Ofrecen premio de un millón de dólares a quien descifre esta escritura

Trabajo presentado en la XIX Edición del Carnaval de la Física.

El mundo de la Física tiene planteado un gran problema y los físicos son muy conscientes de ello, conocen su existencia desde hace décadas. El problema es el siguiente:

La realtividad general nos dice que en presencia de masa, se curva el espacio y se distorsiona el Tiempo

Existen dos pilares fundamentales en los cuales se apoya toda la física moderna. Uno es la relatividad general de Albert Einstein, que nos proporciona el marco teórico para la comprensión del universo a una escala máxima: estrellas, galaxias, cúmulos (o clusters) de galaxias, y aún más allá, hasta la inmensa expansión del propio universo.

El otro pilar es la mecánica cuántica, que en un primer momento vislumbro Max Planck y posteriormente fue desarrollada por W. Heisemberg, Schrödinger, el mismo Einstein, Dirac, Niels Bohr y otros, que nos ofrece un marco teórico para comprender el universo en su escala mínima: moléculas, átomos, y así hasta las partículas subatómicas, como los electrones y quarks.

Durante años de investigación, los físicos han confirmado experimentalmente, con una exactitud casi inimaginable, la practica totalidad de las predicciones que hacen las dos teorías. Sin embargo, estos mismos instrumentos teóricos nos llevan a una conclusión inquietante: tal como se formulan actualmente, la relatividad general y la mecánica cuántica no pueden ser ambas ciertas a la vez.

Nos encontramos con que las dos teorías en las que se basan los enormes avances realizados por la física durante el último siglo (avances que han explicado la expansión de los cielos y la estructura fundamental de la materia) son mutuamente incompatibles. Cuando se juntan ambas teorías, aunque la formulación propuesta parezca lógica, aquello explota; la respuesta es un sinsentido que nos arroja un sin fin de infinitos a la cara.

Así que si tú, lector, no has oído nunca previamente hablar de este feroz antagonismo, te puedes preguntar a que  será debido. No es tan difícil encontrar la respuesta. Salvo en algunos casos muy especiales, los físicos estudian cosas que son o bien pequeñas y ligeras (como los átomos y sus partes constituyentes), o cosas que son enormes y pesadas (como estrellas de neutrones y agujeros negros), pero no ambas al mismo tiempo. Esto significa que sólo necesitan utilizar la mecánica cuántica, o la relatividad general, y pueden minimizar el problema que se crea cuando las acercan demasiado; las dos teorías no pueden estar juntas. Durante más de medio siglo, este planteamiento no ha sido tan feliz como la ignorancia, pero ha estado muy cerca de serlo.

“… de Estados Unidos (NASA,  registraron las ráfagas de viento más rápidas nunca antes detectadas alrededor de un agujero negro.”

No obstante, el universo puede ser un caso extremo. En las profundidades centrales de un agujero negro se aplasta una descomunal masa hasta reducirse a un tamaño minúsculo. En el momento del Bing Bang, la totalidad del universo salió de la explosión de una bolita microscópica cuyo tamaño hace que un grano de arena parezca gigantesco. Estos contextos son diminutos y, sin embargo, tienen una masa increíblemente grande, por lo que necesitan basarse tanto en la mecánica cuántica como en la relatividad general.

Por ciertas razones, las fórmulas de la relatividad general y las de la mecánica cuántica, cuando se combinan, empiezan a agitarse, a traquetear y a tener escapes de vapor como el motor de un viejo automóvil. O dicho de manera menos figurativa, hay en la física preguntas muy bien planteadas que ocasionan esas respuestas sin sentido, a que me referí antes, a partir de la desafortunada amalgama de las ecuaciones de las dos teorías.

Aunque se desee mantener el profundo interior de un agujero negro y el surgimiento inicial del universo envueltos en el misterio, no se puede evitar sentir que la hostilidad entre la mecánica cuántica y la relatividad general está clamando por un nivel más profundo de comprensión.

¿Puede ser creíble que para conocer el universo en su conjunto tengamos que dividirlo en dos y conocer cada parte por separado? Las cosas grandes una ley, las cosas pequeñas otra.

Einstein que con sus trabajos (algunos maravillosos), como el Efecto Fotoeléctrico que le valió el Nóbel, fue uno de los padres de la Mecánica cuántica y, sin embargo, pasó gran parte de su vida combatiéndola, a él no le entraba en la cabeza que aquella teoría de lo muy pequeño, fuese incompatible con la suya de la Relatividad General. Aquellos dons “mundos” de lo muy grande y lo muy pequeño aparecían incompatibles y, cuando los físicos trataban de unirlos, aunque el planteamiento fuese racional y muy bien conformado, el resultado era como una gran explosión de indinitos sin sentido… ¿Por qué sería?

No creo que eso pueda ser así. Mi opinión es que aún no hemos encontrado la llave que abre la puerta de una teoría cuántica de la gravedad, es decir, una teoría que unifique de una vez por todas las dos teorías más importantes de la física: mecánica cuántica + relatividad general.

Allí, en esa lejana región donde dicen que están las cuerdas vibrantes de la Teoría M, según nos dicen, subyace esa teoría cuántica de la Gravedad, toda vez que, ambas teorías, la de Einstein y la de Planck, la de lo muy grande y lo muy pequeño, conviven sin problemas y, no sólo no se rechazan sino que, se complementan en un todo armonioso.

Si es así, la teoría de supercuerdas ha venido a darme la razón. Los intensos trabajos de investigación llevada a cabo durante los últimos 20 años demuestran que puede ser posible la unificación de las dos teorías cuántica y relativista a través de nuevas y profundas matemáticas topológicas que han tomado la dirección de nuevos planteamientos más avanzados y modernos, que pueden explicar la materia en su nivel básico para resolver la tensión existente entre las dos teorías.

En esta nueva teoría de supercuerdas se trabaja en 10, 11 ó en 26 dimensiones, se amplía el espacio ahora muy reducido y se consigue con ello, no sólo el hecho de que la mecánica cuántica y la relatividad general no se rechacen, sino que por el contrario, se necesitan la una a la otra para que esta nueva teoría tenga sentido. Según la teoría de supercuerdas, el matrimonio de las leyes de lo muy grande y las leyes de lo muy pequeño no sólo es feliz, sino inevitable.

Esto es sólo una parte de las buenas noticias, porque además, la teoría de las supercuerdas (abreviando teoría de cuerdas) hace que esta unión avance dando un paso de gigante. Durante 30 años, Einstein se dedicó por entero a buscar esta teoría de unificación de las dos teorías, no lo consiguió y murió en el empeño; la explicación de su fracaso reside en que en aquel tiempo, las matemáticas de la teoría de supercuerdas eran aún desconocidas.  Sin embargo, hay una curiosa coincidencia en todo esto, me explico:

Cuando los físicos trabajan con las matemáticas de la nueva teoría de supercuerdas, Einstein, sin que nadie le llame, allí aparece y se hace presente por medio de las ecuaciones de campo de la relatividad general que, como por arte de magia, surgen de la nada y se hacen presentes en la nueva teoría que todo lo unifica y también todo lo explica; posee el poder demostrar que todos los sorprendentes sucesos que se producen en nuestro universo (desde la frenética danza de una partícula subatómica que se llama quark hasta el majestuoso baile de las galaxias o de las estrellas binarias bailando un valls, la bola de fuego del Big Bang y los agujeros negros) todo está comprendido dentro de un gran principio físico en una ecuación magistral.

Esta nueva teoría requiere conceptos nuevos y matemáticas muy avanzados y nos exige cambiar nuestra manera actual de entender el espacio, el tiempo y la materia. Llevará cierto tiempo adaptarse a ella hasta instalarnos en un nivel en el que resulte cómodo su manejo y su entendimiento. No obstante, vista en su propio contexto, la teoría de cuerdas emerge como un producto impresionante pero natural, a partir de los descubrimientos revolucionarios que se han realizado en la física del último siglo. De hecho, gracias a esta nueva y magnifica teoría, veremos que el conflicto a que antes me refería existente entre la mecánica cuántica y la relatividad general no es realmente el primero, sino el tercero de una serie de conflictos decisivos con los que se tuvieron que enfrentar los científicos durante el siglo pasado, y que fueron resueltos como consecuencia de una revisión radical de nuestra manera de entender el universo.

El primero de estos conceptos conflictivos, que ya se había detectado nada menos que a finales del siglo XIX, está referido a las desconcertantes propiedades del movimiento de la luz.

Isaac Newton y sus leyes del movimiento nos decía que si alguien pudiera correr a una velocidad suficientemente rápida podría emparejarse con un rayo de luz que se esté emitiendo, y las leyes del electromagnetismo de Maxwell decían que esto era totalmente imposible. Einstein, en 1.905, vino a solucionar el problema con su teoría de la relatividad especial y a partir de ahí le dio un vuelco completo a nuestro modo de entender el espacio y el tiempo que, según esta teoría, no se pueden considerar separadamente y como conceptos fijos e inamovibles para todos, sino que por el contrario, el espacio-tiempo era una estructura maleable cuya forma y modo de presentarse dependían del estado de movimiento del observador que lo esté midiendo.

La velocidad de la luz es una constante universal y, cuando es emitida por un cuerpo celeste de forma isotrópica, corre en todas las direcciones a la misma velocidad de 299.792.458 metros por segundo. No importa si la fuente emisora está en movimiento o en reposo, la velocidad es invariante.

El escenario creado por el desarrollo de la relatividad especial construyó inmediatamente el escenario para el segundo conflicto. Una de las conclusiones de Einstein es que ningún objeto (de hecho, ninguna influencia o perturbación de ninguna clase) puede viajar a una velocidad superior a la de la luz. Einstein amplió su teoría en 1915 – relatividad general – y perfeccionó la teoría de la gravitación de Newton, ofreciendo un nuevo concepto de la gravedad que estaba producida por la presencia de grandes masas, tales como planetas o estrellas, que curvaban el espacio y distorsionaban el tiempo.

Tales distorsiones en la estructura del espacio y el tiempo transmiten la fuerza de la gravedad de un lugar a otro. La luna no se escapa y se mantiene ahí, a 400.000 Km de distancia de la Tierra, porque está influenciada por la fuerza de gravedad que ambos objetos crean y los mantiene unidos por esa cuerda invisible que tira de la una hacia la otra y viceversa. Igualmente ocurre con el Sol y la Tierra que, separados por 150 millones de kilómetros, están influidos por esa fuerza gravitatoria que hace girar a la Tierra (y a los demás planetas del Sistema Solar) alrededor del Sol.

Así las cosas, no podemos ya pensar que el espacio y el tiempo sean un telón de fondo inerte en el que se desarrollan los sucesos del universo, al contrario; según la relatividad especial y la relatividad general, son actores que desempeñan un papel íntimamente ligado al desarrollo de los sucesos.

El descubrimiento de la relatividad general, aunque resuelve un conflicto, nos lleva a otro. Durante tres décadas desde 1.900, en que Max Planck publicó su trabajo sobre la absorción o emisión de energía de manera discontinua y mediante paquetes discretos a los que él llamo cuantos, los físicos desarrollaron la mecánica cuántica en respuesta a varios problemas evidentes que se pusieron de manifiesto cuando los conceptos de la física del siglo XIX se aplicaron al mundo microscópico. Así que el tercer conflicto estaba servido, la incompatibilidad manifiesta entre relatividad general y mecánica cuántica.

La forma geométrica ligeramente curvada del espacio que aparece a partir de la relatividad general, es incompatible con el comportamiento microscópico irritante y frenético del universo que se deduce de la mecánica cuántica, lo cual era sin duda alguna el problema central de la física moderna.

Las dos grandes teorías de la física, la relatividad general y la mecánica cuántica, infalibles y perfectas por separado, no funcionaban cuando tratábamos de unirlas resulta algo incomprensible, y, de todo ello podemos deducir que, el problema radica en que debemos saber como desarrollar nuevas teorías que modernicen a las ya existentes que, siendo buenas herramientas, también nos resultan incompletas para lo que, en realidad, necesitamos.

La Cuántica y la Relatividad reflejan dos “mundos” incompatible, cuando tratan de juntarlas, aunque esté bien planteado el intento, aquello comienza a echar chispas por todas partes, aparecen los dichosos números infinitos, nada tiene sentido, es el caos.

Y, ante ese escenario, habría que preguntarse: ¿Si ambas teorías son ciertas, ¿Por qué no se acoplan y responden a una pregunta mayor?

Nadie ha sabido contestar a esa pregunta. Sin embargo, sospecho que hay algo que no hemos sabido contemplar, no hemos mirado más profundamente para encontrar el eslabón que enlaza a las dos teorías.

Parece, tiene todos los indicios, los físicos intuyen que, en la Teoría de cuerdas subyace una teoría de la Gravedad Cuántica, y, allí, ambas teorías “viven” juntas en perfecta armonía… ¿Será por que están en un universo de 11 dimensiones?

Puede ser pero, el problema está en que no podemos verificar esa teoría de super-cuerdas, nos dicen que se necesitaría una energía de 10¹⁹ GeV, lo que no tendremos ni en los próximos 50 años.

Emilio Silvera Vázquez

  Lo que tenga que pasar… Pasará ¡El futuro Incierto!

        Lo que pasará mañana… ¿Quién lo puede saber?

El futuro lo podemos imaginar de mil maneras pero… ¿Cómo será en realidad? Nadie lo sabe.

                 Pero, ¿es fácil localizar planetas como la Tierra?

Por sorprendente que pueda parecer, especialmente después de ver las imágenes de la Tierra tomadas el espacio, en las cuales ésta aparece como una brillante bola azul y blanca sobre un fondo oscuro, la luz visible no ofrece las mejores perspectivas para detectar directamente otros planetas similares a la Tierra. Esto es así por dos razones:

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.

A pesar de todo, hemos conseguido encontrar…¿otras Tierras? que como Gliese 581 g, nos podrían dar alguna sorpresa. Pero sigamos…

En segundo lugar, del 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 , 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 muy caro que tardará décadas en llevarse a buen puerto haciéndolo una realidad, y, mientras tanto, en la exploración espacial nos encontramos con extraños objetos y figuras como los de la imagen siguiente:

Anillos gigantes espaciales:  Los anillos parecen de joyas pero son de agujeros negros. Esta imagen conjunta de Arp 147, una pareja de galaxias interactuando localizada a unos 430 millones de años luz de la Tierra mostrada en rayos X desde el observatorio Chandra de la NASA (en rosa), y los ópticos del Telescopio Espacial Hubble (rojo, verde, azul). Lo ha producido el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore. Arp 147 contiene remanente de una galaxia espiral (derecha) que chocó con la galaxia elíptica (izquierda).

La explosión produjo una enorme onda expansiva de formación estelar que se muestra como un gran anillo azul que contiene abundancia de estrellas masivas jóvenes que, en pocos millones de años, explotarán en supernovas dejando atrás estrellas de neutrones y agujeros negros que, con su enormes masas, tirarán del material de las estrellas compañeras ahí presentes.

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 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.

Hasta hoy, se han identificado más de 500 planetas extrasolares gigantes. A principios de abril del 2007 se detectó por primera vez vapor de agua en la atmósfera de un exoplaneta (HD209458b). También en abril del 2007, el VLT (Telescopio Muy Grande) en Chile detectó un planeta con un tamaño 5 veces el de la Tierra próximo a la estrella enana Gliese 581 -el que antes os mostraba-, donde se garantiza una temperatura de 0 y 40º Centígrados, ¡lo que permite la presencia de agua!. ¡Sólo está a 20,5 años luz!.

Un pequeño de exoplanetas han sido descubiertos con la ayuda del método de los tránsitos, que consiste en detectar la sombra de un planeta cuando en su órbita pasa por delante de su estrella y provoca un minieclipse. Medimos entonces la débil y pasajera ocultación de la estrella provocada por el paso del planeta.

                                                                La Tierra vista el Apolo 17

La búsqueda de vida en los planetas extrasolares hacerse sólo por el análisis espectral de sus manifestaciones, singularidades en la atmósfera y/o un mensaje electromagnético “inteligente” de una civilización avanzada extraterrena. La atmósfera terrestre alberga un 21 % de oxígeno mientras que las atmósferas de otros planetas del sistema presentan sólo rastros. El oxígeno en la atmósfera terrestre es una singularidad por dos motivos: Es superabundante con relación a la corteza terrestre y debería normalmente desaparecer por recombinación con los minerales. Su presencia permanente está ligada a la existencia de vida intensa en la superficie de la tierra y no dejaría de llamar la atención a cualquier extraterrestre que observara la Tierra en busca de vida.

La presencia de grandes cantidades de oxígeno atmosférico se revelaría por la raya característica del oxígeno a 760 nm con la ayuda de un espectrofotometro en espectro visible del planeta. Por razones prácticas, es más fácil buscar la firma del ozono O3, en el espectro infrarrojo a 9,6 μm. En la hipótesis, extremadamente seductora, de que el oxígeno atmosférico extraterreno sería puesto en evidencia, los escépticos no dejarían de hacer ver que el oxígeno puede ser producido por mecanismos químicos no biológicos. Sea lo que sea, la presencia simultánea de ozono (oxígeno, al fin y al cabo), de vapor de agua y de dióxido de carbono aparece hoy como una firma convincente de una vida planetaria que explota ampliamente la fotosíntesis. Dos proyectos actuales de estudio, se refieren a la búsqueda de exoplanetas de terrestre. El proyecto americano TPF (Terrestrial Planet Finder, -buscador de planetas terrestres) y el proyecto europeo Darwin / IRSI (Infrared Space Interferometer,-Interferómetro espacial infrarrojo).

Este último consiste en colocar una flota de seis telescopios espaciales que serán acoplados en el espacio para analizar las atmósferas planetarias por interferometría y buscar allí las singularidades debidas una actividad biológica.

En realidad, cuando se estudian de 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, como, por ejemplo, nosotros mismos. Sin embargo, el origen de todo que comenzó en las estrellas, sigue su curso en las Nebulosas donde ya están presentes los materiales de la vida.

 Se muestran  las emisiones del azufre (rojo oscuro), el hidrógeno el (verde), y el oxígeno (azul).

La Nebulosa Rosetta es difusa con un 1º de longitud situada en Monoceros, en torno a un cúmulo de estrellas de magnitud 5, NGC 2244. La Nebulosa se llama así porque se asemeja a un rosetón. Las partes más brillantes de la Nebulosa tienen sus propios números NGC: 2237, 2238, 2239 y 2246. El cúmulo de estrellas asociado, consistente en estrellas de magnitud 6 y más débiles, se extiende sobre aproximadamente un 1/2º. La Nebulosa y el cúmulo se encuentran a 5 500 a.l. Todas las Nebulosas pertenecen a una Galaxia en la que se hayan todos los sistemas complejos.

 Estos sistemas complejos están hechos de las materias primas más comunes que existen en Galaxias como la Vía Láctea o cualquier otra. En de aminoácidos estas materias primas se ensamblan de manera natural, dando lugar a sistemas auto-organizadores 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”, si no 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.

             Caos y Complejidad que nos llevan directamente la vida

El caos y la complejidad se combinan para hacer del universo un lugar muy ordenado que es justo el entorno adecuado para formas vivas como nosotros mismos. 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, simplemente es que (según creo), la vida en el Universo es inevitable y la materia evolucionada en su más alto grado nos lleva a ella.

Planteémonos una simple pregunta: Dadas las 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. ¿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?

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El Origen de la Vida

En los trabajos que venimos dejando aquí, nos va quedando claro que las dudas, son más grandes que las certezas. Siempre el futuro mira al pasado pero… ¡No acaba de entender lo de nuestra presencia aquí!

Nadie conoce una respuesta exacta a esta pregunta del origen de la vida, según todos los indicios y 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. la perspectiva de un genoma, un organismo es una manera indirecta de copiar ADN.

Es probable que, como ocurre aquí en la Tierra, las formas de vida más abundantes en el espacio exterior, sean las Bacterias y demás dominios del mundo microscópico de la vida, y, más difícil será encontrar seres inteligentes como nosotros…sin descartar su existencia. Simplemente se trata de hacer unas sencillas cuentas. La vida en la Tierra está presente hace unos 4.000 millones de años pero, nosotros, sólo tenemos una antigüedad de unos escasos tres millones de años. La Evolución es lenta y se ha necesitado mucho tiempo para que podamos estar aquí, de la misma manera, ocurrirá en esos mundos perdidos por el espacio y, si están en sus fases primeras, la posible vida existente en ellos…será bacteriana.

El mar Precámbrico. El mar en el que posiblemente vivieron hace 3.500 millones de años las primeras bacterias era un lugar desértico en el que durante muchos millones de años sólo proliferaron arqueas y bacterias. Algunas de ellas dejaron rastros fósiles en de estromatolitos, unas formaciones en las que las bacterias provocaban la concreción de carbonatos y a la vez quedaban englobadas en ellos. Para comparar esta recreación de un mar de la época.

                                      El código genético de una célula viva.

Sería muy laborioso y complejo explicar aquí de manera completa todos y cada uno de los pasos necesarios y códigos que deben estar presentes 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 (ya se mencionó antes) 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 que para nosotros podría ser como las del infierno.

     ¿Qué seres podrían vivir en un planeta que estuviera tan cerca de una Gigante Roja?

Hace varias décadas, los biólogos quedaron sorprendidos al 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.

Viven en lugares extremos y se alimentan de lo que ni podemos imaginar

 El término termófilo se aplica a organismos vivos que pueden soportar temperaturas imposibles y vivir en lugares de aguas calientes y sulfurosas, en terrenos de alto índice de salinidad o de Ph no apto seres vivos, así como en lugares y situaciones que, se podrían, sin lugar a ninguna duda, comparar con otros existentes en el espacio exterior, planetas y lunas sin atmósfera o de atmósfera reducida o demasiado densas.

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 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.

                                              Fumarola negra descubierta en el Caribe

Lugares este permitieron la proliferación de pequeños seres vivos que, al calor de sus emisiones de gases tóxicos (de los que se alimentaban) salieron adelante y se expandieron de una manera bastante prolífica. Se cree que en lugares como este pudieron surgir algunos especímes que evolucionaron otros niveles.

Una expedición dirigida por científicos del Centro Nacional de Oceanografía en Southampton (Reino Unido) ha descubierto las chimeneas volcánicas submarinas más profundas del mundo, conocidas como ‘fumarolas negras’, de unos 5,000 metros de profundidad en la depresión de Cayman, en el Caribe, revela un artículo publicado en Sciencie.com

Los investigadores utilizaron un vehículo controlado por control remoto de inmersión profunda y descubrieron delgadas espirales de minerales de cobre y hierro en el manto marino, erupciones de agua lo suficientemente calientes derretir el plomo y unos 800 metros más profundas que las observadas con anterioridad.

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 de vida pudiera soportar calor tan extremo.

Las lombrices tubulares gigantes, o como les llama la wikipedia gusanos de tubo gigantes son unas bonitas lombrices que viven en los fondos del Océano Pacífico y cuyo científico es Riftia Pachyptila, suena bien.

Estos interesantes invertebrados suelen vivir a una profundidad de 5000 pies (1500 metros), lo cual es una barbaridad. Su tamaño puede llegar hasta cerca de 3 metros, por eso las llaman gigantes. Imaginen ir a pescar con una lombriz de este tamaño…

¿Qué comen estos bichos? Son lombrices tubulares

Esta es la más interesante. Las lombrices tubulares gigantes viven en auténticos hornos submarinos. Se sitúan justo en chimeneas submarinas por las que salen a temperaturas altísimas, gases y minerales de muy alta toxicidad para la mayoría de las especies. Digamos que viven encima de pequeños volcanes.

La comida favorita de estas lombrices es el azufre, no necesita oxígeno para nada. Se basta, en concreto, con el sulfuro de hidrógeno que sale de las chimeneas termales. Sale hirviendo así que las lombrices tienen que sorber con cuidado. Usan esas plumas rojas para captar el sulfuro. Las plumas, tienen ese color debido a la hemoglobina, esa sustancia que tambien nosotros tenemos en la sangre y nos ayuda a transportar el oxígeno. A ellas les ayuda a transportar azufre, lo cual nos mataría a nosotros enseguida.

El río Tinto es tan peculiar que sus aguas no son azules sino rojas y su ecosistema está tan muerto que la NASA lo ha estudiado para encontrar vida (en otros planetas). El río Tinto es tan singular que su contaminación no tiene parangón porque esas aguas tan rojas de ácidas que son fueron contaminadas por la propia naturaleza, con alguna ligera ayuda humana, eso sí, y se trata de una contaminación tan característica que está protegida como bien de interés cultural con categoría de sitio histórico. Contaminación protegida por ley. Con todo eso tenemos una paradoja explosiva: un río de aguas rojas contaminado por la Naturaleza y protegido legalmente precisamente por esa contaminación. Un paseo por sus riberas es similar a un paseo por el planeta Marte, un viaje a la desolación más desconcertante y el tren turístico que rememora los viajes mineros de finales del siglo XIX recorre algunos de los rincones menos accesibles para el paseante aprovechando locomotoras y vagones de la antigua compañía minera.

Igualmente se han encontrado formas de vida  en lugares de gélidas temperaturas y en las profundidades de la tierra. Así mismo, la NASA ha en un pueblo de Huelva (España) 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, invadidas por los denominados extremófilos. Arrina podemos ver una imagen del rojo líquido donde viven, tan ricamente, algunas especies.

Una recreación imaginaria de las de la Tierra primigenia al surgir la vida (Fuente: The Seven Sense)

Algunas de estas bacterias (Sulfolobus) obtienen la energía oxidando azufre, por lo que son bacterias quimiosintéticas. Extremófilos del termófilo producen algunos de los vistosos colores de la fuente termal Grand Prismatic Spring, en el Yellowstone National Park. ¿Por qué, viendo todo lo que vemos aquí mismo en nuestro planeta, nos podemos sorprender de que existan formas de vida en otros planetas?

Los extremófilos suelen ser procariotas como las bacterias, que son los seres con vida independiente más simples, pero también pueden ser eucariotas. De estos pequeños seres podríamos aprender muchísimas cosas que nos serían de gran valor para conocer, qué podríamos hacer en especiales circunstancias. La Naturaleza que tiene todas las respuestas nos la ofrece y, por nuestra , sólo podemos prestar atención.

Variedad increíble

Hay extremófilos para casi cualquier situación adversa del entorno: los acidófilosson aquellos que viven en entornos altamente ácidos, mientras que los alcalófilosson los que viven en lugares con un alto pH.

La anterior reseña viene a confirmarla enorme posibilidad de la existencia de vida en cualquier 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.

En el desierto de Chihuahua (el más extenso de América del Norte), La Selaginella lepidophylla es una planta que pertenece a la familia de las Selaginellaceae resiste a la sequía desecándose en un 95% para volverse a hidratar cuando las son propicias.

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 fondo y soporte de la aventura humana. Los fósiles fueron los primeros en sugerir que 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.

El aábol de la vida formada por tres dominios:

Bacteria : pertenecen las cianobacterias, bacterias aerobias,

Archae:  carecen de núcleo celular son PROCARIOTAS,

y  Eukarya: tiene nucleo definido (EUCARIOTAS) a el pertenecen los hongos, plantas y animales.

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 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 hace cerca de 4.000 millones de años, y, durante gran parte de ese tiempo, no fueron acompañadas por ninguna otra forma de vida.

     ¡La Vida! Tendrá tantas maneras de expresarse…, que ni podemos imaginar

Pero, ¿No estamos hablando del Universo?  ¡Claro que sí! Hablamos del Universo y, ahora, de la 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.

Tenemos que pensar seriamente en la posibilidad de la vida extraterrestre que, incluso en nuestra propia Galaxia, podría ser muy abundante. Es cierto que no será fácil -por el momento- encontrarla y mucho menos poder contactar con aquella que sea inteligente, no tenemos los medios para ello. Sin embargo, ese tantas veces imaginado , pòdría producirse por parte de “ellos” y, tal posibilidad, nos produce temor.

Necesitamos tiempo para poder avanzar en el conocimiento que nos lleve, a conseguir otras formas de “” hacia los mundos lejanos en los que, de seguro, encontraremos muchas de las cosas que imaginamos y que allí, serán realidad. Se necesitan nuevas formas de energías, nuevas maneras de entender la física, nuevas tecnologías más avanzadas que trasciendan hacia niveles más profundos y nos puedan llevar, realmente, al Espacio, visitar físicamente esos lugares tántas veces soñados y que, por lo que sabemos, están ahí, esperando nuestra visita.

Nuestra imaginación que es, casi tan grande como el Universo mismo,podrá lograr muchos de esos sueños que a través de los tiempos nuestras mentes crearon y que, a medida que nuestros conocimientos evolucionan, se acercan más y más a la posibilidad de hacerlos una realidad. En todo el Universo siempre es lo mismo, rigen las mismas leyes, las mismas fuerzas que tantas veces hemos explicado aquí, e, igualmente, en todas partes está presente la misma materia que lo conforma todo…¡ el más sencillo átomo de hidrógeno, hasta la Vida misma!

      ¡Quarks y Leptones! que forman los átomos y la materia que, junto a las fuerzas fundamentales conforman todo el universo. Todo es mucho más de lo que nuestras mentes puedan imaginar. Son muchas las preguntas que están pendientes de contestar y, aunque no dejamos de avanzar, lo cierto es que nos queda mucho que aprender y muchos secretos por desvelar. Lo que se dice saber, saber… ¡No sabemos! Son muchos los secretos de la Naturaleza que perduran y, mientras tanto nosotros no sepamos sobre algunos de ellos… Por ejemplo, ¿Qué es la luz? tendremos que seguir ese camino hace miles de emprendido en busca de las respuestas.

Al final todo consiste en:

Claro que, también están los Pensamientos y los Sentimientos.

Emilio Silvera Vázquez

  Estructuras fundamentales del Universo

La Física del siglo XX empezó exactamente en el año 1900, cuando el físico alemán Max Planck propuso una posible solución a un problema que había estado intrigando a los físicos durante años. Es el problema de la luz que emiten los cuerpos calentados a una cierta temperatura, y también la radiación infrarroja emitida, con menos intensidad, por los objetos más fríos. Planck escribió un artículo de ocho páginas y el resultado fue que cambió el mundo de la física y aquella páginas fueron la semilla de la futura ¡mecánica cuántica! que, algunos años más tardes, desarrollarían físicos como Einstein (Efecto fotoeléctrico), Heisenberg (Principio de Incertidumbre), Feynman, Bhor, Schrödinger, Dirac…

 La expresión radiación se refiere a la emisión continua de energía de la superficie de todos los cuerpos. Los portadores de esta energía son las ondas electromagnéticas  producidas por las vibraciones de las partículas cargadas  que forman parte de los átomos y moléculas de la materia. La radiación electromagnética que se produce a causa del movimiento térmico de los átomos y moléculas de la sustancia se denomina radiación térmica o de temperatura.

 Ley de Planck para cuerpos a diferentes temperaturas.

Estaba bien aceptado entonces que esta radiación tenía un origen electromagnético y que se conocían las leyes de la naturaleza que regían estas ondas electromagnéticas. También se conocían las leyes para el frío y el calor, la así llamada “termodinámica”, o al menos eso parecía.

Pero si usamos las leyes de la termodinámica para calcular la intensidad de la radiación, el resultado no tiene ningún sentido. Los cálculos nos dicen que se emitiría una cantidad infinita de radiación en el ultravioleta más lejano, y, desde luego, esto no es lo que sucede. Lo que se observa es que la intensidad de la radiación muestra un pico o una cierta longitud de onda característica, y que la intensidad disminuye tanto para longitudes mayores como para longitudes menores. Esta longitud característica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta del objeto radiante (la temperatura absoluta se define por una escala de temperatura que empieza a – 273,15 ºC bajo cero). Cuando a 1.000 ºC un objeto se pone al “rojo vivo”, el objeto está radiando en la zona de la luz visible.

            Acero al  “rojo vivo”, el objeto está radiando en la zona de la luz visible.

Lo que Planck propuso fue simplemente que la radiación sólo podía ser emitida en paquetes de un tamaño dado. La cantidad de energía de uno de esos paquetes, o cuantos, es inversamente proporcional a la longitud de onda y, por lo tanto, proporcional a la frecuencia de la radiación emitida. La sencilla fórmula es:

E = hv

Donde E es la energía del paquete, v es la frecuencia y h es una nueva constante fundamental de la naturaleza, la constante de Planck. Cuando Planck calculó la intensidad de la radiación térmica imponiendo esta nueva condición, el resultado coincidió perfectamente con las observaciones.

Poco tiempo después, en 1905, Einstein formuló esta teoría de una manera mucho más tajante: el sugirió que los objetos calientes no son los únicos que emiten radiación en paquetes de energía, sino que toda la radiación consiste en múltiplos del paquete de energía de Planck.

El príncipe francés Louis Victor de Broglie, dándole otra vuelta a la teoría, que no sólo cualquier cosa que oscila tiene una energía, sino que cualquier cosa con energía se debe comportar como una “onda” que se extiende en una cierta dirección del espacio, y que la frecuencia, v, de la oscilación verifica la ecuación de Planck. Por lo tanto, los cuantos asociados con los rayos de luz deberían verse como una clase de partículas elementales: el fotón. Todas las demás clases de partículas llevan asociadas diferentes ondas oscilatorias de campos de fuerza.

Es curioso el comportamiento de los electrones en el interior del átomo, descubierto y explicado por el famoso físico danés Niels Bohr, se pudo atribuir a las ondas de De Broglie. Poco después, en 1926, Edwin Schrödinger descubrió como escribir la teoría ondulatoria de De Broglie con ecuaciones matemáticas exactas. La precisión con la cual se podían realizar los cálculos era asombrosa, y pronto quedó claro que el comportamiento de todos los objetos pequeños quedaba exactamente determinado por las recién descubiertas “ecuaciones de onda cuántica”.

No hay duda de que la Mecánica Cuántica funciona maravillosamente bien. Sin embargo, surge una pregunta muy formal: ¿qué significan realmente esas ecuaciones?, ¿qué es lo que están describiendo? Cuando Isaac Newton, allá por el año 1687, formuló cómo debían moverse los planetas alrededor del Sol, estaba claro para todo el mundo lo que significaban sus ecuaciones: que los planetas están siempre en una posición bien definida en el espacio y que sus posiciones y sus velocidades en un momento concreto determinan inequívocamente cómo evolucionarán las posiciones y las velocidades con el tiempo.

Pero para los electrones todo esto es muy diferente. Su comportamiento parece estar envuelto en la bruma. Es como si pudieran “existir” en diferentes lugares simultáneamente, como si fueran una nube o una onda, y esto no es un efecto pequeño. Si se realizan experimentos con suficiente precisión, se puede determinar que el electrón parece capaz de moverse simultáneamente a lo largo de trayectorias muy separadas unas de otras. ¿Qué puede significar todo esto?

Niels Bohr consiguió responder a esta pregunta de forma tal que con su explicación se pudo seguir trabajando y muchos físicos siguen considerando su respuesta satisfactoria. Se conoce como la “interpretación de Copenhague” de la Mecánica Cuántica. En vez de decir que el electrón se encuentra en el punto x o en el punto y, nosotros hablamos del estado del electrón. Ahora no tenemos el estado “x” o el estado “y”, sino estados “parcialmente x” o “parcialmente y. Un único electrón puede encontrarse, por lo tanto, en varios lugares simultáneamente. Precisamente lo que nos dice la Mecánica Cuántica es como cambia el estado del electrón según transcurre el tiempo.

Un “detector” es un aparato con el cual se puede determinar si una partícula está o no presente en algún lugar pero, si una partícula se encuentra con el detector su estado se verá perturbado, de manera que sólo podemos utilizarlo si no queremos estudiar la evolución posterior del estado de la partícula. Si conocemos cuál es el estado, podemos calcular la probabilidad de que el detector registre la partícula en el punto x.

Las leyes de la Mecánica Cuántica se han formulado con mucha precisión. Sabemos exactamente como calcular cualquier cosa que queramos saber. Pero si queremos “interpretar” el resultado, nos encontramos con una curiosa incertidumbre fundamental: que varias propiedades de las partículas pequeñas no pueden estar bien definidas simultáneamente. Por ejemplo, podemos determinar la velocidad de una partícula con mucha exactitud, pero entonces no sabremos exactamente dónde se encuentra; o, a la inversa. Si una partícula tiene “espín” (rotación alrededor de su eje), la dirección alrededor de la cual está rotando (la orientación del eje) no puede ser definida con gran precisión.

No es fácil explicar con sencillez de dónde viene esta incertidumbre, pero hay ejemplos en la vida cotidiana que tienen algo parecido. La altura de un tono y la duración en el tiempo durante el cual oímos el tono tienen una incertidumbre mutua similar.

                           ¿Onda o partícula? ¡Ambas a la vez! ¿Cómo es eso?

Para que las reglas de la Mecánica Cuántica funcionen, es necesario que todos los fenómenos naturales en el mundo de las cosas pequeñas estén regidos por las mismas reglas. Esto incluye a los virus, bacterias e incluso a las personas. Sin embargo, cuanto más grande y más pesado es un objeto más difícil es observar las desviaciones de las leyes del movimiento “clásicas” debidas a la mecánica cuántica.

Me gustaría referirme a esta exigencia tan importante y tan peculiar de la teoría con la palabra “holismo”. Esto no es exactamente lo mismo que entienden algunos filósofos por “holismo”, y que se podría definir como “el todo es más que la suma de las partes”.

Bien, si la Física nos ha enseñado algo, es justamente lo contrario: un objeto compuesto de un gran número de partículas puede ser entendido exactamente si se conocen las propiedades de sus partes (las partículas): basta que uno sepa sumar correctamente (¡y esto no es nada fácil en mecánica cuántica!). Lo que yo entiendo por holismo es que, efectivamente, el todo es la suma de las partes, pero sólo se puede hacer la suma si todas las partes obedecen a las mismas leyes.

Por ejemplo, la constante de Planck, h = 6,626075…x 10 exp. -34 julios segundo, debe ser exactamente la misma para cualquier objeto en cualquier sitio, es decir, debe ser una constante universal.

Las reglas de la mecánica cuántica funcionan tan bien que refutarlas resulta realmente difícil. Los trucos ingeniosos descubiertos por Werner Heisenberg, Paul Dirac y muchos otros mejoraron y completaron las reglas generales. Pero Einstein y otros pioneros tales como Edwin Schrödinger, siempre presentaron serias objeciones a esta interpretación.

Quizá funcione bien, pero ¿dónde está exactamente el electrón, en el punto x o en el punto y? Em pocas palabras, ¿dónde está en realidad?, ¿cuál es la realidad que hay detrás de nuestras fórmulas? Si tenemos que creer a Bohr, no tiene sentido buscar tal realidad. Las reglas de la mecánica cuántica, por sí mismas, y las observaciones realizadas con detectores son las únicas realidades de las que podemos hablar.

Hasta hoy, muchos investigadores coinciden con la actitud pragmática de Bohr. Los libros de historia dicen que Bohr demostró que Einstein estaba equivocado. Pero no son pocos,  incluyéndome a mí, los que sospechamos que a largo plazo el punto de vista de Einstein volverá: que falta algo en la interpretación de Copenhague. Las objeciones originales de Einstein pueden superarse, pero aún surgen problemas cuando uno trata de formular la mecánica cuántica para todo el Universo (donde las medidas no se pueden repetir) y cuando se trata de reconciliar las leyes de la mecánica cuántica con las de la Gravitación… ¡Infinitos!

La mecánica cuántica y sus secretos han dado lugar a grandes controversias, y la cantidad de disparates que ha sugerido es tan grande que los físicos serios ni siquiera sabrían por donde empezar a refutarlos. Algunos dicen que “la vida sobre la Tierra comenzó con un salto cuántico”, que el “libre albedrío” y la “conciencia” se deben a la mecánica cuántica: incluso fenómenos paranormales han sido descritos como efectos mecano-cuánticos.

Yo sospecho que todo esto es un intento de atribuir fenómenos “ininteligibles” a causas también “ininteligibles” (como la mecánica cuántica) dónde el resultado de cualquier cálculo es siempre una probabilidad, nunca una certeza.

Claro que, ahí están esas teorías más avanzadas y modernas que vienen abriendo los nuevos caminos de la Física y que, a mi no me cabe la menor duda, más tarde o más temprano, podrá explicar con claridad esas zonas de oscuridad que ahora tienen algunas teorías y que Einstein señalaba con acierto.

¿No es curioso que, cuando se formula la moderna Teoría M, surjan, como por encanto, las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General? ¿Por qué están ahí? ¿Quiere eso decir que la Teoría de Einstein y la Mecánica Cuántica podrán al fin unirse en pacifico matrimonio sin que aparezcan los dichosos infinitos?

Bueno, eso será el origen de otro trabajo que también, cualquier día de estos, dejaré aquí para todos ustedes.

Emilio Silvera Vázquez