Partículas

El universo de las partículas es fascinante. Cuando las partículas primarias chocan con átomos y moléculas en el aire, aplastan sus núcleos y producen toda clase de partículas secundarias. En esta radiación secundaria (aún muy energética) la que detectamos cerca de la Tierra, por los globos enviados a la atmósfera superior, han registrado la radiación primaria.

El físico estadounidense Robert Andrews Millikan, que recogió una gran cantidad de información acerca de esta radiación (y que le dio el nombre de rayos cósmicos), decidió que debería haber una clase de radiación electromagnética. Su poder de penetración era tal que, parte del mismo, atravesaba muchos centímetros de plomo. Para Millikan, esto sugería que la radiación se parecía a la de los penetrantes rayos gamma, pero con una longitud de onda más corta.

Otros, sobre todo el físico norteamericano Holly Compton, no estaban de acuerdo en que los rayos cósmicos fuesen partículas. Había un medio para investigar este asunto; si se trataba de partículas cargadas, deberían ser rechazadas por el campo magnético de la Tierra al aproximarse a nuestro planeta desde el espacio exterior. Compton estudió las mediciones de la radiación cósmica en varias latitudes y descubrió que en realidad se curvaban con el campo magnético: era más débil cera del ecuador magnético y más fuerte cerca de los polos, donde las líneas de fuerza magnética se hundían más en la Tierra.

Las partículas cósmicas primarias, cuando entran en nuestra atmósfera, llevan consigo unas energías fantásticas, muy elevadas. En general, cuanto más pesado es el núcleo, más raro resulta entre las partículas cósmicas. Núcleos tan complejos como los que forman los átomos de hierro se detectaron con rapidez; en 1.968, otros núcleos como el del uranio. Los núcleos de uranio constituyen sólo una partícula entre 10 millones. También se incluirán aquí electrones de muy elevada energía.

Ahora bien, la siguiente partícula inédita (después del neutrón) se descubrió en los rayos cósmicos. A decir verdad, cierto físico teórico había predicho ya este descubrimiento. Paul Adrien Dirac había aducido, fundándose en un análisis matemático de las propiedades inherentes a las partículas subatómicas, que cada partícula debería tener su antipartícula (los científicos desean no sólo que la naturaleza sea simple, sino también simétrica). Así pues, debería haber un antielectrón, salvo por su carga que sería positiva y no negativa, idéntico al electrón; y un antiprotón, con carga negativa en vez de positiva.

En 1.930, cuando Dirac expuso su teoría, no llamó demasiado la atención en el mundo de la ciencia. Pero, fiel a la cita, dos años después apareció el antielectrón. Por entonces, el físico americano Carl David Anderson trabajaba con Millikan en un intento por averiguar si los rayos cósmicos eran radiación electromagnética o partículas. Por aquellas fechas, casi todo el mundo estaba dispuesto a aceptar las pruebas presentadas por Compton, según las cuales, se trataría de partículas cargadas; pero Millikan no acababa de darse por satisfecho con tal solución.

Anderson se propuso averiguar si los rayos cósmicos que penetraban en una cámara de ionización se curvaban bajo la acción de un potente campo magnético. Al objeto de frenar dichos rayos lo suficiente como para detectar la curvatura, si la había, puso en la cámara una barrera de plomo de 6’35 mm de espesor. Descubrió que, cuando cruzaba el plomo, la radiación cósmica trazaba una estela curva a través de la cámara; y descubrió algo más. A su paso por el plomo, los rayos cósmicos energéticos arrancaban partículas de los átomos de plomo. Una de esas partículas dejó una estela similar a la del electrón. ¡Allí estaba, pues, el antielectrón de Dirac! Anderson le dio el nombre de positrón. Tenemos aquí un ejemplo de radiación secundaria producida por rayos cósmicos. Pero aún había más, pues en 1.963 se descubrió que los positrones figuraban también entre las radiaciones primarias.

                    Una buena fuente de producción de electrones y positrones

Abandonado a sus propios medios, el positrón es tan estable como el electrón (¿y por qué no habría de serlo si el idéntico al electrón, excepto en su carga eléctrica?). Además, su existencia puede ser indefinida. Ahora bien, en realidad no queda abandonado nunca a sus propios medios, ya que se mueve en un universo repleto de electrones. Apenas inicia su veloz carrera (cuya duración ronda la millonésima de segundo), se encuentra ya con uno.

Así, durante un momento relampagueante quedaron asociados el electrón y el positrón; ambas partículas girarán en torno a un centro de fuerza común. En 1.945, el físico americano Arthur Edwed Ruark sugirió que se diera el nombre de positronio a este sistema de dos partículas, y en 1.951, el físico americano de origen austriaco  Martin Deutsch consiguió detectarlo guiándose por los rayos gamma característicos del conjunto.

                                                     Creación de pares

Pero no nos confundamos, aunque se forme un sistema positronio, su existencia durará, como máximo, una diezmillonésima de segundo. El encuentro del electrón-positrón provoca un aniquilamiento mutuo; sólo queda energía en forma de radiación gamma. Ocurre pues, tal como había sugerido Einstein: la materia puede convertirse en energía y viceversa. Por cierto, que Anderson consiguió detectar muy pronto el fenómeno inverso: desaparición súbita de rayos gamma para dar origen a una pareja electrón-positrón. Este fenómeno se llama producción en pareja. Anderson compartió con Hess el premio Nobel de Física de 1.936.

Poco después, los Joliot-Curie detectaron el positrón por otros medios, y al hacerlo así realizaron, de paso, un importante descubrimiento. Al bombardear los átomos de aluminio con partículas alfa, descubrieron que con tal sistema no sólo se obtenían protones, sino también positrones. Cuando suspendieron el bombardeo, el aluminio siguió emitiendo positrones, emisión que sólo con el tiempo se debilitó. Aparentemente habían creado, sin proponérselo, una nueva sustancia radiactiva. He aquí la interpretación de lo ocurrido según los Joliot-Curie: cuando un núcleo de aluminio absorbe una partícula alfa, la adición de los dos protones transforma el aluminio (número atómico 13) en fósforo (número atómico 15). Puesto que las partículas alfa contienen cuatro nucleones en total, el número masivo se eleva 4 unidades, es decir, del aluminio 27 al fósforo 31. Ahora bien, si al reaccionar se expulsa un protón de ese núcleo, la reducción en una unidad de sus números atómicos y masivos hará surgir otro elemento, o sea, el silicio 30.

Puesto que la partícula alfa es el núcleo del helio, y un protón es el núcleo del hidrógeno, podemos escribir la siguiente ecuación de esta reacción nuclear:

aluminio 27 + helio 4 = silicio 30 + hidrógeno 1

Nótese que los números másicos se equilibran:

27 + 4 = 30 + 1

Adentrarse en el universo de las partículas que componen los elementos de la tabla periódica, y en definitiva, la materia conocida, es verdaderamente fantástico.

Emilio Silvera V.

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 Es una de las grandezas del ser humano, el Amor, es el que salva la especie de tantos y tantos defectos como tiene… (al menos de momento es lo más real de sus vidas): La familia que es lo que nos motiva para luchar y solucionar problemas. Ya lo dijo aquel hombre sabio:

“Un hombre so0lo, está en muy mala compañía.”

¿Cómo se puede explicar el amor? El materialismo no puede hacerlo. Ni los átomos, ni las moléculas, ni las células resuelven el problema. ¿Quién está capacitado para explicar el sentir de las neuronas? ¿Qué mecanismo nos mueve al amor? ¿Cómo es ese vínculo tan fuerte?

Al igual que la fuerza invisible y poderosa del electromagnetismo y la gravedad, la del amor también está ahí, y cuando es verdadero el sentimiento, la fuerza es mayor que las cuatro fuerzas de la naturaleza juntas. Si estamos dispuestos a entregar la vida, ¿hay algo más fuerte que eso en el universo? Creo que no.

¿Qué caricia explica su turbadora resonancia “espiritual”?

El amor es una emoción compleja y fundamental que vincula a las personas y se manifiesta como una conexión profunda que va más allá de la pasión, incluyendo respeto, apoyo y aceptación. A nivel biológico, es producto de la liberación de hormonas como la oxitocina, dopamina y estrógenos, generando sensaciones de bienestar, felicidad y mejora física. En cuanto a los sentimientos, el Amor nos transforma y tenemos comportamientos que, en otras circunstancias serían muy diferentes, es tan fuerte lo que sentimos por el Ser Amado que lo daríamos todo a cambio de nada. Es una conexión emocional inexplicable, vemos en la otra persona la perfección que realmente no existe,

El Amor es ese deseo irrefrenable de fusión.

¿Qué caricia explica su turbadora resonancia “espiritual”?

¡Ninguna!, pero ocurre. Al igual que el suave pasar de los dedos sobre el teclado del piano nos ofrece una melodía que eleva nuestra alma, una caricia del ser amado no sólo nos hace sentirnos bien, es algo más grande y más elevado, nos hace mejores.

La verdadera experiencia del amor es misteriosa y está más allá de la mera sexualidad e incluso de la misma razón; es tan grande y profundo este misterio que en realidad se escapa de nuestro entendimiento, y de ningún modo puede expresarse en términos de biogenética. Son cuestiones de la mente que no hemos llegado a comprender y que está muy por encima de las simples cuestiones materiales.

Qué razón tenía aquel que dijo: “No sólo de pan vive el hombre”. La metáfora lo dice todo.

Platón también negó rotundamente esa reducción a lo físico y hablaba de un infinito inventado, algo transfigurado a través del amor, la llave que abre el corazón humano.

En el ámbito humano, después del amor con mayúsculas (no todos son capaces de amar), la ética es el arte de lo mejor y la cultura es su cultivo, que tiene un medio ideal en los libros que, desde las historias infantiles, de fantasía, de conocimiento científico o de cualquier temática, siempre, en cada momento de nuestras vidas, nos aportan algo para que seamos mejores.

La verdad es que en los tiempos que vivimos, la cultura es difícil y encuentra poca tierra de cultivo. Prima la zafiedad. Programas de televisión de los que podemos sentir vergüenza. Se ha perdido el pudor y el respeto, y los valores tradicionales se están perdiendo, y vamos, si alguien no lo remedia, hacia una sociedad del vale todo.

No existe moralidad colectiva, y en aquellos casos aislados en que está presente, sus poseedores son mirados por los demás como bichos raros y llegan a procurar aislarlos en ese mundo de moral y honestidad que ellos ni entienden ni quieren.

Aunque somos libres de elegir, la verdad es que la mayoría está condicionada por el medio; una realidad que les arrastra y no tienen ni la personalidad ni la fuerza para escapar del torbellino que irremisiblemente los engulle.

     Desgraciadamente existen los matrimonios de conveniencia. El Amor queda en segundo plano

Tenemos que enseñar a los niños a leer, aprender a decir no en el momento oportuno. Un no en ese momento delicado de sus vidas puede ser la diferencia entre ser feliz o ser un desgraciado.

La educación tiene su seno en el núcleo familiar; allí es donde todo se cuece, y los niños se miran en el espejo de los padres. Aquellos que dejan sus obligaciones y trasladan la responsabilidad a los maestros y la escuela, mal lo llevan.

Cariño, que los niños vivan un comportamiento ejemplar, que comprendan que el trabajo es el camino

No existen soluciones mágicas. Todo es disciplina y trabajo. Sin sacrificio nada conseguimos nunca. Es la constancia y el querer conseguirlo lo que finalmente nos trae el resultado. Lo que tú hagas es lo que recibirás; ésa es la única y cruda realidad.

                                ¿Hacer lo que queremos, o, hacer lo que debemos?

¿Qué es la libertad? Yo la entiendo como el poder de hacer en todo momento lo que desees, y la verdad, en ese sentido la libertad no existe. ¿Quién puede hacer eso? Los padres estamos supeditados a los hijos; la mujer y el hombre están supeditados a sus estudios y a sus trabajos. El banquero está supeditado a conservar e incrementar su dinero. El gobernante está sometido (es un decir) a procurar el bien común y, siendo así, la libertad que tenemos es parcial e intermitente, nunca general y continua. Sí, tenemos un amplio margen para elegir nuestro camino en la vida, y algunos, ni eso hemos tenido.

Muchos esquivaron el camino al confundir el bien con el placer que, mal entendido, nos puede llevar a la ruina. El deseo constante de placer artificial puede convertir el equilibrio de la mente humana en algo peligroso e inestable.

                                     Lo más importante para todo Ser humano: Que sus hijos sean felices

Estas cosas que aquí comento ahora, creo que en el fondo son conocidas por todos, y sin embargo, pocos las cumplen, y por no prescindir de sus pequeños placeres (el bar y los amigos, el Rocío y la fiesta, acompañar a su equipo, etc.) dejan arruinar las vidas de sus hijos que dejan acompañados de esa fatídica maquinita de juegos infernales que, aun costando una pequeña fortuna, les compran para que les dejen tranquilos.

En fin, menos mal que no todos actúan así, pero sí más de los que desearíamos.

Cambiemos a un tema más físico.

Los átomos y moléculas de las que estamos formados, es probable que sean comunes a organismos de cualquier otro lugar del universo. Pero la manera específica en que estas moléculas se juntan y las formas específicas y fisiológicas de los organismos terrestres pueden ser sumamente diferentes de lo que es corriente en nuestro planeta, a consecuencia de sus diferentes historias evolutivas.

Cuando tratamos de considerar cuáles han de ser las estrellas a estudiar y examinar buscando posibles señales de radio dirigidas a nosotros desde planetas lejanos, generalmente se presta más atención a estrellas semejantes a nuestro Sol, alegando, con razón, que la búsqueda e investigación deben iniciarse con un tipo de estrella en la que sepamos con certeza que hay vida (la estrella que tiene un sistema planetario y que en uno de sus planetas ha surgido la vida, la única conocida, es nuestro Sol). De esta manera, se buscan signos de vida inteligente en estrellas como (y parecidas a) la nuestra. El proyecto Ozma fue el primer intento para buscar señales de radio en las estrellas Tau Ceti y Épsilon Eridani, ambas estrellas con masa, radio, edad y composición muy parecidas a las de nuestro Sol.

Pero limitar la búsqueda a una exclusividad de este tipo de estrellas sería un error. Hay estrellas con menos masa y luminosidad que la de nuestro Sol que tienen existencias más antiguas, y por tanto evolucionadas en un mayor grado. Estas estrellas diminutas o “enanas” K y M pueden tener miles de millones de años más que el Sol.

Si suponemos que cuanto más larga sea la vida de un planeta, más inteligentes serán (por evolución) los organismos que en él se han desarrollado, entonces debemos dirigir nuestra atención a las estrellas no sólo G, sino también a las K y M, evitando el impulso ególatra de que la única vida existente en el universo, por fuerza, será como la nuestra. ¡Un error enorme!

Es verdad que este tipo de estrellas con planetas a su alrededor, podría objetarse que son mundos más fríos que la Tierra, y que la vida en ellos es menos probable. Claro que este diagnóstico parte de un error muy común en nosotros; pensamos en un tipo de vida similar o muy parecido al nuestro, y además, al ser las estrellas más pequeñas, generan una fuerza de gravedad menor y los planetas están mucho más cerca del Sol que los de nuestro sistemas solar, con lo cual, puede que la cercanía equilibrase la balanza y no los haga tan fríos como creemos. En realidad, en el cosmos existen muchas más estrellas K y M que estrellas G.

Carl Sagan, enamorado de todos estos problemas del universo, nunca descartaba nada. Decía que la mayor parte de la vida surge en los planetas y allí reside. Sin embargo, se preguntaba:

“¿Acaso pudiera ver organismos que habitan en las profundidades del espacio interestelar, superficies o interiores de estrellas, o incluso otros objetos cósmicos incluso más exóticos?”

Es tan difícil responder a esa pregunta como a tantas otras que, con nuestra actual ignorancia, es imposible dar respuesta. Si evolucionamos hasta seres de pura energía, podríamos estar en cualquier parte del universo.

Los seres vivos tal y como los conocemos, necesitan de la materia para reproducirse y, por lógica, se deben asentar en aquellos lugares que, estando presente la energía, puedan reproducirse en un tiempo prudencial y adecuado a la especie de que se trate, y acorde con la complejidad del individuo que está surgiendo a la vida.

Claro que no podríamos negar y sí imaginar organismo desarrollándose en planetas con atmósferas que lentamente vayan alejándose en el espacio, permitiendo que los organismos se adapten gradualmente a unas condiciones cada vez más duras, hasta llegar a la adaptación total de un medio interestelar. Seres así podrían vivir casi en cualquier parte del universo.

Lo más probable, sin descartar nada, será una especie diferente de organismo interestelar mucho más posible: seres inteligentes de planetas parecidos al nuestro, pero que han trasladado su campo de actividad al volumen mucho más vasto del espacio interestelar.

Los seres, en nuestro lejano futuro tecnológico, deberán poseer capacidades que hoy en día ni siquiera podemos imaginar. Es verdad que el hombre moderno (nosotros), es casi idéntico al hombre de hace 50.000 años. Sin embargo, cuando pasen algunos millones de años, todo será distinto. Aparecerán nuevas formas humanas evolucionadas por pequeñas y paulatinas mutaciones encaminadas a sobrevivir en otros medios.

No puedo dudar de que tales sociedades futuras deberán dominar la materia y la energía de las estrellas y de las galaxias, y tendrán la sabiduría suficiente para explotar la radiación y la energía de los agujeros negros para ponerla a su servicio.

Pensemos en el largo viaje que unos organismos hicieron para evolucionar del mar a la tierra firme. Ahora esos organismos que tienen su origen en las profundidades marinas, sólo se sientes “en casa” en la tierra, su nuevo medio conquistado a través de mil peripecias y peligros. De la misma manera, en el futuro, dejaremos la tierra firme para habitar en enormes ciudades volantes por las profundidades del universo, e innumerables mundos serán poblados con sociedades nuevas que llenarán de ruidos el ahora silencioso universo.

¡Quién sabe!

                                Todo lo que podamos imaginar y mucho más

Las maravillas del universo son inagotables, y muy lentamente tenemos acceso a ellas. Hay lugares con tres soles de distintos colores: amarillo (como el nuestro), azul y verde, o blanco y rojo. Hay dos que casi se están tocando, sólo los separa una ligera y brillante materia cósmica que parece pura luz. Hay un mundo que tiene miles de lunas, y no muy lejos de él brilla un Sol que no es mayor que nuestro planeta Tierra. He podido ver un núcleo atómico de 3.000 m de diámetro que gira 160 veces por segundo. Hay soles que se desplazan por el universo a velocidades enormes y bacterias que escapan de las galaxias y vagan por el cosmos hasta encontrar un planeta donde instalarse. Las nubes de gas y polvo inundan los espacios entre las galaxias, y después de girar durante miles de millones de años, se juntan y forman nuevas galaxias de estrellas y planetas.

También, quién sabe, pueden existir lugares fuera de nuestro universo (algunos científicos así lo creen).

Para nosotros, insignificantes criaturas de una grandeza enorme, el universo resulta pavoroso. Pero también fascinante y maravilloso. ¡Qué paradoja!

¿Cómo puede algo dar miedo y placer o fascinación al mismo tiempo?

Pues así es. Nos produce miedo su enormidad y nuestra ignorancia. Nos produce placer lo que vamos descubriendo y fascinación los misterios que encierra y a los que nuestra curiosidad y osadía no resiste la necesidad de desvelar.

No parece que nuestra evolución sea debida a senderos evolutivos predeterminados que conducían infaliblemente, desde formas simples, a lo que somos, al hombre; más bien, la evolución procede de un modo convulsivo, sin un plan determinado, y la mayor parte de formas de vida conducen a callejones sin salida en la evolución. Así se han extinguido tantas, y continuarán extinguiéndose. Esperemos que no estemos en la lista.

En realidad, somos el producto de una larga serie de accidentes biológicos. En la perspectiva cósmica no tememos razones de pero para pensar que seamos los primeros, que seremos los últimos o los mejores.

Sin embargo, esa seria de accidentes biológicos, ¿fueron fortuitos? Ya me gustaría poder responder a esta pregunta.

             Quizás con el tiempo salgo lo que hay dentro de nosotros

A lo que sí puedo responder es al hecho innegable de que, en lo más profundo de nuestro ser habita un ente superior, algo grande capaz de lo más sublime. ¿Puede algo así surgir de la nada?

Me gustaría estar en ese tiempo futuro en el que la ciencia es tan avanzada que tiene como reliquias antiguas teorías como la relatividad, la mecánica cuántica y la teoría de supercuerdas. ¿Qué maravillas no tendrán entonces?

La ciencia avanza despacio, no porque no interese a la gente, sino porque los gobiernos no le destinan los presupuestos necesarios para que su avance esté relacionado con el conocimiento que ya poseemos. Tenemos magníficos físicos, astrofísicos, astrónomos, matemáticos y otros científicos de las distintas disciplinas que viven en la inseguridad de que el político o el organismo de turno le conceda la subvención necesaria para realizar sus proyectos. Es una vergüenza.

A pesar de todos los inconvenientes, los avances científicos y del conocimiento no pueden ser frenados. El querer saber y descubrir está asociado con una especie de energía inagotable que finalmente vencerá.

En realidad, la ciencia es el poder. Por tal motivo, todos los políticos tratan de manejar el ámbito científico por si surge algo que puedan utilizar en beneficio propio.

                                                      Nada es como era, todo ha cambiado

La gente sencilla sí se interesa por los temas científicos, lo que ocurre es que en la niñez, en las escuelas, la enseñanza es muy deficiente, y cuando llegan a mayores, son unos incultos científicos que, de manera interesada, han sido dejados en la ignorancia por algunos.

Todos deberíamos tener un mínimo de conocimientos sobre las cuestiones importantes de nuestro mundo y nuestro universo. Saber cuestiones básicas como el por qué brillan las estrellas, cómo se expande el universo y que la Tierra es una nave espacial que nos lleva en un viaje alrededor del Sol a 30 Km/s.

No puedo olvidar la fascinación que sentí (sin entenderlo) cuando vi por vez primera ante mis ojos E = mc², su sencillez y la enormidad del mensaje que encierra, me dejaron totalmente sorprendido y al mismo tiempo, maravillado.

    ¡Qué cantidad de ingenio humano está reflejado en todas esas ecuaciones!

Pues bien, lo mismo que me ocurrió a mí, seguramente le ocurrirá a muchos otros si les damos la oportunidad de conocer, de saber sobre las cosas que les rodea y con las que conviven, sin que tengan la menor idea de qué son y cómo funcionan. La gravedad, el electromagnetismo, las fuerzas nucleares… creo que todo esto, sin tecnicismos ni profundidades científicas, puede ser explicado para dar un conocimiento básico que, al menos, evite la actual ignorancia, y para conseguirlo, el único camino es la divulgación.

Emilio Silvera V.

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La fascinante historia de la Tierra y de la presencia de la Vida.

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El Sistema Alfa Centauri

Tau Ceti es la estrella, similar al Sol, más cercana al Sistema Solar. Así que no es sorprendente que sea un objeto de estudio. Ahora, un nuevo estudio, plantea que podría tener cuatro planetas, similares a la Tierra, a su alrededor…

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Muchas veces hemos hablado del electrón que rodea el núcleo, de su carga eléctrica negativa que complementa la positiva de los protones y hace estable al átomo; tiene una masa de solamente 1/1.836 de la del núcleo más ligero (el del hidrógeno). La importancia del electrón es vital en el universo. Simplemente con que su carga fuera distinta en una pequeña fracción… ¡El mundo que nos rodea sería muy diferente! Y, ni la vida estaría presente en el Universo.

            Experimentos con electrones y positrones nos enseñaron cómo funciona el universo

Pero busquemos los “cuantos”. 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 menor intensidad, por los objetos más fríos (radiación de cuerpo negro).

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 utilizamos las leyes de la termodinámica para calcular la intensidad de una 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.

                                                                                       Acero al rojo vivo

Lo que se observa es que la intensidad de la radiación muestra un pico a una cierta longitud de onda característica, y que la intensidad disminuye tanto para longitudes mayores como para menores. Esta longitud de onda característica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta de objeto radiante (la temperatura absoluta se define por una escala de temperatura que empieza a 273º bajo cero). Cuando a 1.000º C un objeto se pone al “rojo vivo”, el objeto está radiando en la zona de 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 tanto, proporcional a la frecuencia de radiación emitida. La fórmula es E = hν, donde E es la energía del paquete, ν 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.

                   Con esta idea fue sembrada la semilla de lo que, más tarde, sería la mecánica cuántica

Poco tiempo después, en 1905, Einstein formuló esta teoría de una manera mucho más tajante: él 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, propuso que no sólo cualquier cosa que oscila tiene energía, sino que cualquier cosa con energía se debe comportar como una “onda” que se extiende en una cierta región del espacio, y que la frecuencia ν 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 oscilantes de campos de fuerza, pero esto lo veremos más adelante.

Las dos primeras son la imagen obtenida por los físicos en el laboratorio de cómo se vería un electrón y, la segunda es la Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, con la cual se quiere significar cómo un mismo fenómeno puede tener dos percepciones distintas. Lo cierto es que, el mundo de lo muy pequeño es extraño y no siempre lo podemos comprender.

El curioso 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 cómo escribir la teoría ondulatoria de de Broglie con ecuaciones matemáticas exactas. La precisión con la cual se podían realizar cálculos era asombrosa, y pronto quedó claro que el comportamiento de todos los objetos pequeños quedaba exactamente determinado por las recién descubiertas “ecuaciones de ondas cuánticas”.

                                  La función de onda de Schrödinger nos acercó a ese mundo infinitesimal

Está bien comprobado que la mecánica cuántica funciona de maravilla…, pero, sin embargo, surge una pregunta muy formal: ¿Qué significan realmente estas ecuaciones?, ¿Qué es lo que están describiendo? Cuando Isaac Newton, allá en 1867 formuló cómo debían moverse los planetas alrededor del Sol, estaba claro para todo el mundo qué significaban sus ecuaciones: que los planetas estaban siempre en una posición bien definida des espacio y que sus posiciones y sus velocidades en un momento concreto determinan inequívocamente cómo evolucionarán las posiciones y las velocidades en el tiempo.

        Sin importar que estén a mucha distancia la una de la otra, están conectadas

Pero para los electrones todo es diferente. Su comportamiento parece estar envuelto en misterio. 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?

El “universo de las partículas nunca ha sido fácil de comprender y su rica diversidad, nos habla de un vasto “mundo” que se rige por su propias reglas que hemos tenido que ir conocimiento y seguimos tratando de saber, el por qué de esos comportamientos extraños y a veces misteriosos. Así, la pregunta anterior, de ¿Qué puede significar todo eso?…

La pudo contestar Niels Bohr, 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.

Las leyes de la mecánica cuántica han sido establecidas con mucha precisión; permite cómo 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 de manera simultánea. Por ejemplo, podemos determinar la velocidad de una partícula con mucha precisión, pero entonces no sabremos exactamente dónde se encuentra; o a la inversa, podemos determinar la posición con precisión, pero entonces su velocidad queda mal definida. 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 de forma sencilla de dónde viene esta incertidumbre, pero existen 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. Para afinar un instrumento musical se debe escuchar una nota durante un cierto intervalo de tiempo y compararla, por ejemplo, con un diapasón que debe vibrar también durante un tiempo. Notas muy breves no tienen bien definido el tono.

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, cuando 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 podría definir como “el todo es más que la suma de sus partes”. Si la física nos ha enseñado algo es justo lo contrario.

Miramos la imagen y sabemos exactamente lo que significa cada imagen y lo que hay en el núcleo central

Un objeto compuesto de un gran número de partículas puede ser entendido exactamente si se conocen las propiedades de sus partes (partículas); basta que sepamos sumar correctamente (¡y esto no es nada fácil en mecánica cuántica!). Lo que 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, que es igual a 6’626075… × 10^-34 Julios segundo, debe ser exactamente la misma para cualquier objeto en cualquier sitio, es decir, debe ser una constante universal.

Mucho ha sido el camino andado hasta nuestros tratando de conocer los secretos de la naturaleza que, poco a poco, nos van siendo familiares. Sin embargo, es más el camino que nos queda por recorrer. Es mucho lo que no sabemos y, tanto el micro-mundo como en el vasto mundo de muy grande, hay que cosas que aún, no hemos llegado a comprender.

              El detector ATLAS funcionó, y rastrearon las partículas subatómicas…

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 como Erwin 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? En pocas palabras, ¿Dónde está en realidad?, y ¿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.

     Es cierto que, localizar y saber en qué punto exacto están esas pequeñas partículas… no es fácil

La mecánica cuántica puede ser definida o resumida así: en principio, con las leyes de la naturaleza que conocemos ahora se puede predecir el resultado de cualquier experimento, en el sentido que la predicción consiste en dos factores: el primer factor es un cálculo definido con exactitud del efecto de las fuerzas y estructuras, tan riguroso como las leyes de Isaac Newton para el movimiento de los planetas en el Sistema Solar; el segundo factor es una arbitrariedad estadística e incontrolable definida matemáticamente de forma estricta. Las partículas seguirán una distribución de probabilidades dadas, primero de una forma y luego de otra. Las probabilidades se pueden calcular utilizando la ecuación de Schrödinger de función de onda (Ψ) que, con muchas probabilidades nos indicará el lugar probable donde se encuentra una partícula en un momento dado.

Muchos estiman que esta teoría de las probabilidades desaparecerá cuando se consiga la teoría que explique, de forma completa, todas las fuerzas; la buscada teoría del todo, lo que implica que nuestra descripción actual incluye variables y fuerzas que (aún) no conocemos o no entendemos. Esta interpretación se conoce como hipótesis de las variables ocultas.

Albert Einstein, Nathan Rosen y Boris Podolski idearon un “Gedankenexperiment”, un experimento hipotético, realizado sobre el papel, para el cual la mecánica cuántica predecía como resultado algo que es imposible de reproducir en ninguna teoría razonable de variables ocultas. Más tarde, el físico irlandés John Stewar Bell consiguió convertir este resultado en un teorema matemático; el teorema de imposibilidad.

(“El teorema de Bell o desigualdades de Bell se aplica en mecánica cuántica para cuantificar matemáticamente las implicaciones planteadas teóricamente en la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen y permitir así su demostración experimental. Debe su nombre al científico norirlandés John S. Bell, que la presentó en 1964.

El teorema de Bell es un meta-teorema que muestra que las predicciones de la mecánica cuántica (MC) no son intuitivas, y afecta a temas filosóficos fundamentales de la física moderna. Es el legado más famoso del físico John S. Bell. El teorema de Bell es un teorema de imposibilidad, que afirma que:

Ninguna teoría física de variables ocultas locales puede reproducir todas las predicciones de la mecánica cuántica.”)

 

                                  ¿Cómo saber el número que saldrá cuando lanzamos los dados?

¡¡La mecánica cuántica!!, o, la perplejidad de nuestros sentidos ante lo que ese “universo cuántico” nos ofrece que, generalmente, se sale de lo que entendemos por sentido común. Ahí, en el “mundo” de los objetos infinitesimales, suceden cosas que no siempre podemos comprender. Y, como todo tiene una razón, no dejamos de buscarla en cada uno de aquellos sorprendentes sucesos que en ese lugar se producen. Podríamos llegar a la conclusión de que, la razón está en todo y solo la encontramos una vez que llegamos a comprender, mientras tanto, todo nos resulta extraño, irrazonable, extra-mundano y, algunas veces…imposible. Sin embargo, ahí está.

        Cualquier perturbación en su camino, hará que todo sea distinto en la trayectoria

Dos elementos actúan de común acuerdo para garantizar que no podamos descorrer el velo del futuro, de lo que será después (podemos predecir aproximaciones, nunca certezas), el principal de esos elementos es la ignorancia nunca podremos saber el resultado final de éste o aquél suceso sin tener la certeza de las condiciones iniciales. En la mayoría de los sistemas físicos son, en mayor o menor medida dada su complejidad, del tipo caótico es tal que, el resultado de las interacciones entre elementos son sumamente sensibles a pequeñísimas variaciones de los estados iniciales que, al ser perturbados mínimamente, hacen que el suceso final sea y esté muy alejado del que se creía al comienzo.

¿El Futuro? Es el Tiempo por venir, lo que no existe, lo que sólo podemos imaginar y nunca tendremos la certeza de saber como será. Lo podemos presentir, incluso atisbar algunos rasgos de cómo podría ser. Sin embargo, como nos pasa con el horizonte si navegamos hacia él, nunca lo podremos alcanzar.

Estamos confinados en un eterno Presente previa visita al Pasado.

Emilio Silvera V.

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