramente satisfactorio, bastaría para comprender cómo se siente el proceso de percepción de un color.  Ninguna descripción, ninguna teoría, científica o de otro tipo, bastará nunca para que una persona daltónica consiga experimentar un color.

En un experimento mental filosófico, Mary, una neurocientífica del futuro daltónica, lo sabe todo acerca del sistema visual y el cerebro, y en particular, la fisiología de la discriminación del color.  Sin embargo, cuando por fin logra recuperar la visión del color, todo aquel conocimiento se revela totalmente insuficiente comparado con la auténtica experiencia del color, comparado con la sensación de percibir el color.  John Locke vio claramente este problema hace mucho tiempo.

Pensemos por un momento que tenemos un amigo ciego al que contamos lo que estamos viendo un día soleado del mes de abril: El cielo despejado, limpio y celeste, el Sol allí arriba esplendoroso y cegador que nos envía su luz y su calor, los árabes y los arbustos llenos de flores de mil colores que son asediados por las abejas, el aroma y el rumor del río, cuyas aguas cantarinas no cesan de correr transparentes, los pajarillos de distintos plumajes que lanzan alegres trinos en sus vuelos por el ramaje que se mece movido por una brisa suave, todo esto lo contamos a nuestro amigo ciego que, si de pronto pudiera ver, comprobaría que la experiencia directa de sus sentidos ante tales maravillas, nada tiene que ver con la pobreza de aquello que le contamos, por muy hermosas palabras que para hacer la descripción empleáramos.

La mente humana es tan compleja que, no todos ante la misma cosa, vemos lo mismo.  Nos enseñan figuras y dibujos y nos piden que digamos (sin pensarlo) la primera cosa que nos sugiere.  De entre diez personas solo coinciden tres, los otro siete divergen en la apreciación de lo que el dibujo o la figura les sugiere.

Esto nos viene a demostrar la individualidad de pensamiento, el libre albedrío para decidir.   Sin embargo, la misma prueba, realizada en grupos de conocimientos científicos similares y específicos: Físicos, matemáticos, químicos, etc.  hace que el número de coincidencias sea más elevada, más personas ven la misma respuesta al problema planteado.  Esto nos sugiere que, la mente, está en un estado virgen que cuenta con todos los elementos necesarios para dar respuestas pero que necesita experiencias y aprendizaje para desarrollarse.

¿ Debemos concluir entonces que una explicación científica satisfactoria de la conciencia queda para siempre fuera de nuestro alcance

¿ O es de alguna manera posible romper esa barrera, tanto teórica como experimental, para resolver las paradojas de la conciencia ?

emilio silvera

La mente humana es tan compleja que, no todos ante la misma cosa, vemos lo mismo.  Nos enseñan figuras y dibujos y nos piden que digamos (sin pensarlo) la primera cosa que nos sugiere.  De entre diez personas solo coinciden tres, los otro siete divergen en la apreciación de lo que el dibujo o la figura les sugiere.

Esto nos viene a demostrar la individualidad de pensamiento, el libre albedrío para decidir.   Sin embargo, la misma prueba, realizada en grupos de conocimientos científicos similares y específicos: Físicos, matemáticos, químicos, etc.  hace que el número de coincidencias sea más elevada, más personas ven la misma respuesta al problema planteado.  Esto nos sugiere que, la mente, está en un estado virgen que cuenta con todos los elementos necesarios para dar respuestas pero que necesita experiencias y aprendizaje para desarrollarse.

¿ Debemos concluir entonces que una explicación científica satisfactoria de la conciencia queda para siempre fuera de nuestro alcance

¿ O es de alguna manera posible romper esa barrera, tanto teórica como experimental, para resolver las paradojas de la conciencia ?

Comienza II

La respuesta a estas y otras preguntas, en mi opinión, radica en reconocer nuestras limitaciones actuales en este campo del conocimiento complejo de la mente, y, como en la Física cuántica, existe un principio de incertidumbre que, al menos de momento (y creo que en muchos cientos de años), nos impide saberlo todo sobre los mecanismos de la conciencia y, aunque podremos ir contestando a preguntas parciales, alcanzar la plenitud del conocimiento total de la mente no será nada sencillo, entre otras razones está el serio inconveniente que su ponemos nosotros mismos, ya que, con nuestro que hacer podemos, en cualquier momento, provocar la propia destrucción.

Una cosa si está clara: ninguna explicación científica de la mente podrá nunca sustituir al fenómeno real de lo que la propia mente pueda sentir.

¿ Cómo se podría comparar la descripción de un gran amor con sentirlo, vivirlo física y sensorialmente hablando ?

Hay cosas que no pueden ser sustituidas, por mucho que los analistas y especialistas de publicidad y maketin se empeñen,  lo auténtico siempre será único.

Precisamente de ahí surge el dicho: “nadie escarmienta por cabeza ajena”.  Para aprender necesitamos equivocarnos nosotros mismos, el error de otros no nos vale.

Nunca será lo mismo lo que nos han contado que lo que hemos vivido.  Bien es verdad que existen parcelas del conocimiento que son puramente teóricas y se aprenden sin necesidad de práctica alguna.

Estoy totalmente convencido de que, de alguna manera, nuestras mentes, están conectadas con el cosmos del que formamos parte.  Estamos aquí y nos parece de lo más natural, nunca nos paramos a pensar en cómo fue eso posible, en cómo surgió el milagro.  A partir de la materia “inerte” evolucionada surgen entes pensantes y vivos, ¿ cómo es posible tal maravilla ? Hay que pensar (lo he referido en muchas ocasiones) que, el material del que estamos hecho (Nitrógeno, Carbono, etc), se fabricó en las estrellas a partir del elemento más simple, el Hidrógeno que, evolucionado a materiales más complejos llegaron hasta nuestro Sistema Solar primitivo en formación para formar parte del Planeta Tierra en el que, bajo ciertas condiciones atmosféricas y de radiación cósmica, dio lugar al nacimiento de aquella primera célula capaz de reproducirse que evolucionó hasta nosotros.

Estamos hecho de energía pura fabricada en las estrellas y nuestras mentes evolucionan formando parte de un Universo en constante expansión del que, sin que nos demos cuenta, recibimos continuos mensajes que nos mantiene conectados a esa fuerza invisible que nos hace pensar para descubrir su frente.

En algún momento breve, he tenido la sensación de tener en mi mente la solución a un pensamiento continuado sobre un problema científico que me preocupa y quisiera conocer.  La sensación de ese saber, de tener esa respuesta deseada, es fugaz, pasa con la misma rapidez que llegó.  Me deja inquieto y decepcionado, estaba a mi alcance y no se dejó atrapar.  Me ocurre con cierta frecuencia con distintos temas que me rondan por la cabeza.  Sin embargo, esa luz fugaz del saber aparece y se va sin dejar rastro en mi mente que me permita, a partir de una simple huella, llegar al fondo de la cuestión origen del fenómeno.

La mente humana es una maravilla.  Esas sensaciones que antes he mencionado, y, que en mí, llegan y se van sin dejar huellas, son las mismas que sintieron Galileo, Kepler, Newton, Planck o Einstein, lo único diferente es que en ellas, la sensación no fue tan fugaz, se quedó el tiempo suficiente en sus mentes como para que pudieran digerir el mensaje y comunicar al mundo lo que les había transmitido.  Así, a fogonazos de luz del saber, avanza la Humanidad.

Nadie ha podido explicar nunca como llegan esos fogonazos de luz del conocimiento a unas pocas mentes elegidas.

El cerebro se cuenta entre los objetos más complicados del Universo y es sin duda una de las estructuras más notables que haya producido la evolución. Hace mucho tiempo, cuando aún no se conocía la neurociencia, se sabía ya que el cerebro es necesario para la percepción, los sentimientos y los pensamientos.

En tanto que objeto y sistema, el cerebro humano es muy especial: su conectividad, su dinámica, su forma de funcionamiento, su relación con el cuerpo y con el mundo, no se parece a nada que la conciencia conozca.  Su carácter único hace que el ofrecer una imagen del cerebro se convierta en un reto extraordinario.  Aunque todavía estamos lejos de ofrecer una imagen completa del cerebro, si podemos ofrecer retazos y datos parciales de algunos de sus complicados mecanismos.  Sin embargo, carecemos de información para generar una teoría satisfactoria de la conciencia.

Estamos tratando de algo que pesa 1 kg aproximadamente y que contiene unos cien mil millones de células nerviosas o neuronas, generando continuamente emociones, etc.

¡ Algo grandioso !  ¿ Pero sabemos encausarlo ?

Pero debemos confiar en nosotros mismos, en ese cerebro que aún no conocemos y que, en abril de 2.003, por ejemplo, nos llevó a completar con éxito la secuenciación de 3.000 millones de letras de A D N presentes en el genoma humano.

Precisamente,  ese conocimiento, se puede ver como un manual de instrucciones reconvertible en el libro de medicina más potente imaginable.  Parece que ahí está el futuro de la salud humana: La Genética.  El reto que tenemos por delante consiste en adoptar la forma correcta en que se deben leer los contenidos de todas esas páginas que contienen la secuenciación de los 3.000 letras de A D N, y comprender el modo de cómo funcionan juntas las distintas partes para encausar la salud y la enfermedad humanas.

La consecuencia más importante de todo esto es que se ha abierto la puerta a un alentador y enorme (aunque complejo) paisaje biológico nuevo.  Su exploración necesitará de pensamientos creativos y nuevas ideas.

Hace 30 años, todo esto era un sueño, nadie se atrevía a pensar siquiera con que este logro sería posible algún día ¡secuenciar 3000 millones de gratos de A D N!

Sin embargo, aquí viene la contradicción o paradoja, el cerebro que aún no conocemos, lo ha hecho posible.

La genómica es una auténtica promesa para nuestra salud, pero necesitaremos algunos saltos cuánticos en la velocidad y la eficacia de la secuenciación del A D N.

Está claro sin embargo que, dadas todas las dimensiones del ser humano, que incluyen aspectos tanto materiales como espirituales, será necesario mucho, mucho, mucho tiempo, para llegar a conocer por completo todos los aspectos complejos encerrados en nuestro interior.

El adelanto que se producirá en las próximas décadas estará y será más visible en el aspecto biológico y la curación de enfermedades como el cáncer y otras nefastas como el Sida que asolan nuestro mundo.  El conocimento de la Psique, de nuestra propia conciencia, será mucho más lento.

Hay que tener en cuenta que primero debemos tener un conocimiento completo de los primates, tal conocimiento nos proporcionaría luz sobre lo que convierte en únicos a los seres humanos.  Al decir únicos me refiero al hecho diferenciador de la conciencia y, desde luego, lo circunscribo al planeta Tierra, ya que, referido a todo el Universo,  seguro que no somos “tan únicos”.

Casi todas las enfermedades que nos aquejan están y tienen su origen los genes, otras dolencias, están relacionadas con el entorno en el que vivimos, la forma de vida elegida por nosotros mismos    (tabaco, alcohol, droga, etc.), y una parte de los trastornos que padecemos (los más difíciles de curar), están situados en nuestras mentes, las más desconocidas.

Así que, si el conocimiento sobre el genoma está en el buen camino y, según todos los indicios, algún día, podremos tener las respuestas que aún nos falta, el problema más serio está en ese gran desconocido que llamamos cerebro y que es el responsable de dirigir y ordenar todos y cada uno de los movimientos que se generan en el resto de nuestro cuerpo.  Allí arriba está la central eléctrica que lo pone todo en marcha. ¿Pero de qué mecanismos se vale? Precisamente esa es la explicación que nadie ha podido dar.

Pero todo evoluciona con el tiempo que transcurre, todo va cambiando (nuestros conocimientos también).

Hace unos veinte millones de años, durante el Mioceno, la Tierra vivió unas condiciones climáticas paradisíacas.  Los casquetes polares, con una emplazamiento distinto del actual, apenas eran una pequeñas manchas de hielo; el nivel de los mares era mucho más elevado que en la actualidad, y la mayor parte de los lugares que ahora ocupan las ciudades y las playas en las que pasamos las vacaciones estaban cubiertos por los océanos.  El agua del mar era como la que hoy podemos encontrar en los trópicos.  El mundo de finales del Mioceno era, por lo tanto, un mundo muy diferente del nuestro: con distintos olores, con extraños sonidos y ni siquiera el cielo de hace veinte millones de años era parecido al que hoy podemos contemplar en una noche cualquiera.  Las constelaciones de estrellas eran de otras formas y mostraban configuraciones distintas de las que ahora están allá arriba.  Muchas de las estrellas que hoy admiramos en las noches de cielo despejado aún no habían aparecido y otras que entonces brillaban ya no existen.

Pongo este ejemplo de algo que conozco para mostrar los cambios irreversibles que se producen a medida que avanza la línea del tiempo.  Al igual que se produjeron en nuestro mundo, se producirán en nuestros conocimientos, nuestro nivel de conciencia también, de manera irreversible, evoluciona.  A medida que a nuestro cerebro llegan nuevos datos sobre cuestiones muy diversas, éste los va reciclando, ordenándolos, interrelacionándolos y finalmente clasificándoles de manera tal que, los tiene dispuestos para conectarlos a nuevos datos y nuevas informaciones que, por distintos medios, naturales o artificiales aparecen para sumarse a las que ya existen, y de esta forma, hemos ido avanzando, desde aquella materia “inerte” a la materia compleja y pensante que somos los seres vivos inteligentes.

Pero en el ejemplo que antes puse de hace veinte millones de años, nuestros antepasados más cercanos ni habían aparecido.  Más tarde, interminables selvas húmedas estaban pobladas por una vegetación exuberante, por plantas y árboles gigantescos, cuajadas de una interminable variedad de especies vegetales que embriagaban el aire caliente y húmedo con mil aromas.  Pululaban y bullían en ellas miles de insectos diferentes y las habitaban reptiles diversos, desde pequeñas lagartijas hasta gigantescas serpientes.  Los dinosaurios habían desaparecido muchos millones de años antes y, en su lugar, numerosas aves y mamíferos vegetarianos se alimentaban de los inagotables recursos que ofrecían los bosques.  Una muchedumbre de depredadores prosperaban alimentándose de los herbívoros, bien alimentados y abundantes.

emilio silvera

Pero en el ejemplo que antes puse de hace veinte millones de años, nuestros antepasados más cercanos ni habían aparecido.  Más tarde, interminables selvas húmedas estaban pobladas por una vegetación exuberante, por plantas y árboles gigantescos, cuajadas de una interminable variedad de especies vegetales que embriagaban el aire caliente y húmedo con mil aromas.  Pululaban y bullían en ellas miles de insectos diferentes y las habitaban reptiles diversos, desde pequeñas lagartijas hasta gigantescas serpientes.  Los dinosaurios habían desaparecido muchos millones de años antes y, en su lugar, numerosas aves y mamíferos vegetarianos se alimentaban de los inagotables recursos que ofrecían los bosques.  Una muchedumbre de depredadores prosperaban alimentándose de los herbívoros, bien alimentados y abundantes

Comienzaq III

En aquellas selvas, los simios se encontraban en su paraiso. Las condiciones climáticas eran las más adecuadas para el desarrollo tranquilo y sin grandes sobresaltos.

Se puede suponer, por lo tanto, que habitaban un bosque que aún era espeso, con algunos claros, y abundante en frutas y vegetales blandos, aunque el enfriamiento progresivo que se venía produciendo en esos últimos miles de años y las catastróficas modificaciones geológicas tuvieron que reducir la disponibilidad de los alimentos habituales de estos simios.

El Ardipithecus ramidus no abandonaba nunca sus selvas.  Como los monos antropomorfos de hoy, debía tratarse de una especie muy poco tolerante a los cambios ambientales.   Todo apunta a que se auto-confinaban en la búsqueda de la comodidad fresca y húmeda y la fácil subsistencia que les proporcionaba sus bosques y nunca traspasaban los límites: en la linde se encontraba, para él, el fin del mundo, la muerte.

Estos antepasados nuestros son, de entre todos los homínidos fósiles, los que más se parecen a los monos antropomorfos que viven en la actualidad.  Su cerebro era como el de un chimpancé actual: de una capacidad de 400 cm³ aproximadamente.  Sus condiciones físicas estaban totalmente adaptadas al medio, con piel cubierta de pelo fuerte y espeso, impermeable, adaptadas al clima lluvioso y la humedad ambiental, en donde el sudor era totalmente ineficaz para refrigerar el cuerpo.

El equipo sensorial de estos antepasados nuestros debía de ser como el de todos los primates.  Predominaba el sentido de la vista más que el del olfato: en el bosque, el hecho de ver bien es más importante que el de tener una gran capacidad olfativa.  Una buena visión de los colores les permitía detectar las frutas multicolores en las umbrías bóvedas de la selva.  El sentido del oído tampoco debía de estar muy desarrollado: contaban con orejas de pabellones pequeños que no tenían la posibilidad de modificar su orientación.  En cambio, poseían un refinado sentido del gusto, ya que en su dieta tenían cabida muchos sabores diferentes; de ahí deriva el hecho de que cuando nos resfriamos y tenemos la nariz atascada los alimentos pierdan su sabor.

A pesar de su escasa capacidad cerebral, es posible que en ocasiones se sirviera de algún utensilio, como alguna rama para defenderse, y de un palito para extraer insectos de sus escondites, y hasta utilizara piedras para partir semillas. El uso de estas herramientas no era premeditado, sino que acudían a él de manera instintiva en el momento que no necesitaban y luego no conservaba el utensilio, sencillamente los abandonaban para buscar otro nuevo en la próxima ocasión.

Con el paso de los años fueron evolucionando y transformándose físicamente, perdiendo sus enormes colmillos, el pelo, la forma simiesca de desplazarse.  El cambio climático introdujo una modificación ecológica y trajeron dificultades para encontrar alimentos lo que hizo que los individuos de esa especie de simios estuvieran permanentemente amenazados de muerte.  En consecuencia, las ventajas genéticas de adaptación al medio les trajeron variaciones como la ya mencionada reducción de los caminos, se convertían en algo decisivo para que llegaran a hacerse adultos con un óptimo desarrollo y que se reprodujeran más y con mayor eficacia.

La existencia dejó de ser idílica para estar rodeada de riesgos que, constantemente, amenazaban sus vidas por los peligrosos depredadores que acechaban desde el cielo, desde el suelo o desde las propias ramas de los árboles en los que el Ardipithecus ramidus pasaba la totalidad de su existencia.

Pasaron un par de millones de años, el planeta continuó evolucionando junto con sus pobladores y, según los indicios encontrados en las sabanas del este de África,  allí vivieron unos homínidos que tenían el aspecto y el cerebro de un chimpancé de hoy.  Caminaban sobre dos pies con soltura, aunque sus brazos largos sugieren que no despreciaban la vida arbórea; eran los Australopithecus.  De una hembra de Austrolopithecus aferensis que se paseaba por la actual Etiopía hace tres millones de años poseemos un esqueleto completo: Lucy.

Sabemos que la selección natural sólo puede producirse si hay variación.  La variación supone que los descendientes, si bien pueden tener muchos caracteres comunes con sus padres, nunca son idénticos a ellos.  La selección natural actúa sobre estas variaciones favoreciendo unas y eliminando otras, según si proporcionan o no ventajas para la reprodución; las que sobreviven y se reproducen son las que están mejor dotados y mejor se adaptan al entorno.  Estas variaciones vienen dadas por mutación (inapreciable en su momento) y por recombinación de genes y mezclas enriquecedoras de la especie.  Ambos procesos, en realidad se rigen exclusivamente por el azar, es decir, ocurren independientemente de que los resultados sean o no beneficiosos para los individuos, cuando se producen.

Los cambios ecológicos y climáticos progresivos, junto con la aparición casual de unas afortunadas mutaciones, permitieron que unos simios como los antes mencionados Ardipithecus ramidus se transformaran a lo largo de miles de años en los Australopithecus afarensis.  El segundo peldaño en la escalera de la evolución del hombre se había superado: la bipedestación.  Esta ventaja evolutiva les permitió adaptarse a sus nuevas condiciones ambientales, no solo proporcionándoles una mayor movilidad por el suelo, sino liberando sus manos para poder acarrear alimentos y consumirlos en un lugar seguro. Hay que tener en cuenta que, al desplazarse erguidos, estos homínidos regulaban mejor su temperatura corporal en las sabanas ardientes porque exponían menos superficie corporal al sol abrasador.  También podían percibir con mayor antelación el peligro.  Por supuesto, estos cambios positivos, también incidieron en el despetar de sus sentidos.

Correr para salvarse desarrolló sus pulmones y el corazón, los peligros y la necesidad agudizó su ingenio y su mente se fue desarrollando, apareció la extrañeza por lo desconocido, lo que mucho más tarde sería curiosidad.

El tiempo siguió transcurriendo miles de años, los siglos se amontonaban unos encima de otros, cientos de miles de años hasta llegar al año 1.500.000 antes de nuestra era, y seguiremos en África.

Al iniciar la época denominada Pleistoceno, hace un millón ochocientos mil años, el mundo entró en un periodo aún más frío que los anteriores en el que comenzaban a sucederse una serie de periodos glaciales, separados por fases interglaciares más o menos largas.  Cerca de los polos de la Tierra, los periodos glaciales ocasionaron la acumulación de espesas capas de hielo a lo largo de los miles de años en que persistió el frío más intenso; luego, en los miles de años siguientes que coincidieron con una fase más calida, los hielos remitieron algo, aunque no desaparecieron por completo.

En las latitudes más bajas, como en el este africano, la mayor aridez del clima favoreció que prosperara un tipo de vegetación hasta entonces desconocido, más propio de las zonas desérticas.  También se incrementaron las sabanas de pastos, casi desprovistas de árboles, semejantes a las praderas, las estepas o las pampas actuales.

A lo largo del millón y medio de años transcurridos desde que Lucy se paseaba por África habían surgido numerosas especies de homínidos, algunas de las cuales prosperaron durante cientos de miles de años y luego desaparecieron.

Por aquellos tiempos habitaba la zona del este de África el primer representante del género Homo:

El Homo habilis, un antecesor mucho más próximo a nosotros que cualquiera de las anteriores especies, con una capacidad craneal de entre 600 y 800 cm³ y que ya era capaz de fabricar utensilios de piedra, aunque muy toscos.  Es conveniente tener en cuenta que la aparición de una nueva especie no tiene por qué coincidir necesariamente con la extinción de la precedente.  En realidad, muchas de estas especies llegaron a convivir durante miles de años.

Las peripecias de estos personajes por sobrevivir llenarían varios cientos de libretas como estas y, desde luego, no es ese el motivo de lo que aquí queremos explicar, más centrado en hacer un repaso desde los orígenes de nuestros comienzos hasta nuestros días y ver que la evolución del conocimiento es imparable, desde las ramas de los árboles y los gruñidos, hemos llegado hasta la Mecánica Cuántica y la Relatividad General que, mediante sofisticadas matemáticas nos explican el mundo en el que vivimos, el Universo al que pertenecemos, y las fuerzas que todo lo rigen para crear la materia.

Pero continuemos.  En dos millones de años de evolución se dobló el volumen cerebral desde los 450 cm³ del Australopithecus aferensis hace cuatro millones de años hasta los 900 cm³ del Homo ergaster.  Es un misterio cómo se llegó a desarrollar nuestro cerebro con una capacidad de 1.300 cm³ y una complejidad estructural tan sorprendente como se comentaba en las primeras páginas de este trabajo.

Pero también resulta un misterio cómo fue posible que nuestro cerebro evolucionara a la velocidad a la que lo hizo: en apenas tres millones de años el volumen cerebral pasó de 450 a 1.300 cm³.  Esto representa un crecimiento de casi 30 mm³ por siglo de evolución.  Si consideremos una duración media de treinta años para cada generación, han pasado unas cien mil generaciones desde Lucy hasta nosotros, lo que supone un crecimiento medio de 9 mm³ de encéfalo por cada generación.

El aumento del volumen del cerebro es una especialización como la de cualquier otro órgano, y la selección natural favoreció el crecimiento encefálico porque proporcionó ventajas de supervivencias y reproducción en el nicho ecológico de los homínidos.  Tradicionalmente, a la hora de abordar la cuestión de la evolución del cerebro se plantean grandes cuestione: ¿Para qué necesitaron nuestros antecesores un cerebro grande ? ¿Por qué la evolución desarrolló una estructura que permite sembrar una huerta, componer una sinfonía, escribir una poesía o inventar un tensor métrico que nos permita operar con dimensiones curvas del espacio ?

Estas y otras muchas preguntas, nunca tienen una respuesta científica convincente.  Eso sí, sabemos que nuestro cerebro es un lujo evolutivo, la herramienta más delicada, compleja y precisa jamás creada en la biología.

El cerebro es un órgano que consume mucha energía y posee una elevada actividad metabólica.  El cerebro humano tiene una actividad metabólica varias veces mayor de lo esperado para un primate de nuestro mismo peso corporal: consume entre un veinte y un veinticinco por 100 del gasto energético en reposo (metabolismo basal), en comparación con el ocho a diez por 100 de consumo energético para los primates.  Además, el cerebro es exquisito y muy caprichoso en cuanto al combustible que utiliza para producir energía; no le sirve cualquier cosa.  En situaciones normales el cerebro sólo consume glucosa y utiliza 100 gr. de este azúcar cada día, la cual procede de los hidratos de carbono ingeridos con los alimentos vegetales.  Sólo en casos extrema necesidad, por ejemplo cuando llevamos varios días sin comer hidratos de carbono, el cerebro recurre a su combustible alternativo, un sucedáneo, que son los cuerpos cetónicos que proceden de las grasas.

A causa de estas peculiaridades metabólicas del tejido cerebral, su funcionamiento entraña un importante consumo de recursos y gasta una notable cantidad de combustible metabólico.  Estos valores aumentan si consideramos el precio del desarrollo del cerebro; el cerebro de un recién nacido representa el doce por 100 del peso corporal y consume alrededor del sesenta por 100 de la energía del lactante.  Una gran parte de la leche que mama un niño se utiliza para mantener y desarrollar su cerebro.

Está claro que el cerebro necesita energía.  Sin embargo, no quiere decir que cuanto más comamos más crecerá y más inteligentes seremos.  El cerebro crece porque se ejercita, es el órgano pensante de nuestro ser, allí se elaboran todas las ideas y se fabrican todas las sensaciones, y, su mecanismo se pone en marcha para buscar soluciones a problemas que se nos plantean, para estudiar y comprender, asimilar nuevos conceptos, emitir teorías y plantear cuestiones complejas sobre múltiples cuestiones que el ser humano maneja en los distintos ámbitos del saber científico y técnico o simplemente de conocimientos especializados de la actividad cotidiana.  Todo esto, hace funcionar al cerebro, a veces al límite de sus posibilidades, exigiéndole más de lo que es capaz de dar y exprimiendo su energía hasta producir agotamiento mental.

Esta actividad, sobre todo en las ramas de las matemáticas, la física, y la química (está comprobado), es lo que hace crecer más a nuestro cerebro que, en el ejercicio de tales actividades, consumen, de manera selectiva la energía necesaria para tal cometido de una máxima exigencia intelectual que  requiere manejar conceptos de una complejidad máxima que no todos los cerebros están capacitados para asimilar, ya que, se necesita una larga y cuidada preparación durante años y, sobre todo, que el cerebro esté capacitado para asimilarla.

Así que, el cerebro crece por que lo hacemos trabajar y lo educamos, no porque nos atraquemos de comer. Hay animales que consumen enormes cantidades de alimentos y tienen cerebros raquíticos.

El deseo de saber, eso sí que agranda el cerebro.

En 1891, sir Arthur Seit enunció que en los primates existe una relación inversa entre el tamaño del cerebro y el del intestino: “Un primate no puede permitirse tener a la vez un sistema digestivo grande y un cerebro también grande”.

En 1995, L. Aiello y P.Wheeler, completaron este principio formulando la llamada “Hipótesis del órgano costoso”.  En ella se establece que, dado que el cerebro es uno de los órganos más costosos desde el punto de vista metabólico, un aumento del volumen cerebral sólo sería posible a cambio de reducir el tamaño y la actividad de otro órgano con similar consumo de energía.  ¿Pero cuál es este órgano ?  El otro sistema que consume tanta energía como el cerebro es el aparato digestivo.  El intestino puede reducirse a lo largo de la evolución porque su tamaño, en una determinada especie, depende de la calidad de la alimentación que esa especie ingiera.  Una alimentación de alta calidad es la que se digiere con facilidad y libera mayor cantidad de nutrientes y energía por unidad de trabajo digestivo invertido.

La alimentación a base de plantas es de más baja calidad que la dieta a base de carne, por eso una forma de aumentar la calidad dietética de una alimentación es incrementar la cantidad de comida de procedencia animal (huevos, carne, insectos, pescados, reptiles, etc.

Cuando se comparan las proporciones de volumen de cerebro y de aparato digestivo en humanos y en chimpancés en términos energéticos se obtiene  un resultado concluyente: la energía ahorrada por la reducción del tamaño del intestino en humanos es aproximadamente del mismo orden que el coste energético adicional de su mayor cerebro.

Así, según estas teorías, la expansión cerebral que se produjo durante la evolución desde nuestros antecesores hasta el hombre sólo fue energéticamente posible mediante una reducción paralela del tamaño del aparato digestivo

emilio silvera

Sí, nosotros también hemos llegado a saber que con el paso del tiempo, aumenta la entropía y las cosas cambian. Sin embargo, algunas cosas no cambian, continúan siempre igual, sin que nada les afecte. Esas, precisamente, son las constantes de la naturaleza que, desde mediados del siglo XIX, comenzó a llamar la atención de físicos como George Johnstone Stoney (1826 – 1911, Irlanda).

Parece, según todas las trazas, que el universo, nuestro universo, alberga la vida inteligente porque las constantes de la naturaleza son las que aquí están presentes, cualquier ligera variación en alguna de estas constantes habría impedido que surgiera la vida en el planeta que habitamos. El universo con las constantes ligeramente diferentes habría nacido muerto, no se hubieran formado las estrellas ni se habrían unido los quarks para construir nucleones (protones y neutrones) que formaran los núcleos que al ser rodeados por los electrones construyeron los átomos que se juntaron para formar las moléculas y células que unidas dieron lugar a la materia.  Esos universos con las constantes de la naturaleza distintas a las nuestras, estarían privados del potencial y de los elementos necesarios para desarrollar y sostener el tipo de complejidad organizada que nosotros llamamos vida.

Nadie ha sabido responder a la pregunta de si las constantes de la naturaleza son realmente constantes o llegará un momento en que comience su transformación. Hay que tener en cuenta que para nosotros, la escala del tiempo que podríamos considerar muy grande, en la escala de tiempo del universo podría ser ínfima. El universo, por lo que sabemos, tiene 13.500 millones de años. Antes que nosotros, el reinado sobre el planeta correspondía a los dinosaurios, amos y señores durante 150 millones de años, hace ahora de ello 65 millones de años.  Mucho después, hace apenas 2 millones de años, aparecieron nuestros antepasados directos que, después de una serie de cambios evolutivos desembocó en lo que somos hoy.

Todo ello pudo suceder como consecuencia de que, 200 millones de años después del Big Bang se formaron las primeras estrellas que, a su vez, dieron lugar a las primeras galaxias.

El material primario del universo fue el hidrógeno, el más sencillo y simple de los elementos que componen la tabla periódica. Hoy día, 13.500 millones de años después, continúa siendo el material más abundante del universo junto al helio.

Para hacer posible el resurgir de la vida, hacían falta materiales mucho más complejos que el hidrógeno; éste era demasiado simple y había que fabricar otros materiales que, como el carbono, el hidrógeno pesado, el nitrógeno, oxígeno, etc, hicieran posible las combinaciones necesarias de materiales diferentes y complejos que, al ser bombardeados por radiación ultravioleta y rayos gammas provenientes del espacio, diera lugar a la primera célula orgánica que sería la semilla de la vida.

¿Quién, entonces, fabricó esos materiales complejos si en el universo no había nadie?

Buena pregunta. Para contestar tengo que exponer aquí algunas características de lo que es una estrella, de cómo se puede formar, como puede ser, y cuál será su destino final. Veamos:

Lo que conocemos como estrella es una bola de gas luminosa que, durante una etapa de su vida, produce energía por la fusión nuclear del hidrógeno en helio. El término estrella, por tanto, no sólo incluye estrellas como el Sol, que están en la actualidad quemando hidrógeno, sino también protoestrellas, aún en formación y no lo suficientemente calientes como para que dicha combustión nuclear haya comenzado, y también varios tipos de objetos más evolucionados como estrellas gigantes y supergigantes, que están quemando otros combustibles nucleares, o las enanas blancas y las estrellas nucleares, que están formadas por combustible nuclear gastado.

Las estrellas se forman a partir de enormes nubes de gas y polvo que a veces tienen hasta años-luz de diámetro.  Las moléculas de polvo, unidas a las de los gases, se rozan y se ionizan, se calientan y la  nube comienza a girar lentamente. El enorme conglomerado, poco a poco se va juntando y la temperatura aumenta. Tal enormidad de materia crea una fuerza gravitatoria que hace contraerse la nube sobre sí misma; su diámetro y su temperatura en el núcleo es tal que se produce la fusión de los protones de hidrógeno que se transforman en un material más complejo, el helio, y ese es el momento en que nace la estrella que, a partir de ahí, puede estar miles de millones de años brillando y produciendo energía termonuclear.

La masa máxima de las estrellas puede rondar las 120 masas solares, es decir, ser 120 veces mayor que nuestro Sol, y por encima de este límite sería destruida por la enorme potencia de su propia radiación. La masa mínima para poder ser una estrella se fija en 0′08 masas solares; por debajo de ella, los objetos no serían lo suficientemente calientes en sus núcleos como para que comience la combustión del hidrógeno y se convertirían en enanas marrones. Las luminosidades de las estrellas varían desde alrededor de medio millón de veces la luminosidad del Sol para las más calientes hasta menos de la milésima de la del Sol para las enanas más débiles. Aunque las estrellas más prominentes visibles a simple vista son más luminosas que el Sol, la mayoría de las estrellas son en realidad más débiles que éste y, por tanto, imperceptibles a simple vista.

Como he dicho antes, el brillo de las estrellas (la luz y el calor) es el resultado de la conversión de masa en energía (E = mc²), por medio de reacciones nucleares, las enormes temperaturas de millones de grados de su núcleo, hace posible que los protones de los átomos del hidrógeno se fusionen y se conviertan en átomos de helio. Por cada kilogramo de hidrógeno quemado de esta manera, se convierten en energía aproximadamente siete gramos de masa. De acuerdo con la famosa ecuación de Einstein (arriba reseñada), los siete gramos equivalen a una energía de 6′3 × 10¹⁴ julios. Las reacciones nucleares no sólo aportan la luz y el calor de las estrellas, sino que también producen elementos pesados, más complejos que el hidrógeno y el helio que, posteriormente, son  distribuidos por el universo, cuando al final de la estrella, esta explota en supernova, lanzando sus capas exteriores al espacio que de esta forma, deja “sembrado” de estos materiales el “vacio” estelar.

Las estrellas pueden clasificarse de muchas maneras. Una manera es mediante su etapa evolutiva: en presecuencia principal, secuencia principal*,  gigante, supergigante, enana blanca, estrella de neutrones y agujeros negros.  Estas últimas son la consecuencia del final de sus vidas como tales estrellas, convirtiéndose en objetos estelares de una u otra clase en función de sus masas originales. Estrellas como nuestro Sol, al agotar el combustible nuclear se transforman en gigantes rojas, explotan en novas y finalmente quedan como enanas blancas. Si la masa es mayor serán estrellas de neutrones, y si aún son mayores, su final está en agujeros negros.

Otra clasificación es a partir de sus espectros, que indican su temperatura superficial. Otra manera es en poblaciones I, II y III, que engloban estrellas con abundancias progresivamente menores de elementos pesados, indicando paulatinamente una mayor edad. También evolución estelar y magnitudes aparentes y absolutas y el tipo espectral con la distancia en a. L., es otra de las clasificaciones.

Después de estas clasificaciones genéricas tenemos otras mas particulares y definidas referidas a estrellas binarias, estrellas capullo, con baja velocidad, con envoltura, con exceso de ultravioleta, de alta velocidad, de baja luminosidad, de baja  masa, de bario, de bariones, de campo, de carbono, de circonio, de estroncio, de helio, estrella de la población I extrema, de la población intermedia, de la rama gigante asintótica, estrella de litio, de manganeso, de manganeso-mercurio y, viceversa, estrella de metales pesados, de neutrones*, estrellas de quarks (hipotética con densidad intermedia entre la estrella de neutrones y el agujero negro), estrella de referencia, de silicio, de tecnecio, de tiempo intermedio, de tipo tardío, de tipo temprano, estrella del polo, estrella doble, estrella enana, estándar, evolucionada, etc.

La variedad de estrellas es grande y para los estudiosos fascinantes.  Tal diversidad es debida a la evolución que desde su formación tiene cada tipo de estrella en función de su masa y de los gases y polvo cósmico que la forman y los que se crean en su núcleo (horno solar) a miles de millones de grados de temperatura capaces de transformar materiales simples como el hidrógeno hacia una gama más compleja y pesada que, finalmente, mediante la explosión de supernova (más temperatura), arroja al espacio materiales que, a su vez, forman nuevas estrellas de 2ª y 3ª generación con materiales complejos.  La vida en nuestro planeta pudo surgir gracias a que en la Tierra había abundancia de estos materiales creados en las estrellas. Podemos decir, sin temor a equivocarnos que nosotros mismos estamos hechos del  material creado en las estrellas lejanas que posiblemente, hace miles de millones de años explotó en supernova a millones de años luz de nuestro Sistema Solar.

Pero retomando el tema central de este capítulo, las constantes fundamentales de la naturaleza,  tenemos que decir que, precisamente, estas constantes son las que tienen el  mérito de que las estrellas brillen en las galaxias y de que nosotros estemos aquí para mirar a los cielos y contemplar su belleza.

Al principio mencioné a George J. Stoney, el físico irlandés y pensador excéntrico y original al que, en realidad, debemos la forma de deducir si otros planetas del sistema solar poseían o no una atmósfera gaseosa, como la Tierra, calculando si su gravedad superficial era suficientemente intensa para mantener esa atmósfera.

Pero su pasión real estaba reservada a su idea más preciada: el “electrón”. Stoney había deducido que debía existir un componente básico de carga eléctrica. Estudiando los experimentos de Michael Faraday sobre electrolisis, Stoney había predicho incluso cuál debía ser su valor, una predicción posteriormente confirmada por J. J. Thomson, descubridor del electrón en Cambridge en 1.897, dándole la razón a Stoney que finalmente, a esta unidad básica de la electricidad, le dio el nombre de electrón con el símbolo e en 1891 (antes de su descubrimiento).

Stoney, primo lejano y más viejo del famoso matemático, científico de computación y criptógrafo Alan Turing, también era tío de George Fitzgerald, después famoso por proponer la “contracción Fitzgerald-Lorentz”, un fenómeno que fue entendido finalmente en el contexto de la teoría de la relatividad especial de Einstein.

Stoney, podemos decir con seguridad, fue el primero que señaló el camino para encontrar lo que más tarde conoceríamos como constantes fundamentales, esos parámetros de la física que son invariantes, aunque su entorno se transforme. Ellas, las constantes, continúan inalterables como sucede, por ejemplo, con la velocidad de la luz c, que sea medida en la manera que sea, esté en reposo o esté en movimiento quien la mide o la fuente de donde parte, su velocidad será siempre la misma, 299.792.458 m/s. Algo análogo ocurre con la gravedad, G, que en todas partes mide el mismo parámetro  o valor: G = 6′67259 × 10^{-11 m3} s^-2 Kg^-1. Es la fuerza de atracción que actúa entre todos los cuerpos y cuya intensidad depende de la masa de los cuerpos y de la distancia entre ellos; la fuerza gravitacional disminuye con el cuadrado de la distancia de acuerdo a la ley de la inversa del cuadrado.

Profesor de filosofía natural (así llamaban antes a la Física) en el Queen’s College Galway en 1.860, tras su retiro se trasladó a Hornsey, al norte de Londres, y continuó publicando un flujo de artículos en la revista científica de la Royal Dublín Society, siendo difícil encontrar alguna cuestión sobre la que no haya un artículo firmado por él.

Stoney recibió el encargo de hacer una exposición científica del tema que él mismo eligiera para el programa de la reunión de Belfast de la Asociación Británica. Pensando en qué tema elegir, se dio cuenta de que existían medidas y patrones e incluso explicaciones diferentes para unidades que median cosas o distancias o algún fenómeno: se preguntaba la manera de cómo definirlos mejor y como interrelacionarlos. Vio una oportunidad para tratar de simplificar esta vasta confusión de patrones humanos de medida de una manera tal que diese más peso a su hipótesis del electrón.

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* Sol fusionando hidrógeno en helio. Volver

* 10¹⁷ kg/m³.  El material llega a estar tan junto que protones y electrones se funden y forman neutrones. Volver

Comienza II

En tal situación, Stoney centró su trabajo en unidades naturales que transcienden los patrones humanos, así que trabajó en la unidad de carga electrónica (según su concepto), inspirado en los trabajos de Faraday como hemos comentado antes. También, como unidades naturales escogió G y c que responde, como se ha explicado, a la gravedad universal y la velocidad de la luz en el vacío.

En su charla de la Reunión de Belfast, Stoney se refirió al electrón como el “electrino” y dio el primer cálculo de su valor esperado. Demostró que el trío mágico de G, c y e podía combinarse de una manera, y sólo de una, de modo que a partir de ellas se creaban una unidad de masa, una unidad de longitud y una unidad de tiempo. Para la velocidad de la luz utilizó un promedio de las medidas existentes, c = 3 × 10⁸ metros por segundo; para la constante de gravitación de Newton utilizó el valor obtenido por John Herschel, G = 6′67259 × 10^{-11 m3} s^-2 Kg^-1, y para la unidad de carga del “electrino” utilizó e = 10^-20 amperios. Estas fueron las inusuales nuevas unidades que él encontró, en términos de las constantes e, c y G, y en términos de gramo, metros y segundos (omito la numerología).

Estas son cantidades extraordinarias. Aunque una masa de 10^-7 gramos no es demasiado espectacular – es similar a la de una mota de polvo – las unidades de longitud y tiempo de Stoney eran muy diferentes de cualquiera que hubieran encontrado antes los científicos.  Eran fantásticamente pequeñas, rozando lo inconcebible. No había (y sigue sin haber) ninguna posibilidad de medir directamente tales longitudes y tiempos. En cierto modo, esto es lo que se podría haber esperado. Estas unidades no están construidas deliberadamente a partir de dimensiones humanas, por conveniencia humana o para utilidad humana.  Están definidas por la propia fábrica de la realidad física que determina la naturaleza de la luz, la electricidad y la gravedad.  No se preocupan de nosotros. Stoney triunfó de un modo brillante en su búsqueda de un sistema de unidades sobrehumanas.

“La ciencia no puede resolver el misterio final de la Naturaleza.  Y esto se debe a que, en el último análisis, nosotros somos parte del misterio que estamos tratando de resolver”.

Max Planck

Las unidades naturales de Max Planck

La idea de Stoney fue descubierta en una forma diferente por el físico alemán Max Planck en 1.899, un año antes de que expusiera al mundo su teoría del “cuanto de acción” h.

Planck es uno de los físicos más importantes de todos los tiempos.  Como antes he apuntado, descubrió la naturaleza cuántica de la energía que puso en marcha la revolución cuántica de nuestra comprensión del mundo, ofreció la primera descripción correcta de la radiación térmica (“espectro de Planck”) y una de las constantes fundamentales de la naturaleza lleva su nombre.

Ganador del premio Nobel de Física de 1.918, también fue, en el primer momento, el único que comprendió la importancia que, para la física y para el mundo, tendría el artículo del joven Einstein, en 1.905, sobre la teoría de la relatividad especial.  Hombre tranquilo y modesto que fue profundamente admirado por sus contemporáneos más jóvenes, como el mismo Einstein y Bohr.

La concepción que tenía Planck de la naturaleza ponía mucho énfasis en su racionalidad intrínseca y en su independencia del pensamiento humano. Había que encontrar esas estructuras profundas que estaban lejos de las necesidades de la utilidad y conveniencia humanas pero que, en realidad, estaban ahí ocultas en lo más profundo de los secretos naturales y eran las responsables de que nuestro mundo, nuestro universo, fuese tal como lo conocemos.

En el último año de su vida un antiguo alumno le preguntó si creía que buscar la forma de unir todas las constantes de la naturaleza mediante alguna teoría más profunda era atractivo. Le contestó con el entusiasmo templado por el realismo y experiencia conociendo cuantas dificultades entrañaba tal empresa.

“Su pregunta sobre la posibilidad de unificar todas las constantes universales de la naturaleza, es sin duda una idea atractiva.  Por mi parte, sin embargo, tengo dudas de que se logre con éxito. Pero puedo estar equivocado”

A diferencia de Einstein, Planck no creía que se pudiera alcanzar realmente una teoría globalizadora que explicara todas las constantes de la naturaleza.

Mientras que Stoney había visto en la elección de unidades prácticas una manera de cortar el nudo gordiano de la subjetividad, Planck utilizaba sus unidades especiales para sustentar una base no antropomórfica para la física y que, por consiguiente, podría describirse como “unidades naturales”.

De acuerdo con su perspectiva universal, en 1.899 Planck propuso que se construyeran unidades naturales de masa, longitud y tiempo a partir de las constantes más fundamentales de la naturaleza: la constante de gravitación G, la velocidad de la luz c y la constante de acción h, que ahora lleva el nombre de Planck. La constante de Planck determina la mínima unidad de cambio posible en que pueda alterarse la energía, y que llamó “cuanto”. Las unidades de Planck son las únicas combinaciones de dichas constantes que pueden formarse en dimensiones de masa, longitud, tiempo y temperatura.  Sus valores no difieren mucho de los de Stoney:

Estas formulaciones con la masa, la longitud, el tiempo y la temperatura de Planck incorporan la G (constante de gravitación), la h (la constante de Planck) y la c, la velocidad de la luz. La de la temperatura incorpora además, la K de los grados Kelvin.

La constante de Planck racionalizada (la más utilizada por los físicos), se representa por ћ que es igual a h/2π que vale del orden de 1′054589×10^-34 Julios segundo.

En las unidades de Planck (del recuadro en rojo), una vez más, vemos un contraste entre la pequeña, pero no escandalosamente reducida unidad natural de la masa y las unidades naturales fantásticamente extremas del tiempo, longitud y temperatura. Estas cantidades tenían una significación sobrehumana para Planck. Entraban en La Base de la realidad física:

“Estas cantidades conservarán su significado natural mientras la Ley de Gravitación y la de Propagación de la luz en el vacío y los dos principios de la termodinámica sigan siendo válidos; por lo tanto, siempre deben encontrarse iguales cuando sean medidas por las inteligencias más diversas con los métodos más diversos.”

En sus palabras finales alude a la idea de observadores en otro lugar del universo que definen y entienden estas cantidades de la misma manera que nosotros.

De entrada había algo muy sorprendente en las unidades de Planck, como lo había también en las de Stoney. Entrelazaban la gravedad con las constantes que gobiernan la electricidad y el magnetismo.

“La creciente distancia entre la imagen del mundo físico y el mundo de los sentidos no significa otra cosa que una aproximación progresiva al mundo real.”

Max Planck

Podemos ver que Max Planck apelaba a la existencia de constantes universales de la naturaleza como prueba de una realidad física al margen y completamente diferentes de las mentes humanas. Al respecto decía:

“Estos…números, las denominadas “constantes universales“ son en cierto sentido los ladrillos inmutables del edificio de la física teórica. Deberíamos preguntar:

¿Cuál es el significado real de estas constantes?”

Una de las paradojas de nuestro estudio del universo circundante es que a medida que las descripciones de su funcionamiento se hacen más precisas y acertadas, también se alejan cada vez más de toda la experiencia humana.

“Lo que realmente me interesa es si Dios podría haber hecho del mundo una cosa diferente; es decir, si la necesidad de simplicidad lógica deja la más mínima libertad.”

Albert Einstein

Einstein hizo más que cualquier otro científico por crear la imagen moderna de las leyes de la naturaleza. Desempeñó un papel principal en la creación de la perspectiva correcta sobre el carácter atómico y cuántico del mundo material a pequeña escala, demostró que la velocidad de la luz introducía una relatividad en la visión del espacio de cada observador, y encontró por sí solo la teoría de la gravedad que sustituyó la imagen clásica creada por Isaac Newton más de dos siglos antes que él. Su famosa fórmula de      E = mc² es una fórmula milagrosa, es lo que los físicos definen como la auténtica belleza. Decir mucho con pocos signos y, desde luego, nunca ningún físico dijo tanto con tan poco. En esa reducida expresión de E = mc², está contenido uno de los mensajes de mayor calado del universo: masa y energía, son la misma cosa.

Einstein siempre estuvo fascinado por el hecho de que algunas cosas deben parecer siempre iguales, independientemente de cómo se mueva el que las ve, como la luz en el vacío, c.

Él nos dijo el límite con que podríamos recibir información en el universo, la velocidad de c.

Él reveló todo el alcance de lo que Stoney y Planck simplemente habían supuesto: que la velocidad de la luz era una constante sobrehumana fundamental de la naturaleza. También sabía el maestro que, en el proceso de nuevas teorías, la búsqueda de la teoría final que incluyera a otras fuerzas de la naturaleza distintas de la gravedad, daría lugar a teorías nuevas y cada vez mejores que irían sustituyendo a las antiguas teorías. De hecho, él mismo la buscó durante los 30 últimos años de su vida pero, desgraciadamente, sin éxito. Ahora se ha llegado a la teoría de supercuerdas que sólo funciona en 10 y 26 dimensiones y es la teoría más prometedora para ser la candidata a esa teoría final de la que hablan los físicos.

El físico espera que las constantes de la naturaleza respondan en términos de números puros que pueda ser calculado con tanta precisión como uno quiera. En ese sentido se lo expresó Einstein a su amiga Ilse Rosenthal-Schneider, interesada en la ciencia y muy amiga de Planck y Einstein en la juventud.

Lo que Einstein explicó a su amiga por cartas es que existen algunas constantes aparentes que son debidas a nuestro hábito de medir las cosas en unidades particulares. La constante de Boltzmann es de este tipo. Es sólo un factor de conversión entre unidades de energía y temperatura, parecido a los factores de conversión entre las escalas de temperatura Fahrenheit y centígrada. Las verdaderas constantes tienen que ser números puros y no cantidades con “dimensiones”, como una velocidad, una masa o una longitud.  Las cantidades con dimensiones siempre cambian sus valores numéricos si cambiamos las unidades en las que se expresan.

La interpretación de las unidades naturales de Stoney y Planck no era en absoluto obvia para los físicos. Aparte de ocasionarles algunos quebraderos de cabeza al tener que pensar en tan reducidas unidades, y sólo a finales de la década de 1.960 el estudio renovado de la cosmología llevó a una plena comprensión de estos patrones extraños. Uno de los curiosos problemas de la Física es que tiene dos teorías hermosamente efectivas (la mecánica cuántica y la relatividad general)  pero gobiernan diferentes dominios de la naturaleza.

La mecánica cuántica domina en el micromundo de los átomos y de las partículas “elementales”. Nos enseña que en la naturaleza cualquier masa, por sólida o puntual que pueda parecer, tiene un aspecto ondulatorio. Esta onda no es como una onda de agua. Se parece más a una ola delictiva o una ola de histeria: es una onda de información. Nos indica la probabilidad de detectar una partícula. La longitud de onda de una partícula, la longitud cuántica, se hace menor cuanto mayor es la masa de esa partícula.

Por el contrario, la relatividad general era siempre necesaria cuando se trataba con situaciones donde algo viaja a la velocidad de la luz, o está muy cerca o donde la gravedad es muy intensa. Se utiliza para describir la expansión del universo o el comportamiento en situaciones extremas, como la formación de agujeros negros. Sin embargo, la gravedad es muy débil comparada con las fuerzas que unen átomos y moléculas y demasiado débil para tener cualquier efecto sobre la estructura del átomo o de partículas subatómicas, se trata con masas tan insignificantes que la incidencia gravitatoria es despreciable. Todo lo contrario que ocurre en presencia de masas considerables como planetas, estrellas y galaxias, donde la presencia de la gravitación curva el espacio y distorsiona el tiempo.

Como resultado de estas propiedades antagónicas, la teoría cuántica y la teoría relativista gobiernan reinos diferentes, muy dispares, en el universo de lo muy pequeño o en el universo de lo muy grande. Nadie ha encontrado la manera de unir, sin fisuras, estas dos teorías en una sola y nueva de Gravedad-Cuántica.

¿Cuáles son los límites de la teoría cuántica y de la teoría de la relatividad general de Einstein? Afortunadamente, hay una respuesta simple y las unidades de Planck nos dicen cuales son.

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Comienza III

Supongamos que tomamos toda la masa del universo visible y determinamos su longitud de onda cuántica. Podemos preguntarnos en qué momento esta longitud de onda cuántica del universo visible superará su tamaño.  La respuesta es: cuando el universo sea más pequeño en tamaño que la longitud de Planck, es decir, 10^-33 centímetros, más joven que el tiempo de Planck,  10^-43 segundos y supere la temperatura de Planck de 10³² grados.  Las unidades de Planck marcan la frontera de aplicación de nuestras teorías actuales. Para comprender en que se parece el mundo a una escala menor que la longitud de Planck tenemos que comprender plenamente cómo se entrelaza la incertidumbre cuántica con la gravedad. Para entender lo que podría haber sucedido cerca del suceso que estamos tentados a llamar el principio del universo, o el comienzo del tiempo, tenemos que penetrar la barrera de Planck. Las constantes de la naturaleza marcan las fronteras de nuestro conocimiento existente y nos dejan al descubierto los límites de nuestras teorías.

En los intentos más recientes de crear una teoría nueva para describir la naturaleza cuántica de la gravedad ha emergido un nuevo significado para las unidades naturales de Planck. Parece que el concepto al que llamamos “información” tiene un profundo significado en el universo. Estamos habituados a vivir en lo que llamamos “la edad de la información”.  La información puede ser empaquetada en formas electrónicas, enviadas rápidamente y recibidas con más facilidad que nunca antes. Nuestra evolución en el proceso rápido y barato de la información se suele mostrar en una forma que nos permite comprobar la predicción de Gordon Moore, el fundador de Intel, llamada ley de Moore, en la que, en 1.965, advirtió que el área de un transistor se dividía por dos aproximadamente cada 12 meses. En 1.975 revisó su tiempo de reducción a la mitad hasta situarlo en 24 meses. Esta es “la ley de Moore” cada 24 meses se obtiene una circuiteria de ordenador aproximadamente el doble, que corre a velocidad doble, por el mismo precio, ya que, el coste integrado del circuito viene a ser el mismo, constante.

Los límites últimos que podemos esperar para el almacenamiento y los ritmos de procesamiento de la información están impuestos por las constantes de la naturaleza. En 1981, el físico israelí, Jacob Bekenstein, hizo una predicción inusual que estaba inspirada en su estudio de los agujeros negros.  Calculó que hay una cantidad máxima de información que puede almacenarse dentro de cualquier volumen. Esto no debería sorprendernos. Lo que debería hacerlo es que el valor máximo está precisamente determinado por el área de la superficie que rodea al volumen, y no por el propio volumen. El número máximo de bits de información que puede almacenarse en un volumen viene dado precisamente por el cómputo de su área superficial en unidades de Planck. Supongamos que la región es esférica. Entonces su área superficial es precisamente proporcional al cuadrado de su radio, mientras que el área de Planck es proporcional a la longitud de Planck al cuadrado, 10^-66 cm².  Esto es muchísimo mayor que cualquier capacidad de almacenamiento de información producida hasta ahora. Asimismo, hay un límite último sobre el ritmo de procesamiento de información que viene impuesto por las constantes de la naturaleza.

No debemos descartar la posibilidad de que seamos capaces de utilizar las unidades de Planck-Stoney para clasificar todo el abanico de estructuras que vemos en el universo, desde el mundo de las partículas elementales hasta las más grandes estructuras astronómicas.  Este fenómeno se puede representar en un gráfico que recree la escala logarítmica de tamaño desde el átomo a las galaxias. Todas las estructuras del universo existen porque son el equilibrio de fuerzas dispares y competidoras que se detienen o compensan las unas a las otras; la atracción y la repulsión. Ese es el equilibrio de las estrellas donde la repulsión termonuclear tiende a expandirla y la atracción (contracción) de su propia masa tiende a comprimirla; así, el resultado es la estabilidad de la estrella. En el caso del planeta Tierra, hay un equilibrio entre la fuerza atractiva de la gravedad y la repulsión atómica que aparece cuando los átomos se comprimen demasiado juntos. Todos estos equilibrios pueden expresarse aproximadamente en términos de dos números puros creados a partir de las constantes e, h, c, G y m_protón.

La identificación de constantes adimensionales de la naturaleza como a (alfa) y a_G, junto con los números que desempeñan el mismo papel definitorio para las fuerzas débil y fuerte de la naturaleza, nos anima a pensar por un momento en mundos diferentes del nuestro. Estos otros mundos pueden estar definidos por leyes de la naturaleza iguales a las que gobiernan el universo tal como lo conocemos, pero estarán caracterizados por diferentes valores de constantes adimensionales. Estos cambios numéricos alterarán toda la fábrica de los mundos imaginarios. Los átomos pueden tener propiedades diferentes. La gravedad puede tener un papel en el mundo a pequeña escala.  La naturaleza cuántica de la realidad puede intervenir en lugares insospechados.

Lo único que cuenta en la definición del mundo son los valores de las constantes adimensionales de la naturaleza (así lo creían Einstein y Planck).  Si se duplica el valor de todas las masas no se puede llegar a saber, porque todos los números puros definidos por las razones de cualquier par de masas son invariables.

Cuando surgen comentarios de números puros y adimensionales, de manera automática aparece en mi mente el número 137. Ese número encierra más de lo que estamos preparados para comprender; me hace pensar y mi imaginación se desboca en múltiples ideas y teorías. Einstein era un campeón en esta clase de ejercicios mentales que él llamaba “libre invención de la mente”. El gran físico creía que no podríamos llegar a las verdades de la naturaleza sólo por la observación y la experimentación. Necesitamos crear conceptos, teorías y postulados de nuestra propia imaginación que posteriormente deben ser explorados para averiguar si existe algo de verdad en ellos.

Para poner un ejemplo de nuestra ignorancia poco tendríamos que buscar, tenemos a mano miles de millones.

Me acuerdo de León Lederman (premio Nobel de Física) que decía:

“Todos los físicos del mundo, deberían tener un letrero en el lugar más visible de sus casas, para que al mirarlo, les recordara lo que no saben. En el cartel sólo pondría esto: 137. Ciento treinta y siete es el inverso de algo que lleva el nombre de constante de estructura fina”.

Este número guarda relación con la posibilidad de que un electrón emita un fotón o lo absorba. La constante de estructura fina responde también al nombre de “alfa” y sale de dividir el cuadrado de la carga del electrón, por el producto de la velocidad de la luz y la constante de Planck. Tanta palabrería y numerología no significan otra cosa sino que ese solo numero, 137, encierra los misterios del electromagnetismo (el electrón, e^-), la relatividad (la velocidad de la luz, c), y la teoría cuántica (la constante de Planck, h).

Lo más notable de este número es su dimensionalidad. La velocidad de la luz, c, es bien conocida y su valor es de 299.792.458 m/segundo; la constante de Planck racionalizada, ћ, es h/2π = 1′054589×10 julios segundo; la altura de mi hijo, el peso de mi amigo, etc, todo viene con sus dimensiones.  Pero resulta que cuando uno combina las magnitudes que componen alfa ¡se borran todas las unidades! El 137 está solo: se escribe desnudo a donde va.  Esto quiere decir que los científicos del undécimo planeta de una estrella lejana situada en un sistema solar de la galaxia Andrómeda, aunque utilicen Dios sabe qué unidades para la carga del electrón y la velocidad de la luz y qué versión utilicen para la constante de Planck, también les saldrá el 137.  Es un número puro. No lo inventaron los hombres. Está en la naturaleza, es una de sus constantes naturales, sin dimensiones.

La física se ha devanado los sesos con el 137 durante décadas. Werner Heisember (el que nos regaló el Principio de Incertidumbre en la Mecánica Cuántica), proclamó una vez que todas las fuentes de perplejidad que existen en la mecánica cuántica se secarían si alguien explicara de una vez el 137.

¿Por qué alfa es igual a 1 partido por 137?

Esperemos que algún día aparezca alguien que, con la intuición, el talento y el ingenio de Galileo, Newton o Einstein, nos pueda por fin aclarar el misterioso número y las verdades que encierra. Menos perturbador sería que la relación de todos estos importantes conceptos (e^-, h y c) hubieran resultado ser 1 ó 3 o un múltiplo de pi… pero ¿137?

Arnold Sommerfeld percibió que la velocidad de los electrones en el átomo de hidrógeno es una fracción considerable de la velocidad de la luz, así que había que tratarlos conforme a la teoría de la relatividad. Vio que donde la teoría de Bohr predecía una órbita, la nueva teoría predecía dos muy próximas.

Esto explica el desdoblamiento de las líneas. Al efectuar sus cálculos, Sommerfeld introdujo una “nueva abreviatura” de algunas constantes. Se trataba de 2πe² / hc, que abrevió con la letra griega “α” (alfa). No prestéis atención a la ecuación. Lo interesante es esto: cuando se meten los números conocidos de la carga del electrón, e^-, la constante de Planck, h, y la velocidad de la luz, c, sale α = 1/137.  Otra vez 137 número puro.

Las constantes fundamentales (constantes universales) están referidas a los parámetros que no cambian a lo largo del universo. La carga de un electrón, la velocidad de la luz en el espacio vacío, la constante de Planck, la constante gravitacional, la constante eléctrica y magnética se piensa que son todos ejemplos de constantes fundamentales

Las constantes fundamentales (constantes universales) están referidas a los parámetros que no cambian a lo largo del universo. La carga de un electrón, la velocidad de la luz en el espacio vacío, la constante de Planck, la constante gravitacional, la constante eléctrica y magnética se piensa que son todos ejemplos de constantes fundamentales.

Las fuerzas de la naturaleza que gobiernan la electricidad, el magnetismo, la radiactividad y las reacciones nucleares están confinadas a un “mundobrana” tridimensional, mientras que la gravedad actúa en todas las dimensiones y es consecuentemente más débil.

emilio silvera

Bien es verdad que no tenemos una comprensión científica de la mente humana. Sin embargo, esto no quiere decir que el fenómeno de la consciencia deba permanecer fuera de la explicación científica. Ya se están buscando caminos científicos para dar esa explicación del misterio más profundo (seguramente) del Universo.

La comprensión es, después de todo, de lo que trata la ciencia; y la ciencia es mucho más que la mera computación mecánica.

¿Cuál es el campo de acción de la ciencia? ¿Son solamente los atributos materiales de nuestro Universo los que son abordables con sus métodos, mientras nuestra existencia mental debe quedar para siempre fuera de su alcance? ¿O podríamos llegar algún día a una comprensión científica adecuada del profundo misterio de la mente? ¿Es el fenómeno de la consciencia humana algo que está más allá del dominio de la investigación científica, o podrá la potencia del método científico resolver algún día el problema de la propia existencia de nuestro yo consciente?

Creo que se avecina un cambio importante, y, nuestros cerebros que forman parte del mundo material del Universo, tiene un ingrediente que aún no hemos llegado a comprender. Incluso con nuestra limitada comprensión actual de la naturaleza de este ingrediente ausente en nuestro saber, sí podemos empezar a señalar donde debe estar dejando su huella, y como debería estar aportando una contribución vital a lo que quiera que sea en que subyacen nuestros sentimientos y acciones conscientes.

Una visión científica del mundo que no trate de entender en profundidad el problema de la mente consciente no puede tener pretensiones serias de compleción. La consciencia es parte de nuestro Universo, de modo que cualquier teoría física que no le conceda un lugar apropiado se queda muy lejos de proporcionar una descripción auténtica del mundo.

Claro que, todo conocimiento científico es un arma de dos filos. Lo que realmente hacemos con nuestro conocimiento científico es otra cuestión. Tratemos de ver dónde pueden llevarnos nuestras visiones de la ciencia y la mente.

Pensemos que incluso en aquellos países afortunados donde hay una paz próspera y una libertad democrática, los recursos naturales y humanos son malgastados de formas aparentemente absurdas. ¿No es ésta una clara muestra de la estupidez general del hombre? Aunque creemos representar el pináculo de la inteligencia en el reino animal, esta inteligencia parece tristemente inadecuada para manejar muchos de los problemas a los que nuestra propia sociedad nos obliga a hacer frente.

Pese a todo, no pueden negarse los logros positivos de nuestra inteligencia. Entre dichos logros se encuentran nuestras impresionantes ciencia y tecnología. En realidad, algunos de estos logros son alto cuestionables a largo (o corto) plazo, así lo atestiguan múltiples problemas medioambientales y un genuino temor a una catástrofe mundial inducida por las nuevas tecnologías traídas de la mano por nuestra moderna sociedad (aquí mismo, en éste foro, se ha expresado el temor sobre las consecuencias que traerá el LHC).

Pero, no podemos mirar para otro lado sin ver que, nuestras tecnologías no sólo nos proporciona una enorme expansión del dominio de nuestro yo físico sino que también amplia nuestras capacidades mentales mejorando en gran medida nuestras habilidades para realizar muchas tareas rutinarias. ¿Qué pasa con las tareas mentales que no son rutinarias, las tareas que requieren inteligencia genuina?

A veces me pregunto si podrían ser los Robots la respuesta. ¿No existe la posibilidad completamente diferente de una enorme expansión de una capacidad mental, a saber, esa inteligencia electrónica ajena que apenas está empezando a emerger de los extraordinarios avances en tecnología de ordenadores? De hecho, con frecuencia nos dirigimos ya a los ordenadores en busca de asistencia intelectual.

Hay muchas circunstancias en las que la inteligencia humana sin ayuda no resulta nada adecuada para prever las consecuencias probables de acciones alternativas. Tales consecuencias pueden quedar mucho más allá del alcance del poder computacional humano; así pues, cabe esperar que los ordenadores del futuro amplíen enormemente este papel, en donde la computación pura y dura proporcione una ayuda incalculable para la inteligencia humana.

Pero ¿no cabe la posibilidad de que los ordenadores lleguen finalmente a conseguir mucho más que todo esto? Muchos expertos afirman que los ordenadores nos ofrecen, al menos en principio, el potencial para una inteligencia artificial que al final superará a la nuestra. Una vez que los robots controlados por ordenador alcancen el nivel de “equivalencia humana”, entonces no pasará mucho tiempo, argumentan ellos, antes de que superen rápidamente nuestro propio y exiguo nivel. Sólo entonces, afirman estos expertos, tendremos una autoridad con inteligencia, sabiduría y entendimiento suficientes que sea capaz de resolver los problemas de este mundo que ha creado la humanidad.

A todo esto señalan el rapidísimo crecimiento exponencial de la potencia de los ordenadores y basan sus estimaciones en comparación entre la velocidad y precisión de los transistores, y la relativa lentitud y poca sólida acción de las neuronas. De hecho, los circuitos electrónicos son ya más de un millón de veces más rápido que el disparo de las neuronas en el cerebro (siendo la velocidad de aproximadamente 10 exp. 9 segundos para los transistores y de 10 exp. 3 segundos para las neuronas, y tienen una exactitud cronométrica y una precisión de acción que de ningún modo comparten las neuronas.

El Chip Intel Pentium tiene más de tres millones de de transistores en una “rodaja de silicio” del tamaño aproximado de una uña del pulgar, capaz cada uno de ellos de realizar 113 millones de instrucciones por segundo.

Se argumenta que el número total de neuronas de un cerebro humano (unos cientos de miles de millones) supera absolutamente al número de transistores de un ordenador. Además, existen muchas más conexiones, en promedio, entre neuronas diferentes que las que existen entre los transistores de un ordenador. En particular las células de Purkinje en el cerebelo pueden tener hasta ochenta mil terminaciones sinápticas (uniones entre neuronas), mientras que para un ordenador, el número correspondiente es de tres o cuatro a lo sumo. Además, la mayoría de los transistores de los ordenadores actuales están relacionados solamente con la memoria y no directamente con la acción computacional, mientras que tal acción computacional podría estar mucho más extendida en el caso del cerebro.

Si hiciéramos caso de las afirmaciones más extremas de los defensores más locuaces de la IA, y aceptáramos que los ordenadores y los robots guiados por ordenador superarán con el tiempo (quizá en muy poco tiempo) todas las capacidades humanas, entonces los ordenadores serían  capaces de hacer muchísimo más que ayudar simplemente a nuestras inteligencias. Podríamos entonces dirigirnos a estas inteligencias superiores en busca de consejo y autoridad en todas las cuestiones de interés; ¡y finalmente podrían resolverse los problemas del mundo generados por la humanidad!

Pero parece haber otra consecuencia lógica de estos desarrollos potenciales que muy bien podría producirnos una alarma genuina. ¿No harían estos ordenadores a la largo superfluos a los propios humanos? Si los robots guiados por ordenador resultaran ser superiores a nosotros en todos los aspectos, entonces ¿no descubrirían que pueden dirigir el mundo sin ninguna necesidad de nosotros? La propia humanidad se habría quedado obsoleta. Quizá si tenemos suerte, ellos podrían conservarnos como animales de compañía.

Yo, como he dejado claro otras veces. Soy partidario de pensar que, una cosa es la Inteligencia Artificial y otra muy distinta es el pensamiento consciente, muy superior a aquella que trabaja sólo con los datos suministrados previamente, sin poder de repentizar una solución que no esté en su programación. ¿Llegarán los robots algún día a pensar por sí mismos, como ahora lo hacemos nosotros?

La cuestión no es nada sencilla y plantea muchas variantes de entre las que, así, de momento, podríamos exponer aquí las siguientes:

-          Todo pensamiento es computación; en particular, las sensaciones de conocimiento consciente son provocadas simplemente por la ejecución de computaciones apropiadas.

-          El conocimiento es un aspecto de la acción física del cerebro; y si bien cualquier acción física puede ser simulada computacionalmente, la simulación computacional no puede por sí misma provocar conocimiento.

-          La acción física apropiada del cerebro provoca conocimiento, pero esta acción física nunca puede ser simulada adecuadamente de forma computacional.

-          El conocimiento no puede explicarse en términos físicos, computacionales o cualesquiera otros términos científicos.

Está claro que adentrarnos aquí a ciertas profundidades del pensamiento, no parece adecuado ni al momento ni al lugar, sin embargo, debemos pensar en que, la propia materia parece tener una existencia meramente transitoria puesto que puede transformarse de una forma en otra. Incluso la masa de un cuerpo material , que proporciona una medida física precisa de la cantidad de materia que contiene el cuerpo, puede transformarse en circunstancias apropiadas en pura energía (según E=mc2) de modo que incluso la sustancia material parece ser capaz de transformarse en algo con una actualidad meramente matemática y teórica.

De todas las maneras, por mi parte, me quedo con el punto tercero de los enumerados anteriormente, es un punto de vista más operacional que el anterior, puesto que afirma que existen manifestaciones externas conscientes (por ejemplo, cerebros) que difieren de las manifestaciones externas de un ordenador: los efectos externos de la consciencia no pueden ser correctamente simulados por un ordenador.

¿Permite la Física actual la posibilidad de una acción que, en principio, sea imposible de simular en un ordenador? La respuesta no está completamente clara, sin embargo, según creo, es que tal acción no computacional tendría que encontrarse en un área de la física que está fuera de las leyes físicas actualmente conocidas.

Claro que, en este simple comentario, no queda claro quien será el vencedor final: Fisicalismo frente a Mentalismo. Seremos tan estúpidos como para poder crear máquinas que nos superen en inteligencia hasta el punto de que puedan dominarnos.

Ahí queda la pregunta flotando en el aire.

Nota: He incluído algunos pasajes de la obra de Penrose.

La Humanidad para ir avanzando utiliza todo aquello que pueda tener al alcance de sus conocimientos y no deja de inventar aparatos cada vez más sofisticados que hagan el trabajo por nosotros: La computación (en este ámbito sería imposible olvidar el teorema de Gödel que, aunque posteriores a las de Alan Turing, son de una importancia extraordinaria para todo lo que signifique fundamentos matemáticos y computación, la fuente de la robótica).

En un congreso celebrado en 1930, en Könisgberg, el joven y brillante matemático Kurt Gödel sorprendió a un grupo de los matemáticos y lógicos más destacados del mundo con lo que iba a convertirse en su famoso teorema. Inmediatamente fue aceptado como una contribución fundamental a los cimientos de las matemáticas -probablemente la más fundamental nunca descubierta. Sin embargo, al establecer su teorema, Gödel dio también un gran paso adelante capital en la filosofía de la mente. El teorema establece otras cosas importantes de las que no hablaré aquí ahora pero, también nos dio las bases para construir una sólida argumentación según la cual sus resultados mostraran y estableceran que la intuición y la comprensión humanas no pueden reducirse a ningún conjunto de reglas computacionales.

Si estudiamos a fondo el teorema de Gödel, podríamos llegar a la conclusión de que en el pensamiento humano hay mucho, muchísimo más de lo que pueda alcanzar nunca un ordenador.

Las sombras de la mente del emperador y la Nueva mente del emperador, dos libros de Roger Penrose, nos hablan de manera amplia de todo esto. En lo que conocemos como la máquina de Turing (pionero de los ordenadores y la computación), los diferentes estados inteerrnos permitidos son finitos en número, y el número total de marcas en la cinta también debe ser finito, aunque la cinta tenga una longitud ilimitada. Sabemos que un ordenador corriente, sólo hará aquello que nosotros le hayamos podido posibilitar por medio de un programa que seerá el que dirija la amplitud de sus acciones.

Claro que, en este campo, cada día que pasa el avance que podemos observar es tan increíble que, nos hace dudar de hasta donde podrán llegar esas máquinas. Se habla de computadoras cuánticas que desarrollaran millones de operaciones en segundos o fracciones de segundo y, por ese mismo camino, algunos dicen que máquinas robotizadas podrán llegar a “tener sentimientos”, que se replicaran ellas mismas, que podrán realizar funciones que ahora sólo están supeditadas a la inteligencia del hombre.

¿Hasta dónde podría aprender un robot y tomar decisiones por sí mismo? Eso dependerá de nosotros mismos y, como digo al principio, nuestra curiosidad unida a nuestra impaciencia por conseguir objetivos, nos llevaran, de manera irremediable, a construir robots cada vez más sofisticados que nos saquen las castañas del fuego allí donde nosotros estamos, físicamente impedidos para llegar.

El peligro es real, no pocas veces ha sido representado ese peligro en novelas de ciencia-ficción o peliculas del género pero, ¿qué es lo que creemos nosotros en realidad? ¿serémos tan idiotas como para traspasar el poder a las máquinas y quedarnos al servicio de ellas?

¡Que comience el debate!

Richard Feynman expreso una vez que si le pidieran resumir en una frase el descubrimiento más importante de la Ciencia, elegiría contestar: “El mundo está hecho de átomos”. Cuando reconocemos que buena parte de la comprensión del Universo se basa en las interacciones y propiedades de los átomos (desde la razón de por qué las estrellas brillan y el cielo es azul a la explicación de por qué podemos sentir el contacto de nuestros dedos al golpear las teclas del ordenador y podemos ir viendo como aparecen nuestras ideas en forma de palabras escritas en la blanca pantalla como podemos ver con  nuestros ojos) podemos entender muy bien la elección de Feynman para resumir en tan pocas palabras nuestro legado científico.

Muchos de los científicos más destacados del mundo han coincidido en que, si se les permite elegir una segunda frase, escogerían: “La simetría subyace a las leyes del Universo”, está claro el por qué de la elección. En el Universo primitivo era todo simetría y, cuando esta se rompió, aparecieron las fuerzas que hoy reconocemos, esas cuatro fuerzas fundamentales que todo lo rigen en el Cosmos.

Muchos han sido los descubrimientos que la Ciencia ha podido hacer en los últimos doscientos años, pero los descubrimientos más duraderos tienen una característica común: han identificado características del mundo natural que permanecen invariables incluso cuando son sometidas a un amplio conjunto de manipulaciones. Estos atributos invariables reflejan lo que los Físicos llaman simetrías, y han desempeñado un papel crucial y creciente en muchos avances importantes. Esto ha proporcionado abundantes pruebas de que la simetría –en todos sus aspectos misteriosos y sutiles- arroja una poderosa luz sobre nuestra ignorancia y, a través de su seguimiento y observación, no pocas veces hemos podido llegar a la verdad que la Naturaleza esconde. Esa poderosa luz a la que me refiero, alumbra de manera deslumbrante nuestra comprensión de las cosas, así que, allí donde podamos detectar una simetría, la atención tiene que ser máxima, ya que, a través de ella podemos llegar a comprender. Einstein lo hizo en su relatividad especial con la simetría que lleva consigo la velocidad de la luz que es invariante sea cual fuere la fuente y a la velocidad que esta se pueda mover.

La Historia del Universo no es ajena a la historia de la simetría que es el conjunto de invariancias de un sistema. Al aplicar una transformación de simetría sobre un sistema, éste queda inalterado. La simetría es estudiada sistemáticamente usando la teoría de grupos. Algunas de las simetrías son directamente físicas. Algunos ejemplos son las reflexiones y las rotaciones en las moléculas y las translaciones en las redes cristalinas. Las simetrías pueden ser discretas (es decir, cuando hay un número finito de transformaciones de simetría), como el conjunto de rotaciones de una molécula octaédrica) o continuas (es decir, cuando no hay un número finito), como el conjunto de rotación de un átomo o núcleo. Existen simetrías más generales y abstractas, como la invariancia CPT y las simetrías asociadas a las teorías gauge.

No quiero meterme aquí con el complejo mundo de la superconductividad o el ferromagnetismo al que nos llevaría una explicación de la simetría rota. Situación en la que el estado fundamental de un sistema de muchos cuerpos o el estado de vacío de una teoría cuántica de campos relativista tiene una simetría menor que el hamiltoniano o el Lagrangiano que define el sistema. Dejaremos la simetría rota para otra oportunidad en la que también comentaremos sobre el Teorema CPT.

Los momentos más decisivos en la evolución del universo son aquellos en los que equilibrio y orden cambian repentinamente, dando escenarios cósmicos cualitativamente diferentes de los de eras precedentes. La teoría actual sostiene que el universo pasó por varias de estas transiciones durante sus primeros momentos y que todo lo que hemos encontrado alguna vez es un residuo tangible de una época cósmica anterior y más simétrica.

Pero hay un sentido aún más amplio, un metasentido, en el que la simetría yace en el núcleo de un Cosmos en evolución. El propio tiempo está íntimamente entrelazado con la simetría. Como está claro para todos nosotros, la connotación práctica del tiempo (sea lo que este pueda ser) es, en realidad, una medida de cambio, así como la existencia misma de un tipo de tiempo cósmico que nos permite hablar razonablemente de cosas como “la edad y la evolución del universo en su conjunto”, se basa sensiblemente en aspectos de la simetría. Y conforme los científicos han observado esa evolución mirando atrás hacia el principio en busca de la verdadera naturaleza del espacio y el tiempo, la simetría se ha establecido como la más segura de las guías, una guía que nos ofrece ideas y nos da respuestas que de otra manera hubieran estado muy lejos de nuestro alcance.

Así que, podemos decir sin lugar a una ninguna duda que la simetría subyace en las leyes que rigen el mundo y, más bien creemos que dichas leyes funcionan exactamente de la misma manera independientemente de dónde podamos estar nosotros, y, lo mismo dará que estemos en la Vía Láctea o en Andrómeda, las leyes del universo harán que nuestros cuerpos funcionen según las rígidas normas que ellas nos imponen, ya que, son inalterables. Lo mismo podemos decir de las simetrías de traslación o invariancia de traslación. Se aplican no sólo a las leyes de Newton, sino también a las leyes del electromagnetismo de Maxwell, a la relatividad especial y general de Einstein, a la mecánica cuántica y a cualquier propuesta en la física moderna.

Claro que, no obstante, los detalles de sus observaciones y experiencias pueden variar y, a veces, lo hacen de un lugar a otro. No es lo mismo hacer un ejercicio gimnástico en la Luna que en la Tierra, la fuerza de Gravedad que actúa sobre nosotros en uno u otro lugar hará que, el resultado de la energía producida por nuestras piernas y el impulso del cuerpo al saltar, sea muy diferente de uno al otro lugar. De todas las maneras y, en general, la simetría rotacional o invariancia rotacional es prima hermana de la invariancia traslacional. Todos sabemos que los objetos estelares se mueven regidos por estas leyes de invariantes de la Naturaleza y se mueven en función de unas reglas que les vienen dadas por su densidad, otros cuerpos cercanos que inciden sobre ellos, etc.

Einstein entendió todo esto muy bien al incluir la velocidad de la luz entre las observaciones que no serían afectadas por su movimiento o por el movimiento de su fuente luminosa, sin importar a que velocidad se mueva una estrella, la luz que lanza al espacio en forma de fotones, siempre estará en la marca de 299.792.458 metros por segundo, la velocidad límite que el universo nos permite.

Einstein fue listo y, reconociendo que la velocidad observada depende generalmente del movimiento del observador, puedo captar la simetría a través de las grietas en las fachadas newtonianas de la Naturaleza, elevó la velocidad de la luz a la categoría de ley inviolable de la Naturaleza, declarándola inalterada por el movimiento.

Durante las últimas décadas, los físicos han elevado la simetría al más alto nivel de la escala explicatoria. Cuando encontramos una ley propuesta de la Naturaleza, una pregunta habitual y natural es: ¿por qué esta ley? ¿Por qué la relatividad especial?, ¿por qué la relatividad general? ¿Por qué la teoría del electromagnetismo de Maxwell? ¿Por qué las teorías de Yang-Mills de las fuerzas nucleares fuertes y débil? Una respuesta aceptable es que todas estas teorías hacen predicciones que han sido una y otra vez confirmadas hasta la saciedad con experimentos precisos. Lo cual, por supuesto, es esencial para la confianza que después todos nosotros podamos tener en estas teorías que, finalmente y al comprobar su certeza, se convierten en leyes.

Así, presentimos que ningún lugar del Universo es algo especial comparado con cualquier otro lugar por muy lejos que este pueda estar. De esa manera, los físicos tienen puesta la confianza en que la simetría de traslación debería estar entre las simetrías de la Naturaleza. Los objetos cosmológicos reflejan siempre, los mismos movimientos de rotación y traslación aquí que allí. Es decir, un sistema planetario situado en la Galaxia Chimax, tendrá las mismas normas que el Sistema planetario del Brazo de Orión que acoge al planeta Tierra. Otra cuestión será la presencia o no de vida que depende de factores que estarán o no estarán presentes.

¡El Universo! ¡Cuánto nos hace soñar!

emilio silvera

De acuerdo a esta teoría, el Universo se originó a partir de un estado inicial de alta temperatura y densidad, y desde entonces ha estado siempre expandiéndose. La teoría de la relatividad General predice la existencia de una singularidad en el comienzo, cuando la temperatura y la densidad eran infinitas.

La mayoría de los cosmólogos interpretan esta singularidad como una indicación de que la relatividad general de Einstein deja de ser válida en el Universo muy primitivo (no existía materia), y el comienzo mismo debe ser estudiado utilizando una teoría de cosmología cuántica.

Con nuestro conocimiento actual de física de partículas de altas energías, podemos hacer avanzar el reloj hacia atrás a través de la teoría leptónica y la era hadrónica hasta una millonésima de segundo después del Big Bang, cuando la temperatura era de 10¹³K. Utilizando una teoría más especulativa, los cosmólogos han intentado llevar el modelo hasta 10³⁵ s  después de la singularidad, cuando la temperatura era de 10²⁸K.  Esa infinitesimal escala de longitud es conocida como límite de Planck: =10^-35 m que en la Ley de radiación de Planck, es distribuida la energía radiada por un cuerpo negro mediante pequeños paquetes discretos llamados cuanto, en vez de una emisión continua.  A éstas distancias, la Gravedad está ausente para dejar actuar a la mecánica cuántica.

La teoría del Big Bang es capaz de explicar la expansión del Universo; la existencia de una radiación de fondo cósmica, y la abundancia de núcleos ligeros como el helio, el helio^-3, el deuterio y el litio-7, cuya formación se predice que ocurrió alrededor de un segundo después del Big Bang, cuando la temperatura reinante era de 10¹⁰ K.

La radiación de fondo cósmica proporciona la evidencia más directa de que el Universo atravesó por una fase caliente y densa.  En la teoría del Big Bang, la radiación de fondo es explicada por el hecho de que, durante el primer millón de años más o menos (es decir, antes del desacoplo de la materia y la radiación y, por tanto, en equilibrio término con ella.  Esta fase es habitualmente denominada “bola de fuego primordial”.)

Cuando el Universo se expandió y se enfrió a 3000 K se volvió transparente a la radiación, que es la que observamos en la actualidad, mucho más fría y diluida, como radiación térmica de microondas.  El descubrimiento del fondo de microondas en 1.956 puso fin a una larga batalla entre el Big Bang y su rival la teoría del Universo estacionario de P. Hoyle y otros, que no podía explicar la forma de cuerpo negro del fondo de microondas.  Es irónico que, el termino Big Bang, tuvo inicialmente un sentido burlesco y fue acuñado por Hoyle, contrario a la teoría del Universo inflacionario y defensor del estacionario.

Para fijar más claramente los hechos se debe extender la explicación evolutiva del Universo en las fases principales que son:

ERAS EN EL PROCESO DEL BIG BANG

De la radiación

Período entre 10^-43 s (la era de Planck) y 300.000 años después del Big Bang.  Durante este periodo, la expansión del Universo estaba dominada por los efectos de la radiación o de las partículas rápidas (a altas energías todas las partículas se comportan como la radiación).  De hecho, la era leptónica y la era hadrónica son ambas subdivisiones de la era de radiación.

La era de radiación fue seguida por la era de la materia que antes se reseña, durante la cual los partículas lentas dominaron la expansión del Universo.

Era Hadrónica

Corto periodo de tiempo entre 10^-6 s y 10^-5 s después del Big Bang en el que se formaron las partículas atómicas pesadas, como protones, neutrones, piones y kaones entre otras.  Antes del comienzo de la era hadrónica, los quarks se comportaban como partículas libres.  El proceso por el que se formaron los quarks se denomina transición de fase quark-hadrón.  Al final de la era hadrónica, todas las demás especies hadrónicas habían decaído o se habían desintegrado, dejando sólo protones o neutrones.  Inmediatamente después de esto el Universo entró en la era leptónica.

Era Leptónica

Intervalo, que comenzó unos 10^-5 s después del Big Bang, en el que diversos tipos de leptones eran la principal contribución a la densidad del Universo.  Se crearon pares de leptones y antileptones en gran número en el Universo primitivo, pero, a medida que el Universo se enfrió, la mayor parte de las especies leptónicas fueron aniquiladas.  La era leptónica se entremezcla con la hadrónica y ambas, como ya dije antes, son subdivisiones de la era de la radiación.  El final de la era leptónica se considera normalmente que ocurrió cuando se aniquilaron la mayor parte de los pares electrón-positrón, a una temperatura de 5×10⁹ k, más o menos un segundo después del Big Bang.  Después, los leptones se unieron a los hadrónes para formar átomos.

Así se formó nuestro Universo (según el modelo que tenemos), a partir de una singularidad que explotó expandiendo toda la densidad y energía a unas temperaturas terroríficas y, a partir de ese mismo instante y el espacio junto con la materia que, finalmente desembocó en lo que ahora conocemos como Universo.

El Universo es el conjunto de todo lo que existe, incluyendo (como he dicho) el espacio, el tiempo y la materia.  El estudio del Universo se conoce como cosmología.  Los cosmólogos distinguen al Universo con “U” mayúscula, significando el cosmos y su contenido, y el universo con “u” minúscula, que es normalmente un modelo matemático deducido de alguna teoría física como por ejemplo, el universo de Friedman o el Universo de Einstein-de Sitter.  El Universo real está constituido en su mayoría de espacios que aparentemente están vacíos, existiendo materia concentrada en galaxias formadas por estrellas, planetas, gases y otros objetos cosmológicos.

El Universo se está expandiendo, de manera que el espacio entre las galaxias está aumentando gradualmente, provocando un desplazamiento al rojo cosmológico en la luz procedente de los objetos distantes.

Existe evidencia creciente de que el espacio puede estar lleno de una materia oscura invisible que puede constituir muchas veces la masa total de las Galaxias visible. Ya hablamos de ello en comentarios anteriores.

Como ya he dicho antes, el concepto más favorecido de origen del Universo es la teoría del Big Bang, de acuerdo con la cual el Universo se creó a partir de una densa y caliente concentración enorme de materia (una singularidad) en una bola de fuego que explotó y se expandió para crear el espacio, el tiempo y toda la materia que lo conforma. Y, al principio, se dice que sólo había una sola fuerza fundamental que, al enfriarse el Universo primitivo, se dividió en las cuatro que ahora conocemos. Todo ello, ocurrió, según los datos de que se disponen, hace ahora aproximadamente 15.000 millones de años o 15 eones (10⁹⁾.

El Universo se formó y apareció el tiempo, el espacio (espaciotiempo), y, la Materia.  Es lo que dice la teoría que antes hemos descrito.  Sin embargo, hay muchas cuestiones que, por lo menos a mí, no han quedado claras y me llevan a preguntas tales como:

¿Cuántas partículas hay en el Universo?

¿De donde vino la sustancia del Universo?

Si el Universo es finito ¿Tiene un borde final, y, que hay más allá del borde del Universo? ¿Otro Universo? Además, ¿Que es eso que llaman materia y energia oscura, de qué está hecha, y, si no emite radiación por qué en cambio si emite ondas de gravedad que incide en la marcha de expansión de la Galaxias?

En realidad, no existen respuestas concretas para estas preguntas, porque para empezar no sabemos como es de grande el Universo ni que es todo lo que piueda contener. Sin embargo, lo que vamos sabiendo, van ajustándo las hipótesis a una realidad parcial que, cada día crece, y, nosotros estamos, de alguna manera misteriosa enganchados a estos secretos del Cosmos y, desde luego, en la maravillosas imágenes que pueden ser captadas por los telescopios, podemos comprobar que, la paleta de los diversos y ricos colores del Universo, al ser utilizada por los pinceles de la Naturaleza, nos pueden mostrar la grandeza y las fuerzas y energías que ahí están reinando.

En la Naturaleza del Universo está la fábrica de las Maravillas. De ahí surgimos.

emilio silvera

Con el cambio del siglo, cuando Einstein empezaba a trabajar en la electrodinámica de los cuerpos en movimiento, la satisfactoria versión de Lorentz de la teoría de Maxwell había ganado amplia aceptación. También es bien conocido el experimento de Michelson-Morley (experimento óptico sensible) queriendo detectar  el movimiento de la Tierra a través del éter que falló y Lorentz trató de explicar dicho fallo a través de su teoría.

El trabajo de Einstein se basaba en una nueva perspectiva sobre el problema. En lugar de considerar el fracaso de los experimentos electromagnéticos y ópticos para detectar el movimiento de la Tierra a través del éter como algo a deducir de las ecuaciones electrodinámicas, el tomó este trabajo como una prueba empírica de la validez del principio de relatividad en electrodinámica y óptica. De hecho, él afirmaba la validez universal del principio, haciendo de éste un criterio para la aceptabilidad de cualquier ley física. A este respecto dio al principio de relatividad un papel similar al principio de termodinámica, un ejemplo que le sirvió de guía, según afirmó más tarde. Más que ser deducciones de otras teorías, tales principios se toman como postulados para cadenas de razonamiento deductivo que dan como resultado la formulación de criterios generales que deben satisfacer todas las teorías físicas.

Einstein se enfrentó entonces al problema de hacer la electrodinámica de Maxwell-Lorentz compatibles con el principio de relatividad. Lo hizo por medio de un principio extraído de la misma electrodinámica, el principio de la constancia de la velocidad de la luz. El que la velocidad de la luz es independiente de la de su fuente, y tiene un valor constante en el sistema del éter en reposo, puede deducirse de la teoría de Maxwell-Lorentz. Einstein desechó el éter de dicha teoría y tomó la constancia de la velocidad de la luz como un segundo postulado, apoyado por toda la evidencia empírica a favor de la teoría de Maxwell-Lorentz.

Cuando se combina con el principio de relatividad, esto lleva a una conclusión aparentemente paradójica: la velocidad de la luz debe ser la misma en todos los sistemas de referencia inerciales. Este resultado entra en conflicto con la ley newtoniana de adición de velocidades, obligando a una revisión de los fundamentos cinemáticos subyacentes a toda la física. Einstein mostró que la simultaneidad de sucesos distantes sólo está definida físicamente con relación a un sistema de referencia inercial concreto, lo que conduce a transformaciones cinemáticas entre las coordenadas espaciales y temporales de dos sistemas inerciales que concuerdan formalmente con las transformaciones de Lorentz que había introducido en 1904.

Einstein demostró que las ecuaciones de Maxwell-Lorentz  para el espacio vacío permanecen invariante (en forma) bajo las nuevas transformaciones cinemáticas cuando se definen adecuadamente las leyes de transformación para los campos eléctrico y magnético. Dedujo leyes de transformación apropiadas para densidades de carga y velocidades a partir del requisito de que las ecuaciones de Maxwell permanecen invariantes cuando se añaden corrientes de convección. Finalmente, suponiendo que las ecuaciones de Newton son válidas para una partícula cargada en reposo, fue capaz de utilizar una transformación cinemática para deducir las ecuaciones de movimiento de una partícula cargada (“electrón”) con velocidad arbitraria.

Muchos fueron los artículos que se escribieron por aquellos tiempos sobre todo este entramado de la física y, Einstein, como no sería de extrañar, estaba al día de todos ellos pero, su enfoque del problema, que conduce a la combinación peculiar de estas ideas en su artículo sobre la Relatividad, es único –especialmente el reconocimiento de que se necesita una nueva cinemática de aplicabilidad universal como base para un enfoque consistente de la electrodinámica de cuerpos en movimiento.

El trabajo de Einstein sobre la relatividad nació de su ya antiguo interés en la electrodinámica y la óptica de cuerpos en movimiento. En su primer ensayo científico, escrito en 1895, discutía la propagación de la luz a través del éter. Poco después se supo de aquella idea (más tarde famosa): “Si uno persiguiera una onda luminosa con la velocidad de la luz, se encontraría con un campo ondulatorio independientemente del tiempo. Sin embargo, ¡no parece que exista nada semejante! Éste fue el primer experimento mental infantil relacionado con la teoría de la relatividad especial”.

Ya sobre 1989, Einstein estudió a fondo a la teoría electromagnética de Maxwell, aparentemente con la ayuda del libro de texto de Drude. En 1899, después de estudiar los artículos de Hertz sobre el tema, estaba trabajando sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento. En 1901, Einstein le explicó sus ideas sobre el tema al profesor Alfred Kleiner de la Universidad de Zurich, quien le animó a publicarlas pero, no hay evidencia alguna de que lo hiciera.

Los comentarios de Einstein muestran que en 1899 su punto de vista sobre la electrodinámica eran similares a los de Lorentz; pero, aparte de esta similitud, no hay evidencia de que Einstein hubiera leído todavía nada escrito por Lorentz. Hay evidencia contemporánea directa, o evidencia indirecta fuerte, que indica que hacia 1902 Einstein había leído o estaba leyendo trabajos sobre electrodinámica y óptica de Drude, Helmholtz, Hertz, Lorentz, Voigt y Föppl.

Durante estos años aparecieron en los Annalen varios artículos importantes sobre electrodinámica y óptica de cuerpos en movimiento. En sus artículos sobre Relatividad, él citaba varios trabajos publicados antes de 1905, y es posible que leyera uno o más de estos antes de 1905. Einstein también leía extensamente sobre los fundamentos de la ciencia. Más tarde atribuyó gran importancia para su desarrollo de la teoría de la relatividad a su lectura de Hume, Mach y Poincaré.

Hacer aquí un trabajo pormenorizado de todos los acontecimientos que llevaron a Einstein a su relatividad especial, requeriría un libro en sí mismo. En la maraña de sucesos y personajes que nutren la historia de la ciencia se han conocido momento muy singulares de los que han surgido cambios revolucionarios. 1905 fue uno de esos hitos. En aquel año maravilloso, Albert Einstein (un desconocido empleado de 3ª en la Oficina de Patentes de Berna en Suiza), publicó cinco artículos, hoy imprescindibles para conocer el desarrollo de la Física, y, en más de un sentido, de la Humanidad.

Dos de aquellos artículos fueron especialmente importantes: “Sobre el punto de vista heurístico concerniente a la producción y transformación de la luz” –en el que Einstein extendió a la radiación electromagnética la discontinuidad cuántica, que Max Planck había introducido en la física cinco años antes- en que creo la teoría de la relatividad especial, que revolucionaba nociones filosóficamente tan fundamentales como las de espacios y tiempo, socavando la física anterior. También su trabajo contiene una sencilla expresión matemática, E = mc², sobre cuya verdad darían fe las explosiones nucleares que pusieron fin a la Segunda Guerra Mundial.

Esto se hace largo y, remateré con el comentario siguiente sobre el mismo tema.

emilio silvera

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 1900, cuando Max Planck escribió un artículo de ocho páginas y dejó al mundo la semilla de lo que más tarde (debidamente desarrollado por muchos) se convertiría en lo que hoy conocemos como la Mecánica Cuántica. Cinco años más tarde,  en 1905, cuando Albert Einstein con su relatividad especial nos ayudo en nuestra comprensión de las leyes que gobiernan el Universo, se produjo la segunda gran revolución, la tercera sería la continuación de la Relatividad, ahora general que nos describió de manera perfecta lo que le ocurría al espacio en presencia de grandes masas y nos decía que la gravedad era la distosión del espacio-tiempo.

Hoy no hablaremos de la primera revolución, comentaré brevemente sobre las de Einstein que 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.

En la Teoría Especial de la Relatividad, Einstein se refirió a sistemas de referencias inerciales (no acelerados). Asume que las leyes de la física son idénticas en todos los sitemas de referencia y que la velocidad de la luz en el vacío, c, es constante en el todo el Universo y es independiente de la velocidad del obervador.

La teoría desarrolla un sistema de matemáticas con el fin de reconciliar estas afirmaciones en aparente conflicto. Una de las conclusiones de la teoría es que la masa de un cuerpo, aumenta con la velocidad (hay una ecuación quer así lo demuestra), y, tal hecho, ha sido sobradamente comprobado en los aceleradores de partículas donde un muón, ha aumentado más de diez veces su masa al circular a velocidades cercanas a la de la luz.

Einstein también concluyó que si un cuerpo pierde una energía L, su masa disminuye en L/c2. Einstein generalizó esta conclusión al importante postulado de que la masa de un cuerpo es una medida de su contenido en energía, de acuerdo con la ecuación m=E/c2 ( o la más popular E=mc2).

Otras de las conclusiones de la teoría de Einstein en su modelo especial, está en el hecho de que para quien viaje a velocidades cercanas a c (la velocidad de la luz en el vacío), el tiempo transcurrirá más lento. Dicha afirmación también ha sido experimentalmente comprobada.

Todos estos conceptos, por nuevos y revolucionarios, no fueron aceptados por las buenas y en un primer momento, algunos físicos no estaban preparados para comprender cambios tan radicales que barrían de un plumazo, conceptos largamente arraigados.

Fue Max Planck, el Editor de la Revista que publicó el artículo de Albert Einstein, quien al leerlo se dió cuenta de la enorme importancia de lo que allí se decía. A partir de aquel momento, se convirtió en su valedor, y, en verdad, Einstein, reconoció publicamente tal ayuda.

En la segunda parte de su teoría, la Relatividad General, 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 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 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.: 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.

Con esta teoría de la Relatividad General, entre otros pasos importantes, está el hecho de que dió lugar al nacimiento de la Cosmología.

El análisis de la Gravitación que aquí quedó plasmado interpreta el Universo como un continuo espacio-tiempo de cuatro dimensiones en el el que la presencia de una masa (como decía antes) curva el espacio para crear un campo gravitacional.

De la veracidad y comprobación de las predicciones de ésta segunda parte de la Teoría Relativista, tampoco, a estas alturas cabe duda alguna, y, lo más curioso del caso es que, después de casi un siglo (1915), aún los físicos están sacando partido de las ecuaciones de campo de la teoría relativista en su versión general o de la Gravedad.

Tan importante es el trabajo de Einstein que, en las nuevas teorías, en las más avanzadas, como la Teoría M (que engloba las cinco versiones de la Teoría de Cuerdas), cuando la están desarrollando, como por arte de magía y sin que nadie las llame, surgen, emergen, las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General.

emilio silvera

Hablamos de otro estado de la materia, materia de Quarks-Gluones o de Materia Extraña que se podrían formar en el interior de las estrellas de Neutrones produciendo la conversión de las mismas en Estrellas de Quarks. Esta transición de fase estaría ocurriendo en el Universo cada vez que una estrella masiva explotara en forma de supernova. Con la consiguiente aparición de una Estrella de Neutrones.

En 1971 A.R. Bodmer propuso que la Materia Extraña es más estable que el ⁵⁶Fe, que es el más estable de todos los núcleos ordinarios. Por lo tanto según esta teoría, la Materia extraña constituiría el estado más fundamental de la materia. En la Naturalezas la presencia de núcleos atómicos ordinarios no se halla en contradicción con la mayor estabilidad que presente la ME. Esto se debe a que la conversión de un núcleo atómico en ME,  requiere que se transformen quarks up y dowm en quarks  extraños s. La probabilidad de que esto ocurra involucra una transición débil que hace que los núcleos con peso atómico 4 ≥ 6 sean estables por mas de 10 exponente 60 años. Así que, si la teoría de la ME es finalmente cierta, estaríamos en presencia del estado mas estable de la materia hadrónica y ahora su formación se necesitaría un ambiente rico en quarks s o la formación de un Plasma de Quarks Gluones. Esto se puede alcanzar en las colisiones de iones pesados relativistas, segundos después del Big Bang (como nos apunta Kike) y en el interior de las estrellas de Neutrones. Explicar aquí la formación de ME dentro de una EN resultaría algo pesado.

Formación y características de las Estrellas de Quarks:

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 aun 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 Bag del MIT, mostraron en sus cálculos que la energía por barion de la ME era menor que la del núcleo atómico mas estable que antes se mencionaba del Fe. Esto daba mayor solidez a la hipótesis de Bodmer-Witten e inmediatamente comenzaron a desarrollar modelos teóricos de EQs. En el año 2002, el Observatorio de rayos X Chandra, de la NASA, ofreció 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 mas. 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 analizando 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 Lagranje interno. Pero, dejémonos de tecnicismos y, formulemos una pregunta crucial: ¿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 una EQ. En el proceso de formación de una estrella 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 periodos de rotación se hacen cada vez más largos debido a la perdida de energía rotacional por la emisión de electrones y positrones y de la radiación bipolar electromagnética. Cuando la alta frecuencia de rotación o el campo electromagnético  alcanzan un valor critico, la EN se transforma en el pulsar que emite pulsos del orden de los milisegundos. Debido a la enorme fuerza centrifuga 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, mas comprensible, cuyo resultado final seria la aparición de una EQ.

La identificación de una EQ requiere señales observacionales consistentes. Con esto me refiero a las condiciones físicas de la estrella tales como su masa máxima, radio, periodo mínimo de rotación, enfriamiento por emisión de neutrinos. Todas estas propiedades dependen de una única ecuación de estado para la materia densa de quark. 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 seria 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 quark y los efectos de la superconductividad de “color” complican aun mas este punto (me paso la parte mas farragosa).

Además, las EQs violarían el llamado límite de Eddington que, observo que las fuerzas debido a la radiación y 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 estrella 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. Por eso precisamente se dice que una estrella tiene un limite de 120 masas solares (puede haber alguna que tenga mas, ya que, esto es una media estimada) pues en caso de ser mayores su propia radiación las destruiría, ya que, en este sentido las estrellas responden al limite de Eddington y para cualquier estrella que rebase ese limite, no habrá equilibrio hidrostático, causando la perdida de masa de la estrella. El mecanismo de Emision en una estrella de de Quarks produciría luminosidades por encima de dicho limite. Una posible explicación a este hecho seria que la EQ es auto ligada 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 alfa, seria suponer que las emisiones provenientes de EQs con radios R~6 Km, valores demasiado pequeños si pensáramos que los destellos provienen de ENs.

Hay observaciones Astrofísicas que podrían ser posibles observaciones de EQs. El mes de febrero de 1987 fue la primera oportunidad de poner a prueba, a trabes de observaciones directas, las teorías modernas sobre la formación de supernovas. En el Observatorio de Las Campanas de 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 si una hipotética fuente de energía subnuclear como la Materia Extraña contribuyera a su explosión. El remanente estelar que ha quedado como consecuencia de la explosión supernova 1987ª, podría ser5 una EQ, ya que el periodo de emisión de este pulsar es de P =0,5 milisegundos. Una estrella canónica no podría tener una frecuencia de rotación tan alta.

También existen observaciones del Chandra de rayos X de la NASA que, combinados con otros del Hubble, vienen a reforzar estas afirmaciones y, lo que resulta de todo es que, los conocimientos que se tienen de las estrellas de neutrones no coinciden con lo que se esta observando y de cuyos indicios se deduce que ahí dentro de las estrellas de neutrones esta presente la Materia extraña o sopa de Plasma de Quark y Gluones que serian la huella de las estrellas de Quarks.

Salvo mejor parecer.

Según la teoría de Einstein, tenemos que e = mc², donde e representa la energía, medida en ergios, m representa la masa, medida en gramos, y c es la velocidad de la luz en centímetros por segundo.

La luz se propaga en el vacío a una velocidad aproximada a los 30.000 millones (3×10¹⁰) de centímetros por segundo. La cantidad c² representa el producto c×c, es decir:

3×10¹⁰ × 3×10¹⁰, ó 9×10²⁰.

Por tanto, c² es igual a 900.000.000.000.000.000.000.

Así pues, una masa de un gramo puede convertirse, en teoría, en 9×10²⁰ ergios de energía.

El ergio es una unida muy pequeña de energía que equivale a: “Unidad de trabajo o energía utilizado en el sistema c.g.s y actúa definida como trabajo realizado por una fuerza de 1 dina cuando actúa a lo largo de una distancia de 1 cm: 1 ergio = 10^-7 julios”. La kilocaloría, de nombre quizá mucho más conocido, es igual a unos 42.000 millones de ergios. Un gramo de materia convertido en energía daría 2’2×10¹⁰ (22 millones) de kilocalorías.  Una persona puede sobrevivir cómodamente con 2.500 kilocalorías al día, obtenidas de los alimentos ingeridos. Con la energía que representa un solo gramo de materia tendríamos reservas para unos 24.110 años, que no es poco para la vida de un hombre.

O digámoslo de otro modo: si fuese posible convertir en energía eléctrica la energía representada por un solo gramo de materia, bastaría para tener luciendo continuamente una bombilla de 100 vatios durante unos 28.200 años.

O bien: la energía que representa un solo gramo de materia equivale a la que se obtendría de quemar unos 32 millones de litros de gasolina.

Nada tiene de extraño, por tanto, que las bombas nucleares, donde se convierten en energías cantidades apreciables de materia, desaten tanta destrucción.

La conversión opera en ambos sentidos. La materia se puede convertir en energía y la energía en materia. Esto último puede hacerse en cualquier momento en el laboratorio, donde continuamente convierten partículas energéticas (como fotones de rayos gamma) en 1 electrón y 1 positrón sin ninguna dificultad. Con ello se invierte el proceso, convirtiéndose la energía en materia.

Pero estamos hablando de una transformación de ínfimas cantidades de masa casi despreciable. ¿Pero podremos utilizar el mismo principio para conseguir cantidades mayores de materia a partir de energía?

Bueno, si un gramo de materia puede convertirse en una cantidad de energía igual a la que produce la combustión de 32 millones de litros de gasolina, entonces hará falta toda esa energía para fabricar un solo gramo de materia, lo que nos lleva al convencimiento de que no sería muy rentable invertir el proceso.

Recuerdo en este punto cómo los viajeros espaciales de la Nave Enterprise, cuando tienen hambre, le piden a una dispensadora de alimentos lo que desean comer o beber, y la máquina, a partir de la energía, le facilita todo aquello que necesiten. La serie Star Trek, unas de las mejores que han sido realizadas, reflejan algunas licencias que como esta de la máquina dispensadora, no explican de dónde precede la fuente de energía que utilizan y, que según lo que se ve, tendría que ser inagotable.

Antes de que llegara Einstein, los físicos del siglo XIX creían que la materia y la energía eran dos cosas completamente diferentes. Materia es todo aquello que ocupaba un espacio y que poseía masa. Y al tener masa también tenía inercia y respondía al campo gravitatorio. La energía en cambio, no ocupaba espacio ni tenía masa, pero podía efectuar trabajo. Además, se pensaba que la materia consistía en partículas (átomos), mientras que la energía, se componía de ondas.

Por otra parte, esos mismos físicos del XIX creían que ni la materia ni la energía, cada una por su parte, podía ser creada ni destruida. La cantidad de materia del universo era constante, igual que la cantidad total de energía.  Había pues una ley de conservación de la energía y de conservación de la materia.

Albert Einstein, en 1.905, les demostró que la masa es una forma muy concentrada de energía. La masa podía convertirse en energía y viceversa.  Lo único que había que tener en cuenta era la ley de conservación de la energía. En ella iba incluida la materia.

Hacia los años veinte se vio además que no se podía hablar de partículas y ondas como si fuesen dos cosas diferentes. Lo que se consideraban partículas actuaban en ciertos aspectos como si de ondas se tratara, y lo que normalmente se consideraban ondas actuaban en ciertos aspectos como partículas.

Así podemos hablar de ondas del electrón, por ejemplo; y también de partículas de luz, o fotones. Pero existe una diferencia entre la una y el otro, mientras que la partícula que denominamos electrón, posee una “masa en reposo” mayor a cero, los fotones por el contrario, no tienen masa alguna, por ese motivo, estas partículas se mueven siempre a una velocidad de 299.792’458 metros por segundo a través del vacío, no debemos olvidar que un fotón es una partícula de luz.

La luz está compuesta por fotones y precisamente ya se ha dicho que es la luz la que tiene el record de velocidad del universo al correr a unos 300.000 Km/s, exactamente 299.792’458 Km/s.

¿Y los neutrinos?

Los neutrinos se forman en ciertas reacciones nucleares y ningún físico atómico ha sido hasta ahora capaz de medir su masa. Es probable que los neutrinos, como los fotones, tengan una masa en reposo nula, aunque en realidad el neutrino nunca podrá estar en reposo y, como el fotón, siempre se está moviendo a 299.792’458 Km/s y adquieren esa velocidad desde el instante en que se forma.

Pero los neutrinos no son fotones, porque ambos tienen propiedades muy distintas. Los fotones interaccionan fácilmente con las partículas de materia y son retardados y absorbidos al pasar por la materia. Los neutrinos, por el contrario, apenas interaccionan con las partículas de materia y pueden atravesar un espesor de años luz de plomo sin verse afectados.

Parece claro, por tanto, que si los neutrinos tienen una masa en reposo nula, “no son materia”. Por otro lado, hace falta energía para formarlos, y al alejarse se llevan algo de ella consigo, de modo que son una forma de energía.

Sin embargo, atraviesan cualquier espesor de materia sin interaccionar apenas, de modo que prácticamente no efectúan trabajo. Lo cual les distingue de cualquier otra forma de energía. En su momento se habló de que los neutrinos podían ser la energía oscura que tanto fascina a todos los físicos, astrofísicos y astrónomos, sin embargo, al no haber detectado la masa de los neutrinos, se desechó la idea.

El neutrino es de la familia de los leptones y existe en tres formas. Una asociada al electrón y se conoce como neutrino electrónico (V_e), otra al muón y es el neutrino múonico (V_µ) y por último el que está asociado con la partícula tau, que es el neutrino tauónico (V_t). Cada forma tiene su propia antipartícula.

El neutrino fue postulado en 1.931 para explicar la energía “perdida” en la desintegración beta. Fue identificado de forma tentativa en 1.953, y definitivamente en 1.956, dando la razón a Wolfgang Pauli que presintió su existencia.

Los neutrinos no tienen carga y como dijimos antes, tampoco tienen masa; son pura energía que viaja siempre por el espacio a la velocidad de la luz. En algunas teorías de gran unificación se predice que los neutrinos tienen masa no nula, pero no hay evidencia concluyente para eso.

Cuando Pauli propuso su existencia para justificar la energía perdida en la desintegración beta, Enrico Fermi lo bautizó con el nombre de neutrino.  La ley de conservación de la energía prohíbe que ésta se pierda, y en la desintegración beta, que es un tipo de interacción débil en la que un núcleo atómico inestable se transforma en un núcleo de la misma masa atómica pero de distinto número atómico, hace que en el proceso un neutrón se convierta en un protón con la emisión de un electrón, o de un protón en un neutrón con la emisión de un positrón. Pero la cuenta no salía, allí faltaba algo, no se completaba en la transformación la energía original, así que Pauli añadió en la primera un antineutrino electrónico y la segunda la completó con un neutrino electrónico, de la manera siguiente:

Neutrón desintegrado = n→ protón + electrón + antineutrino electrónico.

Protón desintegrado =   p→ neutrón + positrón + neutrino electrónico.

Un ejemplo de esto es la desintegración del carbono-14.

Así fue como se dio a conocer al mundo la existencia de neutrinos.

emilio silvera

Es el tiempo que necesita el fotón (viajando a la velocidad de la luz, c, para moverse a través de una distancia igual a la longitud de Planck. Está dado por  segundos, donde G es la constante gravitacional (6’672 59 (85) ×10^-11 N m² kg^-2), ħ es la constante de Planck racionalizada (ħ = h/2π = 1’054589 × 10^-34 Julios segundo) y c es la velocidad de la luz (299.792.458 m/s).

El valor del tiempo del Planck es del orden de 10^-44 segundos. En la cosmología del Big Bang, hasta un tiempo T_p después del instante inicial, es necesaria usar una teoría cuántica de la gravedad para describir la evolución del universo.

Expresado en números corrientes que todos podamos entender, su valor es 0’000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.1 de 1 segundo, que es el tiempo que necesita el fotón para recorrer la longitud de Planck, de 10^-35 metros (veinte ordenes de magnitud menor que el tamaño del protón de 10^-15 metros). El límite de Planck es

Todo, desde Einstein, es relativo. Depende de la pregunta que se formule y de quién nos de la respuesta.

Si preguntamos ¿qué es el tiempo?, tendríamos que ser precisos y especificar si estamos preguntando por esa dimensión temporal que no deja de fluir desde el Big Bang y que nos acompaña a lo largo de nuestras vidas, o nos referimos al tiempo atómico, ese adoptado por el SI, cuya unidad es el segundo y se basa en las frecuencias atómicas, definida a partir de una línea espectral particular de átomo de cesio-133, o nos referimos a lo que se conoce como tiempo civil, tiempo coordinado, tiempo de crecimiento, tiempo de cruce, tiempo de integración, tiempo de relajación, tiempo dinámico o dinámico de Baricéntrico, dinámico terrestre, tiempo terrestre, tiempo de Efemérides, de huso horario, tiempo estándar, tiempo local, tiempo luz, tiempo medio, etc, etc. Cada una de estas versiones del tiempo tiene una respuesta diferente, ya que no es lo mismo el tiempo propio que el tiempo sidéreo o el tiempo solar, o solar aparente, o solar medio, o tiempo terrestre, o tiempo universal. Como se puede ver, la respuesta dependerá de cómo hagamos la pregunta.

En realidad, para todos nosotros el único tiempo que rige es el que tenemos a lo largo de nuestras vidas; los otros tiempos, son inventos del hombre para facilitar sus tareas de medida, de convivencia o de otras cuestiones técnicas o astronómicas pero, sin embargo, el tiempo es sólo uno; ese que comenzó cuando nació el universo y que finalizará cuando éste llegue a su final.

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 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 (posibles estrellas de Quarks) 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 1.981; 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.

emilio silvera

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 he dicho muchas veces, 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 transuránidos 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.

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.

Refiriéndonos al silicio, que para nosotros es el más importante, señalaremos que las “moléculas” que dicho átomo forma con el oxígeno y otros átomos, generalmente metálicos poseyendo gran nivel de información, difieren en varios aspectos de las moléculas orgánicas, es decir, de las que poseen un esqueleto de átomos de carbono.

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. Una estrella, por ejemplo, está conformada por sustancias compuestas y, nosotros también.

emilio silvera

La metafísica, desde Wolf, se ha dividido en autología o doctrina del ser, y metafísica especial, que se subdivide en cosmología, que trata de la naturaleza, causa y origen del mundo; psicología racional, que hace el mismo estudio en relación al alma humana, y teología natural o teodicea, cuyo objeto es la demostración de la existencia de Dios, la naturaleza divina y sus relaciones con el mundo. Ha sido combatida por los empíricos, naturalistas y agnósticos. En especial Kant y los sistemas positivistas modernos son los que tuvieron más empeño en negar su posibilidad y su carácter científico.  Las escuelas kantianas han sustituido la metafísica por la teoría del conocimiento, las positivistas, por la filosofía general o de las ciencias.

Es interesante; profundicemos algo más. (Ta meta ta physika) Obra de Aristóteles, dada a conocer por su discípulo Andrónico de Rodas h. 70 a. de C. Su autor se centra en el estudio del ser en tanto ser, es decir, del ser en un sentido eminente, forma sin materia o acto puro. Aborda la metafísica a partir de una crítica de los sistemas precedentes, en especial el de Platón.

Aristóteles abordó el saber empírico, techné y ciencia, la metafísica en particular, el método para estudiar metafísica, análisis de ciertos axiomas como el principio de no-contradicción, claves y conceptos de metafísica, la sustancia y el movimiento, de lo uno y lo múltiple, del primer motor inmóvil (la divinidad) y sobre las ideas.

Fue el primer filósofo que escribió un tratado sistemático de metafísica y definió el objeto de esta disciplina. Andrónico, como antes decía, se topó con unos manuscritos del maestro, situados más allá de los libros de la física (Ta meta ta physika), de ahí el nombre: metafísica. No es de extrañar, por lo tanto, que esta palabra que connota un tipo de conocimiento transfísico, haya sido utilizada por numerosas doctrinas ocultistas de toda índole.

El término tuvo excelente acogida y fue utilizado en adelante para denominar a aquella parte de la filosofía que versa sobre el ser (to ón).

Ousía: la sustancia, la esencia.

El problema de definir el objeto y el método de la metafísica surge de la dificultad inherente al problema del ser (to ón), cuya multiplicidad de sentidos (todas las cosas son, pero no de la misma manera) se deduce de un análisis de las oraciones copulativas, en las que un predicado se atribuye a un sujeto de dos maneras radicalmente distintas entre sí: afirmando aquellas características que definen esencialmente al sujeto (esencia, sustancia, que es algo) o a una cualidad o característica inherente al sujeto y en ningún modo definitoria de su esencia (accidentes).

Estas maneras de decirse el ser se corresponden, según el estagirita, con las diez categorías de formas de ligarse un predicado a un sujeto: esencia o sustancia, cantidad, cualidad, relación, lugar, tiempo, situación, posesión, acción y pasión.

En cuanto al método de conocimiento utilizado por la metafísica, este no es experimental (a posteriori) o empírico, sino que se basa en deducciones anticipadas, es decir, independiente de la experiencia.

Aristóteles, ¿qué duda nos puede caber?, fue un pilar de la filosofía y el pensamiento que ha llegado a nuestros días con múltiples variantes de la evolución lógica de los tiempos.

“Todas las cosas son, pero no de la misma manera.”

La frase tiene guasa. En tan simple expresión está encerrada la verdad del universo. Nosotros hablamos de “ser” y queremos referirnos a lo que piensa y siente, a lo que tiene conciencia.

En la frase, a las cosas (la materia), se le concede la categoría de ser.  Si lo pensamos detenida y profundamente, es así. Todo en cada momento ocupa su lugar en el tiempo que le ha tocado vivir. La ley de la conservación de la masa es muy significativa. ¿Dónde estaba la materia que conforma mi ser hace 3.000 millones de años? Posiblemente estaba a miles de millones de grados de temperatura en el núcleo de una estrella situada a 9.500 años luz de nuestro (ahora) Sistema Solar.

Pero esa materia era, y a su manera tenía su propia conciencia, en aquel momento y en aquel lugar, le tocó ser aquella cosa. Todo ES.

La metafísica es lo que trasciende, lo superior, el ser supremo, el universo de lo sensorial, tener el conocimiento sin saberlo.

Cuando se rebasan los límites de la razón, las ideas entran en el mundo de lo ilusorio, sin embargo, dónde está ese límite.

El cuerpo y el alma: heterogéneos e incluso incompatibles entre sí. El mundo material, el cuerpo humano es una máquina que se comporta siguiendo las estrictas leyes del mecanismo.

La mente, sin embargo, no puede ser reducida a lo puramente mecánico, rigiéndose por otros principios absolutamente diferentes, divergentes, superiores.

Por lo tanto, dependiendo de si lo que existe se concibe como una entidad material o una entidad puramente espiritual, la metafísica genera dos concepciones radicalmente distintas: el materialismo (Demócrito, Epicuro, Hobbes, Marx y Engels, etc) y el idealismo (Platón, Berkeley, Hegels, etc). Concepciones que se reflejan no sólo en el ámbito estrictamente filosófico, sino en la propia ciencia que, como sabemos, no está al margen de presupuestos metafísicos.

Muchas veces, como el balbuceo de un niño, hablamos de cosas que no entendemos, es simplemente una maraña de ideas que nos ronda por la cabeza y nosotros, osados como siempre, decimos lo que se nos ocurre sobre ellas, y lo sorprendente es que a veces hasta acertamos.

Lo actual, y pese a las críticas que ha recibido esta disciplina a lo largo del pasado siglo, la metafísica no ha desaparecido de la investigación filosófica que denuncia, precisamente, el “olvido del ser” que, a favor del “ente”, había caracterizado a la metafísica tradicional.

El proyecto siempre está abierto y también inconcluso, y sitúa al SER humano en el centro de la reflexión metafísica.

emilio silvera

• Enanas Blancas,
• Estrellas de Neutrones, y
• Agujeros Negros.

De todas ellas podemos (más o menos) explicar sus más destacadas caracteristicas y también el por qué, a partir de una estrella, se convierten en esos extraños objetos de tan altas densidades y, cada una de ellas (la estrella enana blanca, la de neutrones o el agujero negro, tienen sus especiales peculiaridades) pero, siguiendo la secuencia de estos tres ejemplos, la pregunta que se plantea en este debate es:

¿Podrán existir las Estrellas de Quarks?

emilio silvera

En primer lugar, la luz visible que se recibe desde un planeta como la Tierra es en esencia el reflejo de la luz procedente de su estrella progenitora, por lo que no sólo es relativamente débil, sino que resulta muy difícil de captar a distancias astronómicas  sobre el fondo iluminado por el resplandor de dicha estrella.

En segundo lugar, del tipo de la Tierra alcanzan en realidad su brillo máximo en la parte de rayos infrarrojos del espectro electromagnético, por el modo en que la energía absorbida procedente del Sol vuelve a irradiarse en la zona de infrarrojos de dicho espectro, con longitudes de onda más largas que las de la luz visible.

En una longitud de onda de unas pocas micras, la Tierra es el planeta más brillante del Sistema solar y destacaría como un objeto impactante si se utilaza cualquier telescopio de infrarrojos suficientemente sensible situado en nuestra proximidad estelar. El problema es que, dado que la radiación de infrarrojos es absorbida por los propios gases de la atmósfera terrestre, como el dióxido de carbono y el vapor de agua, que son lo que nos interesa descubrir, el telescopio que se utilice para buscar otros planetas como la Tierra tendrá que ser colocado en las profundidades del espacio, lejos de cualquier fuente potencial de contaminación. También tendrá que ser muy sensible, lo que significa muy grande. De ahí que estemos hablando de un proyecto internacional, aunque, en este mismo momento ya se está haciendo una realidad y se construye el sustituto del Hubble. Sin embargo, otros proyectos y por distintos medios y utilizando interferómetros de infrarrojos no dejan de buscar “nuevas” Tierras y elementos que, alrededor de lejanos planetas puedan contener los materiales primigenios para la vida.

La sola presencia de gases como el dióxido de carbono y el vapor de agua no es suficiente como un signo de vida, pero sí de la existencia de planetas del tipo de la Tierra en el sentido de que tendrían una atmósfera como Venus y Marte, mientras que, en particular, la presencia de agua indicaría la probabilidad de que existiera un lugar adecuado para la vida.

En realidad, cuando se estudian de forma detenida y pormenorizada los mecanismos del Universo, podemos ver la profunda sencillez sobre la que este se asienta. Los objetos más complejos del Universo conocido son los seres vivos,  nosotros mismos, seríamos un buen ejemplo.

Estos sistemas complejos están hechos de las materias primas más comunes que existen en Galaxias como la Vía Láctea. En forma de aminoácidos estas materias primas se ensamblan de manera natural, dando lugar a sistemas autoorganizadores donde unas causas subyacentes muy sencillas pueden producir complejidad en la superficie, como en el caso del tigre y sus manchas. Finalmente, con el fin de detectar la presencia de esta complejidad máxima de unos sistemas universales no necesitamos ninguna prueba sofisticada para distinguir la materia viva de la materia “inerte”, sino únicamente las técnicas más sencillas (aunque asistidas por tecnologías altamente avanzadas) para identificar la presencia de uno de los compuestos más simples del universo: El oxígeno.

El caos y la complejidad se combinan para hacer del universo un lugar muy ordenado que es justo el entorno adecuado para formas vidas como la que nosotros mismos podemos representar. Como dijo Stuart Kauffman, “en el universo estamos en nuestra propia casa”. Sin embargo, no es que el universo se haya diseñado así para beneficiarnos a nosotros. Por el contrario, lo que sucede es que estamos hechos a imagen y semejanza del universo, y, en realidad, somos la consecuencia de sus mecanismos energéticos, sus cambios de transiciones de fase, sus fuerzas y sus constantes.

Planteémonos una simple pregunta: Dadas las condiciones que imperaban en la Tierra hace cuatro mil millones de años, ¿qué probabilidades había de que surgiera la vida?

No basta con responder que “la vida era inevitable, puesto que nosotros estamos aquí “. Obviamente, la vida sí se inició: nuestra existencia lo demuestra. Pero ¿tenía que iniciarse? En otras palabras, ¿era inevitable que emergiera la vida a partir de un combinado químico y radiado por la energía interestelar y después de millones de años?

Nadie conoce una respuesta exacta a esta pregunta. El origen de la vida, según todos los indicios y datos con los que hoy contamos, parece ser un accidente químico con una alta probabilidad de reproducirse en otros lugares del Universo que sean poseedores de las condiciones especiales o parecidas a las que están presentes en nuestro planeta.

Pero la vida, no consiste solo en ADN, genes y replicación. Es cierto que, en un sentido biológico estricto, la vida está simplemente ocupada en replicar genes. Pero el ADN es inútil por sí sólo. Debe construir una célula, con todas sus sustancias químicas especializadas, para llevar a cabo realmente el proceso de replicación. En las denominadas formas de vida superior debe construir un organismo completo para que tenga todos los requisitos exigidos para que pueda replicarse. Desde la perspectiva de un genoma, un organismo es una manera indirecta de copiar ADN.

Sería muy laborioso y complejo explicar de manera completa todos y cada uno de los pasos necesarios y códigos que deben estar presentes para formar cualquier clase de vida. Sin embargo, es necesario dejar constancia aquí de que los elementos necesarios para el surgir de la vida sólo se pueden fabricar en el núcleo de las estrellas y en las explosiones de supernovas que pueblan el universo para formar nebulosas que son los semilleros de nuevas estrellas y planetas y también de la vida.

El surgir de la vida en nuestro Universo puede ser menos especial de lo que nosotros pensamos, y, en cualquier lugar o región del Cosmos pueden estar presentes formas de vida en condiciones que para nosotros podría ser como las del infierno.

Hace varias décadas, los biólogos quedaron sorprendidos al descubrir bacterias que vivían confortablemente a temperaturas de setenta grados Celsius. Estos microbios peculiares se encontraban en pilas de abonos orgánicos, silos e inclusos en sistemas domésticos de agua caliente y fueron bautizados como termófilos.

Resultó que esto era sólo el principio. A finales de los años setenta la nave sumergible Alvin, perteneciente al Woods Hole Océano Graphic Institute, fue utilizada para explorar el fondo del mar a lo largo de la Grieta de las Galápagos en el océano Pacífico. Este accidente geológico, a unos dos kilómetros y medio bajo la superficie, tiene interés para los geólogos como un ejemplo primordial de las chimeneas volcánicas submarinas conocidas como “húmeros negros “. Cerca de un humero negro, el agua del mar puede alcanzar temperaturas tan altas como trescientos cincuenta grados Celsius, muy por encima del punto de ebullición normal. Esto es posible debido a la inmensa presión que hay en dicha profundidad.

Para asombro de los científicos implicados en el proyecto Alvin la región en torno a los húmeros negros de las Galápagos y otros lugares de las profundidades marinas resultó estar rebosante de vida. Entre los moradores más exóticos de las profundidades había cangrejos y gusanos tubulares gigantes. También había bacterias termófilas ya familiares en la periferia de los húmeros negros. Lo más notable de todo, sin embargo, eran algunos microbios hasta entonces desconocidos que vivían muy cerca de las aguas abrasadoras a temperaturas de hasta ciento diez grados Celsius. Ningún científico había imaginado nunca seriamente que una forma de vida pudiera soportar calor tan extremo.

Igualmente se han encontrado formas de vida  en lugares de gélidas temperaturas y en las profundidades de la tierra. Así mismo, la NASA ha estado en un pueblo de Huelva para estudiar aguas con un PH imposible para la vida y cargada de metales pesados que, sin embargo, estaba rebosante de vida. El proyecto de estos estudios se denomina P-TINTO, ya que, las aguas a las que nos referimos son precisamente las del Río Tinto, llenas de extremófilos. El terreno al que me refiero, pisado muchas veces por mi y con cierta frecuencia, tiene, en muchos lugares el aspecto de Marte.

La anterior reseña viene a confirmar la enorme posibilidad de la existencia de vida en cualquier parte del universo que está regido por mecanismos iguales en cualquiera de sus regiones, por muchos años luz que nos separen de ellas. En comentarios anteriores dejamos claro que las Galaxias son lugares de autorregulación, y, podríamos considerarlos como organismos vivos que se regeneran así mismos de manera automática luchando contra la entropía del caos de donde vuelve a resurgir los materiales básicos para el nacimiento de nuevas estrellas y planetas donde surgirá alguna clase de vida a la menor oportunidad que se le pueda dar.

La idea de que la vida puede tener una historia se remonta a poco más de dos siglos. Anteriormente, se consideraba que las especies habían sido creadas de una vez para siempre. La vida no tenía más historia que el Universo. Sólo nosotros, los seres humanos, teníamos una historia. Todo lo demás, el Sol y las estrellas, continentes y océanos, plantas y animales, formaban la infraestructura inmutable creada para servir como fondo y soporte de la aventura humana. Los fósiles fueron los primeros en sugerir que esta idea podía estar equivocada.

Durante cerca de tres mil millones de años, la vida habría sido visible sólo a través de sus efectos en el ambiente y, a veces , por la presencia de colonias, tales como los extremófilos que asociaban billones de individuos microscópicos en formaciones que podrían haber pasado por rocas si no fuera por su superficie pegajosa y por sus colores cambiantes.

Toda la panoplia de plantas, hongos y animales que en la actualidad cubre el globo terrestre con su esplendor no existía. Sólo había organismos unicelulares, que empezaron con casi toda seguridad con bacterias. Esa palabra, “bacteria”, para la mayoría de nosotros evoca espectros de peste, enfermedades, difteria y tuberculosis, además de todos los azotes del pasado hasta que llegó Pasteur. Sin embargo, las bacterias patógenas son sólo una pequeña minoría, el resto, colabora con nosotros en llevar la vida hacia delante, y, de hecho, sin ellas, no podríamos vivir. Ellas, reciclan el mundo de las plantas y animales muertos y aseguran que se renueve el carbono, el nitrógeno y otros elementos bioquímicos.

Por todas estas razones, podemos esperar que, en mundos que creemos muertos y carentes de vida, ellas (las bacterias) estén allí. Están relacionadas con las primeras formas de vida, las bacterias han estado ahí desde hace cerca de 4.000 millones de años, y, durante gran parte de ese tiempo, no fueron acompañadas por ninguna otra forma de vida.

Pero, ¿No estamos hablando del Universo?  ¡Claro que sí! Hablamos del Universo y, ahora, de la forma más evolucionada que en él existe: Los seres pensantes y conscientes de SER, nosotros los humanos que, de momento, somos los únicos seres inteligentes conocidos del Inmenso Universo. Sin embargo, pensar que estamos solos, sería un terrible y lamentable error que, seguramente, nos traería consecuencias de difícil solución. Me refiero a que, debemos seguir buscando otras clases de vida fuera de la Tierra para, al menos, saber que no estamos sólos.

Hay que pensar seriamente en la posibilidad de la vida extraterrestre que, incluso en nuestra propia Galaxia, podría ser muy abundante. Lo único que necesitamos es ¡Tiempo! (lo cual resulta paradógico si pensamos que algunos piensan que el término quiere definir algo que no existe).

Tiempo para poder avanzar en el conocimiento que nos lleve, por ejemplo, a poder aprovechar las inmensas energías que se generan en los giratorios círculos de acreción que rodean a los Agujeros Negros. Cuando eso llegue, estaremos preparados para dar el salto hacia las estrellas, y, allí, nos esperan sorpresas que ahora, ni podemos sospechar.

emilio silvera

Todo el mundo “sabe” lo que es la conciencia; es lo que nos abandona cada noche cuando nos dormimos y reaparece a la mañana siguiente cuando nos despertamos. Esta engañosa simplicidad me recuerda lo que William James escribió a finales del siglo XIX sobre la atención:”Todo el mundo sabe lo que es la atención; es la toma de posesión por la mente, de una forma clara e intensa, de un hilo de pensamiento de entre varios simultáneamente posibles”.

Más de cien años más tarde somos muchos los que creemos que seguimos sin tener una comprensión de fondo ni de la atención, ni de la conciencia que, desde luego, no creo que se marche cuando dormimos, ella no nos deja nunca.

La falta de comprensión ciertamente no se debe a una falta de atención en los círculos filosóficos o científicos. Desde que René Descartes se ocupara del problema, pocos han sido los temas que hayan preocuado a los filósofos tan persistentemente como el enigma de la conciencia.

Para Descartes, como para James más de dos siglos después, ser consciente era sinónimo de “pensar”: el hilo de pensamiento de James no era otra cosa que una corriente de pensamiento. El cogito ergo sum, “pienso, luego existo”, que formuló Descartes como fundamento de su filosofía en Meditaciones de prima philosophía, era un reconocimiento explícito del papel central que representaba la conciencia con respecto a la ontología (qué es) y la epistemología (qué conocemos y cómo le conocemos).

Claro que tomado a pie juntillas, “soy consciente, luego existo”, nos conduce a la creencia de que nada existe más allá o fuera de la propia conciencia y, por mi parte, no estoy de acuerdo. Existen muchísimas cosas y hechos que no están al alcance de mi conciencia. Unas veces por imposibilidad física y otras por imposibilidad intelectual, lo cierto es que son muchas las cuestiones y las cosas que están ahí y, sin embargo, se escapan a mi limitada conciencia.

Todo el entramado existente alrededor de la conciencia es de una complejididad enorme, de hecho, conocemos mejor el funcionamiento del Universo que el de nuestros propios cerebros.

¿Cómo surge la conciencia como resultado de procesos neuronales particulares y de las interacciones entre el cerebro, el cuerpo y el mundo?

¿Cómo pueden explicar estos procesos neuronales las propiedades esenciales de la experiencia consciente?

Cada uno de los estados conscientes es unitario e indivisible, pero al mismo tiempo cada persona puede elegir entre un número ingente de estados conscientes distintos.

Muchos han sido los que han querido explicar lo que es la conciencia. En 1940, el gran neurofisiólogo charles Sherrington lo intento y puso un ejemplo de lo que él pensaba sobre el problema de la conciencia. Unos pocos años más tarde también lo intentaron otros y, antes, el mismo Bertrand Russell hizo lo propio, y, en todos los casos, con más o menos acierto, el resultado no fue satisfactorio, por una sencilla razón: nadie sabe a ciencia cierta lo que en verdad es la conciencia y cuales son sus verdaderos mecanismos; de hecho, Russell expresó su escepticismo sobre la capacidad de los filósofos para alcanzar una respuesta:

“Suponemos que un proceso fisico da comienzo en un objeto visible, viaja hasta el ojo, donde se convierte en otro proceso físico en el nervio óptico y, finalmente, produce algún efecto en el cerebro al mismo tiempo que vemos el objeto donde se inició el proceso; pero este proceso de ver es algo “mental”, de naturaleza totalmente distinta a la de los procesos físicos que lo preceden y acompañan. Esta concepción es tan extraña que los metafísicos han inventado toda suerte de teorías con el fin de sustituirla con algo menos increíble”.

Está claro que en lo más profundo de ésta consciencia que no conocemos, se encuentran todas las respuestas planteadas o requeridas mediante preguntas que nadie ha contestado.

¡Sabemos aún tan poco!

emilio silvera

¿Habeis pensado en lo que llevan encerrado sus mensajes?

Es verdaderamente meritorio el enorme avance que en tan poco tiempo ha dado la Humanidad, en el campo de la Física y otras ramas del saber.

En poco más o menos, un siglo y medio, se ha pasado de la oscuridad a una claridad, no cegadora aún, pero sí, aceptable. Son muchos los secretos de la Naturaleza física que han sido desvelados y, el ritmo, parece que crece de manera exponencial, cada 10/20 años se dobla el conocimiento y se cumple la ley de Moore.

Eso que llamamos ¡El Tiempo!, tal como lo concebimos es un preciado bien, está a nuestro favor. Sólo tenemos que ir pasando el testigo para alcanzar las metas propuestas.

Pongamos nuestras esperanzas en que no seamos tan irresponsables como para estropearlo todo. Dentro de unos días, aterriza en Marte una nave que investigará si hay vida en el planeta vecino.

Si estoy escribiendo, concentrado, en mis cosas de la Física, de la Astronomía, la Gravedad o el electromagnetismo, pongamos por ejemplo, me aislo y ni oigo los ruídos que a mi alrededor se puedan producir por el desenvolvimiento de la vida cotidiana.

Hay cuestiones sencillas de entender para los iniciados y, a veces, muy complejas para la gente corriente. Por tal motivo, si escribo sobre estos interesantes temas, mi primera preocupación es la de buscar la sencillez en lo que explico. No siempre lo consigo.

Por ejemplo, quiero explicar el magnetismo y digo:

Grupo de fenómenos asociados con los campos magnéticos. Siempre que una corriente eléctrica fluye, se produce un campo magnético; como el movimiento orbital de un electrón, y el espín de los electrones atómicos son equivalentes a pequeños circuitos de corriente, los átomos individuales crean campos magnéticos a su alrededor cuando los electrones orbitales tienen un momento magnético neto como resultado de su momento angular. El momento angular de un átomo es el vector suma de los momentos magnéticos de los movimientos orbitales y de los espines de todos los electrones en el átomo.

Las propiedades magnéticas macroscópicas de una sustancia tienen su origen en los momentos magnéticos de sus átomos o moléculas constituyentes. Diferentes materiales poseen distintas características en un campo magnético aplicado; hay cuatro tipos de comportamiento magnético:

a) En Diamagnetismo, la magnetización está en la dirección opuesta a la del campo aplicado, es decir, la susceptibilidad es negativa. Aunque todas las sustancias son diamagnéticas, es una forma débil de magnetismo que puede ser enmascarada por otras formas más fuertes. Tiene su origen, en los cambios inducidos por los campos aplicados en las órbitas de los electrones de una sustancia, siendo la dirección del cambio opuesto a la del flujo aplicado (de acuerdo con la ley de Lenz).

Existe, por tanto, una débil susceptibilidad negativa (del orden de -10^{-8 m3} mol^-1) y una permeabilidad relativa ligeramente menor que uno.

b) En Paramagnetismo, los átomos o moléculas de la sustancia tienen momentos magnéticos orbitales o espín que son capaces de estar alineados en la dirección del campo aplicado. Estos, por tanto, tienen una susceptibilidad positiva (aunque pequeña) y una permeabilidad relativa ligeramente mayor que uno. El paramagnetismo aparece en todos los átomos y moléculas con electrones desapareados; es decir; átomos libres, radicales libres y compuestos de metales de transición que contienen iones con capas de electrones no llenas.

También ocurre en metales como resultado de momentos magnéticos asociados a los espines de los electrones de conducción.

c) En Sustancias ferromagnéticas, dentro de un cierto rango de temperaturas, hay momentos magnéticos atómicos netos, que se alinean de forma que la magnetización persiste después de eliminar el campo aplicado.

Por debajo de una cierta temperatura, llamada el punto de Curie ( o temperatura de Curie), un campo magnético en aumento aplicado a una sustancia ferromagnética causará una magnetización creciente hasta un valor máximo, llamado la magnetización de saturación. Esto es debido a que una sustancia ferromagnética está constituida por pequeñas regiones magnetizadas (1-0,1 mm de ancho) llamadas dominios.

El momento magnético total de la muestra de sustancia es el vector suma de los momentos magnéticos de los dominios constituyentes. Dentro de cada dominio los momentos atómicos individuales se alinean espontáneamente por fuerzas de intercambio, que dependen de si los espines de los electrones atómicos son paralelos o antiparalelos.

Sin embargo, en un trozo no magnetizado de material ferromagnético los momentos de los dominios no están alineados; cuando un campo externo es aplicado, esos dominios que están alineados con el campo aumentan de tamaño a expensas de otros.

En un campo muy intenso todos los dominios se alinean en la dirección del campo y producen la alta magnetización observada. El hierro, el níquel, el cobalto y sus aleaciones son ferromagnéticos. Por encima del punto de Curie, los materiales ferromagnéticos se vuelven paramagnéticos.

d) Algunos metales, aleaciones y sales de elementos de transición muestran otro tipo de magnetismo llamado antiferromagnetismo. Esto ocurre por debajo de cierta temperatura, llamada la temperatura de Néel, a la cual se forma espontáneamente una red ordenada de momentos magnéticos atómicos en la que momentos alternos tienen direcciones opuestas. No hay, por tanto, momento magnético resultante en ausencia de un campo aplicado.

En el fluoruro de manganeso, por ejemplo, esta disposición antiparalela ocurre por debajo de una temperatura de Néel de 72 K. Por debajo de esta temperatura, el ordenamiento espontáneo se opone a la tendencia normal de los momentos magnéticos de alinearse con el campo aplicado. Por encima de la temperatura de Néel la sustancia es paramagnética.

Una forma especial de antiferromagnetismo es el ferrimagnetismo, un tipo de magnetismo mostrado por las ferritas. En estos materiales, o bien los momentos magnéticos de los iones adyacentes son antiparalelos y de intensidad desigual, o bien el número de momentos magnéticos en una dirección es mayor que el número de los que hay en la dirección opuesta.

Mediante una adecuada elección de los iones de tierra raras en las redes de ferrita es posible diseñar sustancias ferrimagnéticas con magnetizaciones específicas para su uso en componentes electrónicos.

Si nos queremos referir al geomagnetismo, estaremos hablando de la ciencia que estudia el campo magnético terrestre.

Si una barra de imán es suspendida en cualquier punto de la superficie terrestre, de forma que se pueda mover libremente en todos los planos, el polo Norte del imán apuntará en una dirección aproximadamente al Norte. El ángulo (D) entre la dirección horizontal a la que apunta y el meridiano geográfico en ese punto se llama la declinación magnética. Se toma positiva al Este del Norte geográfico y negativa al Oeste. La aguja no estará horizontal salvo en el ecuador magnético. En todos los demás lugares formará un ángulo (l) con la horizontal, llamado la inclinación magnética. En los polos magnéticos l = 90º (+90º en el polo Norte, -90º en el polo Sur), y la aguja será vertical.

El estudio del paleomagnetismo ha extendido el estudio de la variación magnética secular al pasado geológico, y es claro que la dirección del campo geomagnético de la Tierra se ha invertido varias veces. La fuente del campo y las causas de las variaciones son desconocidos, aunque existe la certeza de que la fuente parece estar asociada a la acción de dinámo del núcleo líquido del planeta.

En todos los polos magnéticos /= 90° (+90° en el polo Norte, -90° en el polo Sur), y la aguja será vertical.

Las posiciones de los polos, que varían con el tiempo, eran en los años setenta aproximadamente 76, 1 ° N, 100° W (N) y 65, 8° S, 139° E (S). El vector intensidad F del campo geomagnético se determina por I, D y F, donde F es la intensidad magnética local del campo medida en gauss o tesla, o lo que es igual a: 1 gauss: 10^-4 teslas). F, I y D, junto con las componentes vertical y horizontal de F y sus componentes Norte y Este, son llamados los elementos magnéticos.

Esta explicación del geomagnetismo, podría ser más larga y completa, con muchos más datos técnicos y matemáticos. Sin embargo, ¿ a quien le gustaría ?

A eso me refería antes cuando decía: “… mi primera preocupación es la de buscar la sencillez en lo que explico. No siempre lo consigo.”

Si a continuación pongo un ejemplo práctico y explico el magnetismo de manera muy técnica y seguramente, resultaría aburrido al personal.

El lector de ciencia no iniciado, no quiere estas complejidades que, por muy perfectas que puedan resultar técnicamente hablando, siempre les resultaran aburridas, tediosas y lo que es peor, incomprensible. Ya decía algún físico famoso que, cuando escribía un libro por cada ecuación que incluía, se dejaban de vender varios ejemplares y, tenía razón.

Los buenos escritores-divulgadores de la ciencia, deben contar los fenómenos naturales revistiéndolos de un atractivo y misterioso mundo mágico ante los ojos del lector que, consiga, no sólo despertar su imaginación, sino que el objetivo principal es desvelar dentro de su mente la comprensión produciéndoles asombro y sorpresa ante tales maravillas.

emilio silvera