A finales del siglo XIX, poca gente sabía con exactitud a qué se dedicaban los “físicos”.  El término mismo era relativamente nuevo.  En Cambridge, la física se enseñaba como parte del grado de matemáticas.

En este sistema no había espacio para la investigación: se consideraba que la física era una rama de las matemáticas y lo que se le enseñaba a los estudiantes era como resolver problemas.

En la década de 1.870, la competencia económica que mantenían Alemania, Francia, Estados Unidos, y Gran Bretaña se intensificó.  Las Universidades se ampliaron y se construyó un Laboratorio de física experimental en Berlín.

Cambridge sufrió una reorganización. William Cavendish, el séptimo duque de Devonshire, un terrateniente y un industrial, cuyo antepasado Henry Cavendish había sido una temprana autoridad en teoría de la gravitación, accedió a financiar un Laboratorio si la Universidad prometía fundar una cátedra de física experimental.  Cuando el laboratorio abrió, el duque recibió una carta en la que se le informaba (en un elegante latín) que el Laboratorio llevaría su nombre.

                      Primer profesor J. J. Thomson como director del laboratorio

Tras intentar conseguir sin éxito atraer primero a William Thomson, más tarde a lord Kelvin (quien entre otras cosas, concibió la idea del cero absoluto y contribuyó a la segunda ley de la termodinámica) y después a Hermann von Helmohltz, de Alemania (entre cuyas decenas de ideas y descubrimientos destaca una noción pionera del cuanto), finalmente se ofreció la dirección del centro a James Clerk Maxwell, un escocés graduado en Cambridge. Este fue un hecho fortuito, pero Maxwell terminaría convirtiéndose en lo que por lo general se considera el físico más destacado entre Newton y   Einstein.  Su principal aportación fue, por encima de todo, las ecuaciones matemáticas que permiten entender perfectamente la electricidad y el magnetismo.  Estas explicaban la naturaleza de la luz, pero también condujeron al físico alemán Heinrich Hertz a identificar en 1.887, en Karlsruhe, las ondas electromagnéticas que hoy conocemos como ondas de radio.

En el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, Cockcroft y Walton construyeron este acelerador de 500 kilovolts en 1932. Si lo comparamos con el LHC del CERN nos podemos dar cuenta de cómo la Ciencia ha ido avanzando en relativamente tan poco tiempo y, desde entonces hemos alcanzado un nivel que nos permite trabajar con 14 TeV, una energía de todo punto imposible e impensable en aquellos primeros tiempos.

Maxwell también creó un programa de investigación en Cavendish con el propósito de idear un estándar preciso de medición eléctrica, en particular la unidad de resistencia eléctrica, el ohmio.  Esta era una cuestión de importancia internacional debido a la enorme expansión que había experimentado la telegrafía en la década de 1.850 y 1.860, y la iniciativa de Maxwell no solo puso a Gran Bretaña a la vanguardia de este campo, sino que también consolidó la reputación del Laboratorio Cavendish como un centro en el que se trataban problemas prácticos y se ideaban nuevos instrumentos.

Maxwell murió en 1.879 y le sucedió lord Rayleigh, quien continuó su labor, pero se retiró después de cinco años y, de manera inesperada, la dirección pasó a un joven de veintiocho años, Joseph John Thomson, que a pesar de su juventud ya se había labrado una reputación en Cambridge como un estupendo físico-matemático.  Conocido universalmente como J.J., puede decirse que Thomson fue quien dio comienzo a la segunda revolución científica que creó el mundo que conocemos.

              Ernest Rutherford

Se dedicó al estudio de las partículas radioactivas y logró clasificarlas en alfaa (α), beta  (β) y gamma (γ). Halló que la radiactividad iba acompañada por una desintegración de los elementos, lo que le valió ganar el Premio Nobel de Química de 1908. Se le debe un modelo atómico con el que probó la existencia de núcleol en los átomos, en el que se reúne toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo.  Consiguió la primera transmutación artificial con la colaboración de su discípulo Frederick Soddy.

  Henry Cavendish en su Laboratorio

La primera revolución científica comenzó con los descubrimientos de Copérnico, divulgados en 1.543, y los de Isaac Newton en 1.687 con su Gravedad y su obra de incomparable valor Principia Matemática, a todo esto siguió los nuevos hallazgos en la Física, la biología y la psicología.

Pero fue la Física la que abrió el camino.  Disciplina en permanente cambio, debido principalmente a la forma de entender el átomo (esa sustancia elemental, invisible, indivisible que Demócrito expuso en la Grecia antigua).

            John Dalton

En estos primeras décadas del siglo XIX, químicos como John Dalton se habían visto forzados a aceptar la teoría de los átomos como las unidades mínimas de los elementos, con miras a explicar lo que ocurría en las reacciones químicas (por ejemplo, el hecho de que dos líquidos incoloros produjeran, al mezclarse, un precipitado blanco).  De forma similar, fueron estas propiedades químicas y el hecho de que variaran de forma sistemática, combinada con sus pesos atómicos, lo que sugirió al ruso Dimitri Mendeleyev la organización de la Tabla Periódica de los elementos, que concibió jugando, con “paciencia química”, con sesenta y tres cartas en su finca de Tver, a unos trescientos kilómetros de Moscú.

Pero además, la Tabla Periódica, a la que se ha llamado “el alfabeto del Universo” (el lenguaje del Universo), insinuaba que existían todavía elementos por descubrir.

         Dimitri Mendeléiev en 1897

La tabla de Mendeleyev encajaba a la perfección con los hallazgos de la Física de partículas, con lo que vinculaba física y química de forma racional: era el primer paso hacia la unificación de las ciencias que caracterizaría el siglo XX.

En Cavendish, en 1.873, Maxwell refinaría la idea de átomo al introducir la idea de campo electromagnético (idea que tomó prestada de Faraday), y sostuvo que éste campo “impregnaba el vacío” y la energía eléctrica y magnética se propagaba a través de él a la velocidad de la luz.  Sin embargo, Maxwell aún pensaba en el átomo como algo sólido y duro y que, básicamente, obedecían a las leyes de la mecánica.

El problema estaba en el hecho de que, los átomos, si existían, eran demasiado pequeños para ser observados con la tecnología entonces disponible.

Esa situación empezaría a cambiar con Max Planck, el físico alemán que, como parte de su investigación de doctorado, había estudiado los conductores de calor y la segunda ley termodinámica, establecida originalmente por Rudolf  Clausius, un físico alemán nacido en Polonia, aunque lord Kelvin también había hecho algún aporte.

           El joven Max Planck

Clausius había presentado su ley por primera vez en 1.850, y esta estipulaba algo que cualquiera podía observar, a saber, que cuando se realiza un trabajo la energía se disipaba convertida en calor y que ese calor no puede reorganizarse en una forma útil.  Esta idea, que por lo demás parecería una anotación de sentido común, tenía consecuencias importantísimas.

Dado que el calor (energía) no podía recuperarse, reorganizarse y reutilizarse, el Universo estaba dirigiéndose gradualmente hacia un desorden completo:

                                                                        cántaro roto…

Una casa que se desmorona nunca se reconstruye así misma, una botella rota nunca se recompone por decisión propia.  La palabra que Clausius empleó para designar este fenómeno o desorden irreversible y creciente fue “entropía”: su conclusión era que, llegado el momento, el Universo moriría.

En su doctorado, Planck advirtió la relevancia de esta idea.  La segunda ley de la termodinámica evidenciaba que el tiempo era en verdad una parte fundamental del Universo, de la física.  Sea lo que sea, el tiempo es un componente básico del mundo que nos rodea y se relaciona con la materia de formas que todavía no entendemos.

La noción de tiempo implica que el Universo solo funciona en un sentido, hacia delante, nunca se está quieto ni funciona hacia atrás, la entropía lo impide, su discurrir no tiene marcha atrás. ¿No será nuestro discurrir lo que siempre marcha hacia delante, y, lo que tenemos por tiempo se limita a estar ahí?

En el Laboratorio Cavendish, me viene a la memoria que fue allí, donde Thomson, en 1.897, realizó el descubrimiento que vino a coronar anteriores ideas y trabajos de Benjamín Franklin, Euge Goldstein, Wilhelm Röntgen, Henri Becquerel y otros.  El descubrimiento del electrón convirtió a la física moderna en una de las aventuras intelectuales más fascinantes e importantes del mundo contemporáneo.

              Thomson descubrió el electrón.

Los “corpúsculos”, como Thomson denominó inicialmente a estas partículas, hoy conocidas como electrones, condujo de forma directa al trascendental avance realizado una década después por Ernest  Rutherford, quien concibió el átomo como una especie de “sistema solar” en miniatura, con los electrones diminutos orbitando alrededor de un núcleo masivo como hacen los planetas alrededor del Sol.  Rutherford demostró experimentalmente lo que Einstein  había descubierto en su cabeza y revelado en su famosa ecuación, E = mc² (1905), esto es que la materia y la energía eran esencialmente lo mismo.

Todo aquello fue un gran paso en la búsqueda del conocimiento de la materia.  El genio, la intuición y la experimentación han sido esenciales en la lucha del ser humano con los secretos, bien guardados, de la N

No podemos olvidar que, si aquel pasado no tendríamos este Presente.

emilio silvera

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El físico Pablo Jarillo. Fundación BBVA

El grafeno entró en la vida de Pablo Jarillo-Herrero (Valencia, 1976) en 2005, recién doctorado en Física por la Universidad Tecnológica de Delft (Holanda). “Me pareció un material tan bonito que lo tuve que investigar”, explica este licenciado en Ciencias Físicas por la Universidad de Valencia.

Flash-forward a 2012, cuando su investigación le hace merecedor del galardón más prestigioso que concede el gobierno estadounidense para jóvenes investigadores, el Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers. Jarillo recibe un millón de dólares como financiación y estrecha en persona la mano a Barack Obama en la Casa Blanca.

Un pequeño salto adelante más en esta vertiginosa carrera: es 2018 y Jarillo, al frente de su equipo del Instituto Tecnológico de Massachusets (MIT), revoluciona el ya de por sí pródigo campo del grafeno: han descubierto que, superponiendo dos láminas de este material y girándolas en lo que coloquialmente llaman el ‘angulo mágico’, adquiere una nueva y codiciada capacidad: la superconductividad.

Los materiales superconductores permiten transmitir electricidad sin pérdidas, como sufren incluso los conductores comunes más eficaces como el cobre. Una red eléctrica que usase la energía al 100% abre la puerta a un mundo más eficiente, pero hay un problema: solo funciona hoy en día solo a temperaturas de frío extremo, muy por debajo del cero.

El reto de una superconductividad a altas temperaturas, o a temperatura ambiente, ha centrado la XXVI edición de la Escuela de Verano ‘Nicolás Cabrera’ organizada por la Fundación BBVA y en la que Jarillo participa como ponente.

Teniendo en cuenta lo reciente que es el campo del grafeno y lo joven que es usted, cabe pensar que tienen, mano a mano, décadas de descubrimiento por delante.

Sí, yo creo que sí [ríe]. El descubrimiento de la superconductividad del grafeno ha generado un nuevo campo y mucho entusiasmo, no solo en mi grupo sino en laboratorios de todo el mundo. Yo creo que sí, que va a dar para décadas de investigación. Es bastante complejo, no creo que lo entendamos demasiado pronto [ríe].

El reto que se aborda ahora es el de la superconductividad a temperatura ambiente.

Claro, la superconductividad que hemos descubierto es a baja temperatura. Para temperatura ambiente ya existe un material, pero lo hace bajo condiciones extremas de presión. No tiene ninguna posibilidad de aplicación, por lo que se buscan materiales que sean superconductores y se pueda hacer algo con ellos.

Porque, retrotrayéndonos a la historia del grafeno, todo comienza con el estudio del grafito, el mismo de la mina de un lápiz.

Exacto. En el año 2004, dos científicos rusos que trabajaban entre Holanda e Inglaterra descubrieron que, si tienes grafito, puedes aislar una sola capa. Eso es el grafeno. Y tiene unas propiedades electrónicas muy inusuales. A partir de ahí muchísima gente se puso a investigarlo. Se habían descubierto muchas características peculiares, únicas y extraordinarias, pero no un comportamiento emblemático de los materiales como es la superconductividad. El descubrimiento que nosotros hicimos el año pasado es que si tú pones dos capas una encima de la otra y la rotas un pequeño ángulo, solo un grado, resulta que puede superconducir. Fue una sorpresa total.

A esta técnica le ha puesto un nombre fantástico: twistrónica.

[Ríe] Efectivamente, twistronics, de twist, rotar… como hacer un Twist.

Y esto da prueba de las propiedades increíbles del grafeno: se estira, se dobla, se modifica…

En la historia de la ciencia de materiales, nunca antes se había podido “girar” un ángulo entre dos estructuras bidimensionales cristalinas. Un material tridimensional crece con la estructura en función de su naturaleza. Y un semiconductor, como el transistor de un teléfono móvil, está hecho de arseniuro de galio, y solo puede crecer por la superposición de capas alineadas. Pero al descubrir los materiales bidimensionales, podemos poner dos láminas e inclinarlas en el ángulo que queramos. Y entonces puede adquirir propiedades que no tenía originalmente. El grafeno no era superconductor y ahora superconduce, y no solo eso: yo puedo aplicarle un voltaje para convertirlo en aislante, en un metal, hacer mogollón de cosas.

¿El ‘ángulo mágico’ se puede usar como interruptor entre distintas funciones del grafeno?

Sí. Desde el punto de vista ingenieril, lo que hemos hecho es un trasistor-superconductor: una cosa que la puedes poner en estado superconductor o en estado aislante, eléctricamente, como un switch. El ‘ángulo mágico’ ha sido lo primero que ha conseguido hacer algo así, y por eso hay tanta gente entusiasmada.

Porque las expectativas sobre el grafeno van desde su uso en la ropa a chips para la computación cuántica…

Yo creo que ahí se han creado expectativas poco realistas. Sobre todo de cuándo va a ocurrir, si es que ocurre alguna vez. Me puedo imaginar lo de incorporar electrónica flexible a los tejidos gracias a los materiales bidimensionales. Pero el grafeno no va a reemplazar al silicio en nuestros ordenadores, porque es muy bueno en lo que hace y hay una gran inversión e inercia detrás. Lo que si podría permitir es tener aplicaciones que no tenemos ahora.

¿Por eso no le gusta llamar al grafeno ‘el material de Dios’, por no crear expectativas desbordantes?

Bueno, es simplemente porque eso no tiene ningún significado. Es añadir un calificativo que no aporta ninguna información.

¿Y cómo lo llamaría usted?

Es un material extraordinario. ¿Puedes decir que es el más fino del mundo? Sí. Nada puede ser más fino que el espesor de un átomo. ¿Es el más fuerte? También. Y el que mejor conduce la electricidad. Hay muchos calificativos. Algunos lo llaman “material superlativo”, que tampoco te dice mucho: significa que, en muchos campos, es “lo más”. Un “supermaterial”, vaya, eso dice un poco más [ríe].

El químico Omar Yaghi, premiado en una edición anterior, lamentaba que la ciencia básica estuviera “bajo ataque”: se penaliza la investigación que no tiene resultados inmediatamente aplicables

Estoy totalmente de acuerdo. Si uno piensa en los orígenes de las mayores revoluciones tecnológicas -la electricidad, la máquina de vapor, el láser-, encontramos físicos, químicos o biólogos que estudiaban por pura curiosidad científica. En muchos casos, las aplicaciones prácticas no llegaron hasta décadas o siglos después. Por poner un ejemplo: los satélites de GPS funcionan con relojes atómicos que se inventaron para investigar propiedades de mecánica cuántica totalmente básicas. Nadie imaginaba que un día permitirían localizar la posición como se puede hacer ahora. La precisión en centímetros se basa en algunos conceptos de la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que nadie pensó en su día que serviría para nada.

El MIT capta a los jóvenes talentos

¿En una preocupación también presente en el MIT?

Si uno pone mucha presión en resultados a muy corto plazo, obtiene resultados muy incrementales. Mejoras de tecnología que ya tienes. Avanzas de manera lineal, si es que avanzas. Y es más de lo mismo. Es muy importante que la sociedad sea capaz de tener paciencia. Invertir en conocimiento puro genera a largo plazo mucho más crecimiento. En el MIT lo tienen claro. Pero se nutren sobre todo de fondos federales de investigación. Y el Gobierno de EEUU, como todos los del mundo, presiona por esa inmediatez. La inversión en ciencia básica está decreciendo.

¿Qué percepción hay sobre España, ahora que la ciencia vuelve a tener su Ministerio con un ingeniero e investigador -antes que astronauta- al frente?

Pedro Duque lleva relativamente poco como para ver un cambio significativo. A mi me parece muy normal que la ciencia tenga un Ministerio en sí. España tenía un gran atraso derivado de la dictadura que tuvimos durante 40 años. Volver a subirse al tren costó mucho, y no se han hecho las inversiones que cabría esperar. En algunos sectores hay grupos muy competitivos, pero de media, no estamos al nivel de otros países europeos, de EEUU, Japón o China. Creo que en este país hay menos tradición científica entre la clase gobernante, no entienden el beneficio a largo plazo.

Los presidentes de EEUU se implican personalmente en grandes proyectos científicos: Kennedy y la llegada del hombre a la Luna, Clinton y el genoma humano, Obama y el mapa del cerebro…

Durante la II Guerra Mundial, EEUU juntó un gran equipo de físicos, matemáticos y químicos de prestigio para desarrollar la bomba atómica. Y el poder político se dio cuenta de las ventajas, en este caso militares y con consecuencias lamentables. Pero desde entonces, durante décadas y hasta hace poco, se ha confiado en los científicos y han llegado logros mejores para la Humanidad. El presidente tiene por tradición un comité de asesores científicos y un asesor presidencial de muy alta categoría. Obama se reunía con él cada semana. Tenía al otro lado del teléfono a los expertos que necesitase para tomar decisiones informadas. Es una pena que no exista en España.

Quizás esa tradición en EEUU se traduce en mejores condiciones para su personal investigador.

Pero no solo eso. En EEUU se apuesta mucho por la gente joven, más que en Europa. A mi me dieron un montón de dinero y me dijeron: “Pensamos que tienes buenas ideas, haz lo que te parezca”. Yo creo que hay que apostar por los jóvenes, en general son más innovadores.

¿Se puede hablar de meritocracia? ¿Es más difícil acceder a la universidad pero los excelentes obtienen mayores oportunidades?

¿Más difícil cómo? ¿Económicamente? Sí y no. Cuando solicitas la admisión en el MIT, nadie te pregunta si puedes pagar. Si te admiten, te preguntan: “¿Tienes dinero?” Y si dices que no, no pasa nada: estudias gratis. Si lo tienes, pagas. No pasa en todas partes, solo en los centros que pueden permitírselo, pero yo tengo muchos estudiantes en el MIT que no están pagando ni un dólar. El aspecto de la meritocracia es el que más me gusta. A la gente que tiene ganas y trabaja duro se le intenta dar todas las posibilidades. Nadie te pone techos. En España, lo normal es decirte: “Para el carro, echa el freno”. Cuando estaba en la carrera, comiendo con un profesor, le pregunté por qué no iba a EEUU con los mejores en su campo: “¡Uy¡”, me dijo, “tienes una idea un poco distorsionada. Tú, con llegar aquí, date con un canto en los dientes”.

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                                 La constante de Hubble en función de la Densidad Crítica

La cantidad total de Materia del Universo se da generalmente en términos de una cantidad llamada Densidad Crítica, denotada por Omega  (Ω). Esta es la densidad de la materia que se necesita para producir un universo plano. Si la Densidad efectivamente observada es menor o mayor que ese parámetro, en el primer caso el Universo es abierto, en el segundo es cerrado. La Densidad Crítica no es muy grande; corresponde aproximadamente a un protón por metro cúbico de espacio. Puede que no parezca mucho, dado el número inmenso de átomos en un metro cúbico de lodo, pero no debemos olvidar que existe una gran cantidad de espacio “vacío” entre las galaxias.

Un equipo de científicos explican que el Universo está lleno de grandes cúmulos de galaxias que parecen estar formando una intrincada red de clústeres y nodos conectados. A menudo se llama a esta estructura la ‘red cósmica’, con intersecciones de galaxias a las que rodean vastos espacios vacíos, regiones en las que no se ha encontrado nada.

Sin embargo, este nuevo estudio aporta nuevos datos de estos espacios. El investigador principal, Mehmet Alpaslan, ha explicado que estos vacíos cósmicos pueden contener una o dos galaxias, a diferencia de los cientos que se encuentran en los grandes cúmulos. Del mismo modo, descubrieron que el pequeño número de galaxias encontradas dentro de estos huecos parecen estar distribuidas en una nueva forma nunca antes vista.

Cuando contemplamos imágenes como la de arriba, nos resulta engañoso y no imaginamos las inmensas distancias que las separan. Las galaxias están muy retiradas las unas de las otras. Andrómeda y la Vía Láctea están a 2,3 años-luz perteneciendo al mismo Grupo Local.

Algunos números que definen nuestro Universo:

• El de fotones por protón
• La razón densidades de Materia Oscura y Luminosa.
• La Anisotropía de la Expansión.
• La falta de homogeneidad del Universo.
• La Constante Cosmológica.
• La desviación de la expansión respecto al valor crítico.
• Fluctuaciones de vacío y sus consecuencias.
• ¿Otras Dimensiones?

En las últimas medidas realizadas, la  Densidad crítica que es la densidad necesaria para que la curvatura del universo sea cero, ha dado el resultado siguiente:  r₀ = 3H₀²/8pG = 1.879 h² 10^-29 g/cm³, que corresponde a una densidad tan baja la de la masa de 2 a 3 átomos de hidrógeno por metro cúbico (siempre, por supuesto obviando la incertidumbre en la constante de Hubble).

Estimar la cantidad de materia luminosa del universo es una cosa muy fácil de hacer. Sabemos el brillo que tiene una estrella media, así que podemos hacer una estimación de las estrellas de una galaxia distante. Podemos contar entonces el número de galaxias en un volumen dado de espacio y sumar las masas que encontramos. Dividiendo la masa por el volumen del espacio obtenemos la densidad media de materia en ese volumen. Cuando llevamos a cabo esta operación, obtenemos que la densidad de la materia luminosa es aproximadamente entre el uno o dos % menor de la densidad crítica; es decir, menos de lo que se necesita para cerrar el universo.

Se ha tratado de medir la Densidad Crítica del Universo para poder saber en qué clase de universo estamos y, parece que es plano, la DC calculada resulta ser cerca de la ideal para que el universo sea plano y, si es así, nunca se producirá un Big Crunch, la expansión nos llevaría hacia una muerte térmica que se produciría al llegar al cero absoluto, es decir, -273 ºC. Los Cosmólogos llaman Omega a la cantidad de materia del universo y según la que realmente tenga podría ser un universo plano, abierto o cerrado.

Por otro lado, está lo bastante cerca del valor crítico para hacer una pausa. Después de todo, esta fracción podría haber sido en principio de una billonésima o trillonésima, y también podría haber sucedido que fuese un millón de veces la materia necesaria para el cierre. ¿Por qué, entre todas las masas que podría tener el universo, la masa de materia luminosa medida está cerca del valor crítico? Es decir, del valor ideal para que estemos en un Universo plano.

Claro que el hecho de que la materia luminosa medida esté tan cercana al valor crítico, simplemente podría deberse a un accidente cósmico; las cosas sencillamente “resultan” de ese modo. Me costaría mucho aceptar una explicación y supongo que a otros también. Es tentador decir que el Universo tiene en realidad la masa crítica, pero que de algún modo no conseguimos verla toda.

Tratamos de estudiar por todos los medios a nuestro alcance, qué nasa tiene el Universo para saber si estamos en un universo plano, abierto o cerrado y conocer, en función de ello, el final que tendrá.

Como resultado de esta suposición, los astrónomos comenzaron a hablar de la “masa perdida” con lo que aludían a la materia que habría llenado la diferencia entre las densidades observadas y la crítica. Tales teorías de “masa perdida”, “invisible” o, finalmente “oscura”, nunca me ha gustado, toda vez que, hablamos y hablamos de ella, damos por supuesta su existencia sin haberla visto ni saber, exactamente qué es, y, en ese plano, parece como si la Ciencia se pasara al ámbito religioso, la fe de creer en lo que no podemos ver ni tocar y, la Ciencia, amigos míos, es otra cosa.

Los cosmólogos suponen que los cúmulos de galaxias están impregnados de “materia oscura”, esa especie de sustancia cósmica que se busca sin éxito, ya que, no hemos sido capaces hasta el momento de inventar ingenios que la puedan detectar al carecer (según se cree) del efecto de radiación que tiene la materia bariónica formada por protones y neutrones, es decir, por Quarks y Leptones. También los del LHC han tratado de buscar esas partículas supersimétricas que, según algunas teorías, forman la hipotética “materia oscura”, y, el resultado, ha sido nulo.

Tendremos que imaginar satélites y sondas que, de alguna manera, puedan detectar grandes halos galácticos que encierren la tan buscada “materia oscura” y que, al parecer, hace que nuestro Universo sea como lo conocemos y, es la responsable del ritmo al que se alejan las galaxias, es decir, la expansión del Universo. (Yo no descartaría el hecho de que, el ritmo de alejamiento de las galaxias se debe a que están siendo atraídas por la fuerza de Gravedad que genera un universo vecino).

Algunos postulan que la Vía Láctea está rodeada por un halo esférico de materia oscura (halo de materia oscura) que se muestran en azul en esta imagen artística.

Esos halos, tendrían muchas veces las masas que podemos ver en la Materia luminosa de las estrellas, planetas, galaxias y nosotros mismos. La teoría de la “materia oscura” y su presencia en cúmulos y supercúmulos ha sido “descubierta” (o inventada para tapar nuestra ignorancia) en época relativamente cercana para que prevalezca entre los astrónomos la unanimidad respecto a su contribución a la masa total del universo. El debate continúa, está muy vivo y, es el tema tan candente e importante que, durará bastante tiempo mientras algún equipo de observadores no pueda, de una vez por todas, demostrar que, la “materia oscura” existe, que nos digan donde está, y, de qué está conformada y como actúa. Claro que, cuando se haga la suma de materia luminosa y oscura, la densidad de la masa total del universo no será todavía mayor del 30% del valor crítico. A todo esto, ocurren sucesos que no podemos explicar y, nos preguntamos si en ellos, está implicada la “Materia oscura”, o, por el contrario, está tirando de nuestro Universo, otros universos vecinos.

Inusual colisión de enanas blancas y también, se ha podido detectar la más abarrotada colisión de cúmulos galácticos que han sido identificados al combinar información de tres diferentes telescopios. El resultado brinda a los científicos una posibilidad de aprender lo que ocurre con algunos de los más grandes objetos en el universo que chocan en una batalla campal cósmica de inusitada fuerza y descomunal emisión de energía.

Usando del Observatorio de rayos-X Chandra, el Telescopio Espacial Hubble y el Observatorio Keck de Hawai, los astrónomos fueron capaces de determinar la geometría tridimensional y el movimiento en el sistema MACSJ0717.5+3745 localizado a 5.4 mil millones de luz de la Tierra. Los investigadores encontraron que cuatro distintos cúmulos de galaxias están envueltos en una triple fusión, la primera vez que un fenómeno así es documentado.

La composición de imagen (arriba) muestra el cúmulo de galaxias masivo MACSJ0717.5+3745. El color del gas caliente está codificado con colores mostrar su temperatura. El gas más frío es mostrado como un púrpura rojizo, el gas más caliente en azul y las temperaturas intermedias en púrpura. Las repetidas colisiones en el cúmulo son causadas por una corriente de galaxias, polvo y “materia oscura” -conocida filamento- de 13 millones de años luz.

Se han obtenido Imágenes (MACSJ0717) que muestran cómo cúmulos galácticos gigantes interactúan con su entorno en escalas de millones de años luz. Es un sistema hermoso para estudiar cómo los cúmulos crecen mientras el material cae en ellos a lo largo de filamentos. Simulaciones por ordenador muestran que los cúmulos de galaxias más masivos deben crecer en regiones donde filamentos de gran escala de gas intergaláctico, galaxias, y materia desconocida intersectan, pero…

¿Cuál debe ser la Masa del Universo?

  Puede ser que algún día sepamos de manera exacta cuál es la masa del Universo y, si realmente, hay M.O.

Claro que la idea de masa perdida se introdujo porque la densidad observada de la materia del universo está cerca del valor crítico. Sin embargo, hasta comienzos de los ochenta, no se tuvo una razón teórica firme para suponer que el universo tenía efectivamente la masa crítica. En 1981, Alan Guth, publicó la primera versión de una teoría que entonces se ha conocido como “universo inflacionista”. Desde entonces, la teoría ha sufrido numerosas modificaciones técnicas, pero los puntos centrales no han cambiado.

Nuestra conversación de hoy, diremos que el aspecto principal del universo inflacionista es que estableció por primera vez una fuerte presunción de que la masa del universo tenía realmente el valor crítico. Esta predicción viene de las teorías que describen la congelación de la fuerza fuerte en el segundo 10^-35 del Big Bang. los otros muchos procesos en marcha en ese tiempo estaba una rápida expansión del universo, un proceso que vino a ser conocido como inflación. Es la presencia de la inflación la que nos lleva a la predicción de que el universo tiene que ser plano.

Abell 370 La lente gravitacional distorsiona la Imagen y nos enseña, a la derecha, algo que nos parece una inmensa cuerda cósmica , ¿que podrá ser en realidad? la materia a lo largo y ancho del universo se reparte de manera que, se ve concentrada en cúmulos de galaxias y supercúmulos que son las estructuras más grandes conocidas y, dentro de ellas, están todos los demás objetos que existen. Claro que, deajndo a un lado esas fluctuaciones de vacío y, la posible materia desconocida.

El proceso mediante el cual la fuerza fuerte se congela es un ejemplo de un cambio de fase, similar en muchos aspectos a la congelación del agua. el agua se convierte en hielo, se expande; una botella de leche explotará si la dejamos en el exterior en una noche de invierno de gélido frío. No debería ser demasiado sorprendente que el universo se expanda del mismo modo al cambiar de fase.

La distancia a una galaxia lejana se determina estudiando la luz proveniente de estrellas de tipo Cefeidas Variables. El espectro de la luz estelar revela la velocidad a la que se mueve la galaxia (Efecto Doppler) y la cantidad de expansión que ha sufrido el universo que la luz salió de su fuente.

Lo que es sorprendente es la enorme amplitud de la expansión. El tamaño del Universo aumentó en un factor no menor de 10⁵⁰. Este es tan inmenso que virtualmente no tiene significado para la mayoría de la gente, incluido yo mismo que, no pocas veces me cuesta asimilar esas distancias inconmensurables del Cosmos. Dicho de otra manera, pongamos, por ejemplo, que la altura de los lectores aumentara en un factor tan grande como ese, se extenderían de un extremo al otro del Universo y, seguramente, faltaría sitio. Incluso un sólo protón de un sólo átomo de su cuerpo, si sus dimensiones aumentaran en 10⁵⁰, sería mayor que el mismo universo. En 10^-35 segundos, el universo pasó de algo con un radio de curvatura mucho menor que la partícula elemental más pequeña a algo como el tamaño de una naranja grande. No es extraño que el inflación esté ligado a este proceso.

Comparación entre un modelo de expansión desacelerada (arriba) y uno en expansión acelerada (abajo). La esfera de referencia es proporcional al factor de escala. El universo observable aumenta proporcionalmente al tiempo. En un universo acelerado el universo observable aumenta más rápidamente que el factor de escala con lo que cada vez podemos ver mayor del universo. En cambio, en un universo en expansión acelerada (abajo), la escala aumenta de manera exponencial mientras el universo observable aumenta de la misma manera que en el caso anterior. La cantidad de objetos que podemos ver disminuye con el tiempo y el observador termina por quedar aislado del resto del universo.

Cuando ( mucho tiempo ya) leí por primera vez acerca del universo inflacionario, experimenté dificultades para poder asimilar el índice de inflación. ¿No violaría un crecimiento tan rápido las reglas impuestas por la relatividad de Einstien que marcaban el límite de la velocidad en el de la luz en el vacío? Si un cuerpo material viajó de un extremo de una naranja a otro en 10^-35 segundos, su velocidad excedió a la de la luz en una fracción considerable.

Claro que, con esto pasa como pasó con estos “veloces” neutrinos que, algunos decían haber comprobado que corrían más rápidos que la luz, y, sin embargo, todo fue un error de cálculo en el que no se tuvieron en algunos parámetros presentes en las mediciones y los aparatos que hacían las mismas.

Masa de Pan o el globo que se infla y las galaxias allí pintadas se separan a medida que el globo se hace más grande. En realidad, no serían las galaxias las que se mueven y expanden sino el mismo globo, o, explicado de otra manera:

Aquí, podría pasar algo parecido y, la respuesta la podemos encontrar en aquella analogía con la masa de pan. Durante el período de inflación es el espacio mismo -la masa de pan- lo que está expandiéndose. Ningún cuerpo material (acordaos que en aquella masa estaban incrustadas las uvas que hacían de galaxias y, a medida que la masa se inflaba, las uvas -galaxias- se alejaban las unas de las otras pero, en realidad, ninguna de estas uvas se mueven, es la masa lo que lo hace.

                               El Universo se expande

Las reglas contra los viajes a mayor velocidad que la de la luz sólo se aplican al movimiento del espacio. Así no hay contradicción, aunque a primera vista pueda parecer que sí. Las consecuencias del período de rápida expansión se pueden describir mejor con referencia a la visión einsteniana de la gravitación. de que el universo tuviera 10^-35 segundos de edad, es de suponer que había algún tipo de distribución de la materia. A cauda de esa materia, el espacio-tiempo tendrá alguna forma característica. Supongamos que la superficie estaba arrugada antes de que se produjera la inflación. Y, de esa manera, cuando comenzó a estirarse, poco a poco, tomó la forma que podemos detectar de “casi” plana conforme a la materia que contiene.

En todo esto, hay un enigma que persiste, nadie sabe contestar cómo, a pesar de la expansión de Hubble, se pudieron formar las galaxias. La pregunta sería: ¿Qué clase de materia estaba allí presente, para evitar que la materia bariónica no se expandiera sin rumbo fijo por todo el universo y, se quedara el tiempo suficiente para formar las galaxias? Todo ello, a pesar de la inflación de la que hablamos y que habría impedido su formación. Así que, algo tenía que existir allí que generaba la gravedad necesaria para retener la materia bariónica hasta que ésta, pudo formar estrellas y galaxias.

No me extrañaría que, eso que llaman “materia oscura”, pudiera ser como la primera fase de la materia “normal” que, estando en esa primera fase, no emite radiaciones ni se deja ver y, sin embargo, sí que genera la fuerza de Gravedad para que nuestro Universo, sea tal como lo podemos observar.

       En imágenes como estas , los “expertos” nos dicen cosas como:

“La materia oscura en la imagen de varias longitudes de onda de arriba se muestra en un falso color azul, y nos enseña detalles de como el cúmulo distorsiona la luz emitida por galaxias más distantes. En de gas muy caliente, la materia normal en falso color rojo, son fruto de los rayos-X detectados por el Observatorio de Rayois X Chandra que orbita alrededor de la Tierra.”

 

Algunas galaxias individuales dominadas por materia normal aparecen en colores amarillentos o blanquecinos. La sabiduría convencional sostiene que la materia oscura y la materia normal son atraídas lo mismo gravitacionalmente, con lo que deberían distribuirse homogéneamente en Abell 520. Si se inspecciona la imagen superior, sin embargo, se ve un sorprendente vacío de concentración de galaxias visibles a lo largo de la materia oscura. Una respuesta hipotética es que la discrepancia causada por las grandes galaxias experimentan algún efecto de “tirachinas” gravitacional.

Una hipótesis más arriesgada sostiene que la materia oscura está chocándo consigo misma de alguna forma no gravitacional que nunca se había visto antes..? (esto está sacado de Observatorio y, en el texto que se ha podido traducir podemos ver que, los astrónomos autores de dichas observaciones, tienen, al menos, unas grandes lagunas en sus explicaciones y, tratándo de taparlas hacen aseveraciones que nada tienen que ver con la realidad).

emilio silvera

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Sí, este ha sido el año aciago del Brexit y Donald Trump, el año en que Europa ha consolidado su desprestigio y la población siria ha sido masacrada por su propio Gobierno con la ayuda de otros, en que la xenofobia, el nacionalismo y la miopía se han impuesto sobre la razón práctica, en que el autoritarismo se ha extendido por Hungría y Polonia como una plaga medieval, el año en que el paro y la pobreza se han instalado entre nosotros con la espontaneidad de una catástrofe natural. Y en que las únicas buenas noticias han provenido de la ciencia. En mitad del caos y la desesperanza, el conocimiento ha progresado con más firmeza que nunca. Aferrémonos a eso como a una ascua ardiendo.

Llevamos décadas oyendo que, si el XX fue el siglo de la física, el XXI lo sería de la biología. Pero lo cierto es que la física goza en nuestros días de mejor salud que nunca. El mayor descubrimiento de 2016, según un consenso difícil de cuestionar, ha sido el de las ondas gravitatorias, una predicción de la relatividad general de Einstein que el propio Einstein consideró imposible de confirmar.

Ha hecho falta un siglo, la colisión de dos agujeros negros gigantescos y un sistema de detección (el LIGO) que se cuenta entre las obras más brillantes y refinadas del intelecto humano, pero el fenómeno se ha confirmado por encima de toda duda razonable. La gravedad no es una fuerza instantánea, como pensó Newton, sino que se propaga en forma de ondulaciones del espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz, como predijo Einstein. Es un paso de gigante en el conocimiento que, como es habitual, abrirá un nuevo continente de exploración y progreso.

Proceso por el que el sistema CRISPR/Cas9 inactiva virus e integra parte de sus secuencias en el genoma de la bacteria.

Pero también es cierto que la biología está en un momento espléndido, y sobre todo en dos campos que prometen aplicaciones clínicas a medio plazo: la edición genómica y la reprogramación de células. En el primer caso, la estrella se llama CRISPR, y consiste en un sistema tan simple, eficaz y versátil que ha puesto la modificación del genoma humano (y de cualquier otro) al alcance de cualquier laboratorio de genética del planeta; su primera aplicación, sometida ya a una investigación muy activa, será sin duda la corrección de las mutaciones que causan las enfermedades raras: una forma por fin eficaz de terapia génica. En segundo lugar, la reprogramación de células –retrasar el reloj de una vulgar célula de la piel para convertirla en una célula madre— está logrando progresos espectaculares en la reparación de lesiones y el retraso del envejecimiento.

              Sí, el Ordenador vence al campeón

Pero este año no se puede hablar solo de física y biología, porque la inteligencia artificial ha irrumpido con poderío en la actualidad científica y tecnológica. Drones, robots y automóviles, por no hablar de teléfonos, relojes y casi cualquier otra cosa, exhiben ya notables habilidades cognitivas: hacen cosas que serían consideradas inteligentes si las hubiera hecho un humano (así definió la inteligencia artificial uno de sus creadores, el gran Marvin Minsky, que murió en enero de este año). Y los ordenadores se han hecho en 2016 con el título mundial de Go, una proeza mucho más espectacular que aquella de ganar a Kaspárov al ajedrez. Las discusiones filosóficas sobre la inteligencia de las máquinas parecen haberse enranciado de forma definitiva.

El conocimiento ha seguido progresando entre la mediocridad política y el malestar social. Naturalmente, esto no tiene por qué seguir siendo así. Ya el Brexit puede constituir un lastre notable para la ciencia británica, y los planes xenófobos de Trump pueden convertirse en un escollo formidable para la norteamericana, pues buena parte de los grandes científicos de ese país son inmigrantes. Pero, de momento, 2016 ha ido bien para la ciencia. Es un consuelo.

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