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

“Las unidades de Planck o unidades naturales son un sistema de unidades propuesto por primera vez en 1899 por Max Planck. El sistema mide varias de las magnitudes fundamentales del universo: tiempo, longitud, masa, carga eléctrica y temperatura. … El uso de este sistema de unidades trae consigo varias ventajas.”

Al dar valor 1 a las cinco constantes fundamentales, las unidades de tiempo, longitud, masa, carga y temperatura se definen así:

En estas ecuaciones se significa el Límite de Planck, la Masa de Planck, el Tiempo de Planck y la Temperatura de Planck

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

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

Transmitir información a la velocidad de la luz

“El idioma ya no sería una barrera para el mundo. Travis, es un dispositivo parecido a un control remoto que conectado a Internet puede traducir hasta 80 idiomas y 20 sin conexión. Pero no es el único, también está Pilot, de la compañía Waverly Labs. Esto avance tecnológico acerca más a las personas sin importar su idioma.”

Seguimos dando pasos importantes hacia un futuro que… ¡Ni podemos imaginar!

Los límites últimos que podemos esperar para el almacenamiento y los ritmos de procesamiento de la información están impuestos por las constantes de la naturaleza. En 1.981, el físico israelí, Jacob Bekenstein, hizo una predicción inusual que estaba inspirada en su estudio de los agujeros negros.  Calculó que hay una cantidad máxima de información que puede almacenarse dentro de cualquier volumen. Esto no debería sorprendernos. Lo que debería hacerlo es que el valor máximo está precisamente determinado por el área de la superficie que rodea al volumen, y no por el propio volumen. El número máximo de bits de información que puede almacenarse en un volumen viene dado precisamente por el cómputo de su área superficial en unidades de Planck. Supongamos que la región es esférica. Entonces su área superficial es precisamente proporcional al cuadrado de su radio, mientras que el área de Planck es proporcional a la longitud de Planck al cuadrado, 10^-66 cm².  Esto es muchísimo mayor que cualquier capacidad de almacenamiento de información producida hasta ahora. Asimismo, hay un límite último sobre el ritmo de procesamiento de información que viene impuesto por las constantes de la naturaleza.

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

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

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

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

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

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

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

 

 

Emisión estimulada (en la cual los fotones se “clonan” a sí mismos) fue predicho por Einstein en su derivación de E=hν, y condujo al desarrollo del láser.

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Las fuerzas fundamentales

Todos estos conceptos que hemos repasado más arriba nos lleva a pensar que, con el Tiempo, si no lo estropeamos nosotros mismos, nuestra especie puede llegar a desentrañar grandes secretos que aún permanecen escondidos en lo más profundo de la niebla que nos impide ver y que llamamos… ¡Ignorancia!

emilio silvera

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Nos embarga una ilusión, una esperanza, y, al mismo tiempo, un temor: ¿Estaremos sólos? Y, si no lo estamos, ¿cómo serán esos otros mundos y que criaturas los pueblan? ¿Si alguna vez llegamos allí, seremos tan destructivos como lo hemos sido aquí en la Tierra? ¡Esperemos que no! Y, sobre todo, en ese primer contacto, ¿Sabremos comportarnos y respetar sus derechos?

Por otra parte, también sentimos el temor de que sean ellos los que vengan a nosotros (lo que denotaría que están más avanzados), y, no sabemos con qué intenciones se habrían dirigido a nuestro mundo. Ya nos advirtió Steven Hawking de este peligro latente.

Ya pudimos tener una muestra de cómo somos en aquel mundo llamado Pandora en el que, la película nos escenificaba la invasión terrestre buscando la riqueza del planeta a costa de acabar con la forma de vida de aquellas fascinantes criaturas.

Fascinantes criaturas de exóticas bellezas que nos podrían estar esperando, en un futuro lejano, en esos mundos soñados que tantas veces hemos podido imaginar. Es difícil saber qué comportamiento tendremos con ellos si eso llega a suceder, sin embargo, el ejemplo que nos deja la película a la que pertenecen estas fotografías, en verdad, no es muy alentador ni dice mucho en favor de nosotros que, irrumpimos por la fuerza en un planeta extraño y, violando todas las reglas, pasamos por encima de los derechos de otros para conseguir nuestros objetivos. ¿La Civilización que ocupa el planeta? ¿Qué importa? Si hay que destruirla para conseguir nuestros fines… ¡Adelante!

La fuerza bruta que siempre acompaña a la falta de inteligencia, es la única salida para seres  de cuya racionalidad, podríamos dudar sin el menor temor a equivocarnos. Destruir nunca será el camino más conveniente. Si respetamos seremos respetados. Sobre todo, no podemos llegar a nuevos lugares pretendiendo imponer nuestras costumbres y nuestras reglas. En esos otros lugares donde existen seres que tienen su propia forma de vivir, se impone, sobre todo, que supeditemos nuestro comportamiento a su propias reglas a su propio mundo. Los extraños allí, seremos nosotros. Ellos, a diferencia de nuestra Civilización Terrestre. sí han sabido convivir con su entorno, han creado una especie de simbiosis que une a los seres de su mundo, sean seres racionales o plantas, hasta el punto de poder comunicarse entre ellos en un alta grado de compenetración que va mucho más allá de lo físico.

En esos otros Mundos de Paisajes Idílicos (también la Tierra los tiene), pueden vivir seres que han optado por otras maneras de vivir, más conectados con la Naturaleza a la que respetan y comprenden al ser conscientes de que ellos mismos, forman parte de ella.

Si algún día conseguimos llegar a uno de esos Mundos y no sabemos respetar lo que allí nos podamos encontrar, entonces, habrá que repudiar a la especie Humana. Una Especie que habiendo evolucionado durante muchos miles de años, en realidad, hasta el  momento presente, aprendió poco, muy poco de la esencia de la vida y de los verdaderos valores de la Naturaleza misma que, nos envía mensajes que no sabemos o no queremos escuchar.

NUnca hemos sido buenos administradores de nuestro mundo, y, sin tener en cuenta que nos ha ofrecido todo aquello que pudimos necesitar, le hemos pagado esquilmando los bosques y contaminando sus ríos y océanos. En realidad, seguimos siendo una especie “algo” salvaje. Por otra parte, se puede pensar que, precisamente por ser como somos… ¡Hemos podido llegar hasta aquí!

Una de las cuestiones que podrían ser importantes para nosotros, si llegamos a ese momento crucial de conocer a otros seres habitantes de planetas más allá de nuestro Sistema Solar e incluso, de otras galaxias, es la de tratar de comprender que, la Belleza puede estar en todas partes y, aunque para nosotros, en ciertas circunstancias pudiera parecer extraña o diferente, tendremos que tratar de comprenderla. No debemos extrañarnos de encontrar seres que, morfológicamente sean muy diferentes a nosotros. Lo importante es que tengan una Mente que, como la nuestra, sepan comprender que son, en definitiva, como nosotros mismos,  simples pobladores de un Universo “Infinito”.

Este ejemplo al que hoy nos hemos agarrado para poder hablar del tema, es el de una simple película inventada por la Imaginación humana pero que, sin duda alguna, podría ser una premonición de lo que en el futuro nos podremos encontrar.

La historia que narran, desde el principio, nos pone a favor de los habitantes de ese Mundo agredido y de sus habitantes, hasta tal punto es así que muchos de los terrestres que visitan aquél planeta, no dudan, en dar sus propias vidas por preservar aquel mundo de fantasía real, donde seres muy especiales, conviven con su mundo y hablan con él, consumen sólo lo que necesitan y no matan por matar. Respetan hasta extremos increíbles todo lo que, para ellos, supongas formas de vida sea cual pudiera ser la manera elegida para representarla. ¡Qué envidia me dan!

Tendremos que aprender a mirar más allá de la superficie, a entender los mensajes que nos envían la mirada de esos nuevos y exóticos seres y, sobre todo, tratar de comprender su mundo, sus maneras para poder respetarlas y hacernos acreedores, nosotros también a su respeto.

Podríamos empezar un aprendizaje de comportamiento entrenándonos con los mismos seres vivos de nuestro mundo a los que no siempre les damos el trato que deberíamos.

           ¡Quién pudiera ser uno de los afortunados que, en el futuro, visitarán algunos de esos Mundos!

Nos quedan muchos muros por derribar, muchas puertas que abrir para las que aún, no poseemos ni las llaven que las pueden abrir, y, sobre todo, para que eso llegue y sea una realidad, lo más importante será que, en nosotros, en nuestro interior, cambien muchas cosas.

Me gustaría que el primer encuentro no fuese aquí en la Tierra, que los visitantes fuésemos nosotros y, como antes digo, espero que para entonces, la Humanidad sea otra.

emilio silvera

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El concepto de vecindad es relativo e indefinido. Su valor puede variar según sean las distintas medidas de celeridad de los medios habituales de comunicación y según sea la extensión dentro de la cual sirva de medida de relación.

Con el empleo de la expresión “vecina” va siempre implícita o sugerida la idea de que existe una región que no es vecina. La vecina persistente de la Tierra es la Luna; los cometas son sólo visitantes ocasionales. Podemos considerar vecinas del Sol a las estrellas situadas a una distancia comprendida entre los cincuenta y cien años-luz, dejando excluidos a los miles de millones de estrellas de la Vía Láctea. Los planetas y los cometas no son vecinos del Sol, sino miembros de su familia, y los bólidos serían una especie de parásitos cósmicos.

Pero mi intención al comenzar este comentario, era el de exponer aquí alguno de los muchos caprichos cósmicos que en el Universo podemos contemplar y, en este caso concreto, me he decidido por contaros lo siguiente:

R LEPORI

Aquí tenemos a R Leporis, una estrella de Carbono a la que se puso el nombre de la “Estrella Carmesí”, o, la “Gota de Sangre”. R Leporis (R Lep / HD 31996 / HR 1607) es una estrella variable de la constelaciónde Lepus, cerca del límite con Eridanus. Visualmente es una estrella de un color rojo vívido, cuyo brillo varía entre magnitud aparente +5,5 y +11,7. Descubierta por John Russell Hind en 1845, es también conocida como Estrella carmesí de Hind. A una distancia aproximada de 1100 años luz, R Leporis pertenece a la rara clase de estrellas de carbono, siendo su tipo espectral C6. En estas estrellas, los compuestos de carbono no permiten pasar la luz azul, por lo que tienen un color rojo intenso. En R Leporis la relación carbono–oxígeno estimada es 1,2, más del doble que la existente en el Sol. Tiene un radio entre 480 y 535 veces más grande que el radio solar, equivalente a 2,2 – 2,5 UA. Si estuviese en el centro del Sistema Solar, su superficie se extendería más allá de la órbita de Marte. Su temperatura superficial, extremadamente baja para una estrella, está comprendida entre 2050 y 2290 K. Brilla con una luminosidad entre 5200 y 7000 veces superior a la del Sol, siendo la mayor parte de la energía radiada como radiación infrarroja.

Como nos dice más arriba Wilipedia, cerca de la famosa estrella Rigel (Beta Orionis), la débil constelación de Lupus (la Liebre) es escenario cada catorce meses de un prodigio de la evolución estelar: R Leporis, la estrella carmesí, cobra vida y regala a los astrónomos toda su belleza al encender en la oscuridad del cielo el resplandor de color rojo más acentuado que puede observarse a través de un telescopio. La encontró el astrónomo inglés John Russell Hind en el año 1845 y dijo de ella, estupefacto, que era como una “gota de sangre”. Desde aquel día, el espectáculo celeste se repite periódicamente cada año y dos meses, cuando R Leporis abandona la oscuridad y resplandece como un candil en un área del firmamento casi vacía de estrellas que contrasta con el fulgor de los soles azules que forman la constelación de Orión.

R Leporis es una estrella de Carbono y constituye uno de esos caprichos cósmicos a los que antes me refería y que han permitido al hombre percibir la magia de los cielos y buscar en ellos la belleza de sus orígenes. La ausencia de colores intensos de las que adolece el firmamento se rompe aquí para deleite del observador nocturno, que asistía a un acontecimiento de la Naturaleza extensivo a miles de millones de estrellas y que en el siglo XVII asombró al científico alemán Johannes Hevelius.

A diferencia del Sol y de las estrellas de su clase, que permanecen estables, el brillo de una gran parte de la población estelar es variable, y en algunos casos su ciclo hace oscilar espectacularmente su intensidad lumínica ante nuestros ojos. En R Leporis, más que sus cambios de brillo, la faceta más hermosa es su tonalidad roja, una de las más intensas que puede observarse en todo el cielo, pero otras variables tienen un ciclo que las hace apagarse y encenderse como si fueran faros en la Vía Láctea. Ese es el caso de Mira, a la que Hevelius llamó “la estrella maravillosa” después de que apareciera en el cielo como por arte de magia.

Mira es el nombre propio que Hevelius le puso a esta estrella, cuya denominación original en el catálogo de Johann Bayer, basado en el alfabeto griego, era Omicrón Ceti, es decir, la estrella omicrón de la constelación de Cetus, la Ballena. Su variabilidad fue descubierta en 1596 por David Fabricius, pero Hevelius se sintió tan atraído por ella que le dedicó un libro, que tituló Historia de la estrella maravillosa. Realmente lo es; el brillo de Mira disminuye hasta la magnitud 11, invisible a ojo desnudo y sólo observable con telescopio como un débil punto de luz, pero al cabo de un tiempo su gigantesca máquina nuclear la hincha vertiginosamente y se convierte en una estrella de segunda magnitud, alcanzando un brillo notable, similar al de la estrella polar. Por eso, cuando está en la parte inferior del ciclo, Mira no puede verse sin ayuda óptica, pero después surge entre las demás estrellas de su constelación, como si se hubiera encendido de repente.

Imagen de Mira obtenida con el Telescopio Espacial Hubble

Mira pertenece a la clase espectral M, la misma que Antares y Betelgeuse. Las tres son estrellas muy frías en comparación con el Sol, ya que su temperatura es del orden de los 3000 grados. Sin embargo, Mira, Betelgeuse y Antares son decenas de miles de veces más luminosas que el Sol, puesto que figuran entre las estrellas más grandes conocidas, alcanzando diámetros de unos ochocientos millones de kilómetros, equivalentes a la distancia a la que se halla Júpiter del Sol. Estas tres gigantes, sin embargo, comparten sus atributos relativos a la clase espectral con las estrellas representativas del polo opuesto: las enanas rojas, como la estrella de Barnard y Próxima Centauri. Todas se muestran ante nosotros con el bello color rojizo, pero la gigante Betelgeuse es una estrella inestable a la que los astrónomos consideran una de las mejores candidatas de la Vía Láctea para estallar en cualquier momento en forma de supernova; puede ocurrir mañana o dentro de mil años, pero Betelgeuse está destinada a un final cataclísmico que se observará alguna vez. En cambio Barnard y Próxima, dos diminutos soles rojos, viven en la eternidad, al ser tan frías y pequeñas podrían permanecer en sus condiciones actuales en torno a doscientos mil millones de años, de acuerdo con la teoría aceptada de la evolución estelar para este tipo de bajo consumo de material nuclear.

Mucho antes de que Russell descubriera la estrella carmesí y Johannes Hevelius quedara fascinado por Mira, la estrella maravillosa, los astrónomos árabes se fijaron en una estrella de la constelación de Perseo que cambiaba de brillo cada tres días, con una pauta muy regular y acentuada. Los árabes escribieron una de las escasas páginas destacadas de la astronomía medieval, paliando de alguna manera la importante decadencia que sufrió esta ciencia en ese período en Europa y el Mediterráneo en el periodo comprendido entre Ptolomeo y Copérnico, que duró un milenio y medio.

Bueno, hablar aquí de las estrellas que conocemos bien y de sus historias resulta entretenido y nos enseña un poco de la Historia estelar en objetos individuales y determinados que, por una u otra razón tienen destacadas razones para que los astrónomos se fijaran en ellos. Alguno de estos días, tendremos que hablar de Eta Carinae, otra variable irregular hipergigante, que llegó a ser la segunda estrella más brillante del cielo. Es una variable azul luminosa con magnitud absoluta de -10, y es clasificada oficialmente como una estrella S Doradus. Se encuentra dentro de un cúmulo de estrellas masivas y una masa estimada en 100 masas solares, es probablemente la estrella más masiva de la Galaxia. El único espectro visible es el de la Nebulosa del Homúnculo que la rodea. Eta Carinae es una intensa fuente infrarroja y su importante pérdida se masa (alrededor de 0,1 masas solares por año) tiene asociadas energías próximas a las de algunas supernovas y, teniéndola a unos 8000 años-luz, lo mejor será estar vigilante, ya que, aunque son distancias inmensas…Nunca se sabe lo que un monstruo de ese calibre nos podría enviar.

emilio silvera

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Por qué las placas tectónicas y sus movimientos son indispensables para la vida

Si nuestro planeta fuera una roca fría e inamovible, la vida probablemente no existiría

Incluso si le sacás a todos sus habitantes, la Tierra aún seguiría “viva”. Su núcleo líquido se mueve, generando un campo magnético que envuelve al planeta. Los volcanes en erupción vomitan gases y pavimentan nuevas tierras con lava fresca.

La superficie terrestre es un rompecabezas de placas del tamaño de continentes que se empujan, se rozan y chocan entre sí, generando poderosos procesos que forman montañas y transforman paisajes.

Y el metabolismo geológico del planeta -especialmente el dinamismo de sus placas tectónicas- es también responsable de hacerlo habitable. Si el planeta fuese una roca espacial fría, muerta e inerte, probablemente la vida como la conocemos no podría existir.

Otros mundos en el Sistema Solar tienen superficies antiguas con marcas de cráteres de millones o incluso miles de millones de años. Sin embargo, sobre la Tierra, las placas tectónicas se desplazan y se deslizan, renovando constantemente su superficie. En las dorsales oceánicas el magma se eleva, formando una nueva corteza al separar dos placas.

                                                       La Tierra es un mosaico de placas tectónicas

Cuando dos placas se presionan entre sí, una sección de una puede quedar bajo la otra. Ese proceso puede cavar trincheras oceánicas profundas o inducir erupciones volcánicas. Y a veces, como en los Himalayas, las placas continentales chocan entre sí y, al no tener otro destino, construyen montañas.

Proceso vital

Todo eso es esencial para que haya vida sobre la Tierra. Esos procesos llevan carbono dentro y fuera del interior del planeta, regulando la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera, un gas con efecto invernadero. Cuando hay demasiado, la atmósfera atrapa mucho calor.

“La temperatura de la superficie aumenta y la Tierra finalmente se convierte en un planeta como Venus“, dice Jun Korenafa, geofísico de la Universidad de Yale, EE.UU. Y si hay demasiado poco, todo el calor se escaparía dejando al planeta inhóspito y frío.

El ciclo de carbono, por lo tanto, actúa como un termostato global, regulándose a sí mismo cuando es necesario (aunque no toma en cuenta el exceso de dióxido de carbono que está causando el cambio climático por la actividad humana).

Europa, la luna de Júpiter, es un fuerte contendor al título de espacio extraterrestre en el que puede haber vida.

Un clima más cálido también genera más lluvia, que ayuda a extraer más dióxido de carbono fuera de la atmósfera. El gas se disuelve en gotas que caen sobre la roca expuesta y las consecuentes reacciones químicas liberan el carbono y minerales como el calcio.

El agua entonces fluye a través de ríos y riachuelos, hasta alcanzar finalmente el océano donde el carbono forma rocas carbonatadas y objetos orgánicos como conchas marinas. El carbonato se sedimenta en el fondo marino sobre una placa tectónica que queda bajo subducción, llevando el carbono al interior de la Tierra.

Entonces, los volcanes escupen el carbono de vuelta a la atmósfera en forma de dióxido de carbono. Después de cientos de millones años, el ciclo finalmente se termina.

Actividad tectónica

Y no solo la subducción devuelve el carbono al manto terrestre: la actividad tectónica también lleva rocas frescas a la superficie que, expuestas, son cruciales para las reacciones químicas que liberan minerales.

Las montañas, formadas de placas tectónicas, canalizan el aire hacia arriba, donde se enfría, se condensa y forma gotas de lluvia que ayudan a extraer el carbono de la atmósfera.

            Si no tuviera placas tectónicas la Tierra sería un lugar caliente e inhóspito, como Venus.

Luego están los volcanes. “La placas tectónicas ayudan a mantener el vulcanismo activo por mucho tiempo”, dice Brad Foley, un geofísico de la Universidad de Penn State, EE.UU.

“Si el vulcanismo no devolviera el dióxido de carbón a la atmósfera, el planeta podría quedar muy frío“. Y mantener un clima cálido es clave para un planeta habitable.

Placas y diversidad

Hay estudios que sugieren, por ejemplo, que la erosión y los procesos de meteorización eliminan de la roca elementos como el cobre, el zinc y el fósforo, llevándolos hasta el mar.

Son nutrientes importantes para organismos como el plancton y podrían haber sido responsables de estallidos de diversidad como la explosión cámbrica ocurrida hace 540 millones de años.

Hay pruebas que también sugieren que períodos de poca erosión -con menos nutrientes disponibles en el océano- coincidieron con eventos de extinción masiva. Al desplazar continentes, las placas tectónicas también podrían haber creado diversos hábitats que impulsaron la evolución de la vida.

Y son también responsables de los respiradores hidrotermales sobre el lecho marino. Cerca del borde de una placa, el agua del mar puede filtrarse en las grietas, donde el magma las calienta a cientos de grados, expulsando el agua caliente de vuelta al océano.

Esos respiradores albergan diversos ecosistemas y algunos científicos sugieren que unas fuentes similares dieron origen a las primeras formas de vida sobre la Tierra.

Los movimientos constantes de las placas pueden incluso desempeñar un rol en el campo magnético terrestre, que podría haber actuado como un escudo, impidiendo que el viento solar arrancara la atmósfera.

¿Placas y vida extraterrestre?

Los astrónomos calculan que hay hasta cien mil millones de planetas en la galaxia. Y muchos del tamaño de la Tierra están dentro de la llamada zona habitable de su estrella, la región donde no hace demasiado calor, ni demasiado frío para que potencialmente exista agua líquida sobre la superficie.

                                        Las placas tectónicas también hacen otras contribuciones.

Estar en la zona habitable y tener agua líquida son los factores más importantes para determinar si puede existir vida sobre un planeta. Pero después de eso, otras características, como las placas tectónicas, entran en juego, dice Norm Sleep, geofísico de la Universidad de Stanford, EE.UU.

Sleep dice que si un planeta las tiene, “la habitabilidad aumentaría enormemente”. Todo eso es, obviamente, especulativo,ya que la Tierra es el único ejemplo conocido de mundo habitable y con placas tectónicas. Algunos investigadores dicen que incluso puede que no hayan sido necesarias para que hubiese vida en la Tierra.

En 2016, Craig O’Neill, un científico planetario de la Universidad Macquarie en Sídney, Australia, desarrolló modelos informáticos que sugieren que no había placas tectónicas en el pasado distante del planeta, ni siquiera cuando la vida se originó hace 4.100 millones de años.

Sin embargo, otros investigadores señalan que esa conclusión es prematura. “Hay que tomar cualquier predicción sobre los inicios de la Tierra con pinzas”, señala Foley.

Geología y biología

                        Las ventosas hidrotermales son el hogar de diversos ecosistemas.

Sleep apunta que “esos ciclos geológicos están haciendo más habitable a la Tierra”, pero agrega que la biología también es importante. “La vida ha tenido 4.000 millones de años para evolucionar rasgos que se adaptan a sí mismos a la vida sobre un planeta con placas tectónicas”, dice.

Pero incluso si fuesen necesarias para la vida, los astrónomos probablemente no podrían determinar si un planeta las tiene. Los que están fuera del Sistema Solar son muy distantes y es virtualmente imposible medirlas sobre otros planetas.

                         Miles de exoplanetas han sido descubiertos hasta ahora.

“Apenas las detectamos sobre nuestro planeta y estamos parados sobre ellas”, resalta Lindy Elkins-Tanton, científica planetaria de la Universidad del Estado de Arizona, EE.UU.

Las placas tectónicas constituyen uno de muchos factores que pueden influenciar la habitabilidad y puede que los científicos no logren determinar la fórmula para la vida hasta que descubran, efectivamente, seres extraterrestres. Pero, mientras tanto, la Tierra seguirá siendo el único mundo verdaderamente vivo.

emilio silvera

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Vista del Gran Colisionador de Hadrones del CERN – AP Photo

El experimento, que complementará las búsquedas ya existentes en el LHC, estará operativo en 2021.

En 2012 la Física llegó a una de las cotas más altas de su historia: el descubrimiento del bosón de Higgs, la «última partícula» que quedaba por descubrir para completar el Modelo Estándar de la Física. Sin embargo, esta teoría, que ha servido durante décadas como guía a las investigaciones y describe todas las partículas que forman la realidad, no puede explicarlo todo. Por ejemplo, le queda lejos la naturaleza cuántica de la gravedad o el origen de la materia y la energía oscuras.

Para arrojar algo de luz acerca de esta fracción oscura del Universo, el CERN –Organización Europea para la Investigación Nuclear, el mismo organismo responsable del hallazgo del escurridizo bosón de Higgs- ha aprobado un nuevo experimento diseñado para buscar partículas ligeras y de interacción débil, asociadas con la materia oscura. Así, FASER (Forward Search Experiment) complementará el programa de física en curso del CERN, desarrollado a través del Gran Colisionador de Hadrones (LHC por sus siglas en inglés), extendiendo su potencial de descubrimiento a varias nuevas partículas.

Los inconvenientes de la materia oscura

El gráfoco y la literatura que lo sigue es un complemento al artículo de prensa.

“Fermi y PAMELA. Fermi, el telescopio espacial de rayos gamma de la NASA ha observado una señal de rayos gamma compatible con un exceso de positrones (la antipartícula del electrón) en los rayos cósmicos. PAMELA, el satélite de rayos cósmicos europeo observó en 2008 un exceso de positrones en los rayos cósmicos. Por tanto, Fermi confirma la observación de PAMELA. Los físicos de PAMELA creen que su exceso de positrones es debido a la aniquilación de la materia oscura del halo galáctico de la Vía Láctea, en concreto, el espectro de energía observado apunta a una partícula tipo WIMP con una masa de unos 100 GeV. Sin embargo, las observaciones de Fermi presentan un espectro de energía que alcanza hasta 200 GeV, mucho más allá de los 100 GeV e incompatible con los modelos actuales para la materia oscura del halo galáctico. O bien estos modelos están equivocados, o bien Fermi desmiente la interpretación de PAMELA y el exceso de positrones tiene un origen diferente a la materia oscura.”

Si la materia oscura está ahí presente… ¿Quién puede saberlo?

El problema de la materia oscura es que se trata de una sustancia hipotética que no interactúa con la fuerza electromagnética y, por lo tanto, no puede detectarse directamente utilizando la luz emitida. La evidencia astrofísica muestra que la materia oscura constituye aproximadamente el 27% del Universo, pero hasta ahora no se ha podido observar. Por ello, FASER se centrará e la búsqueda de un conjunto de partículas hipotéticas que incluyan los llamados «fotones oscuros», partículas asociadas con la materia oscura, neutralinos y otros.

«Este nuevo experimento ayuda a diversificar el programa de física de colisionadores como el LHC, y nos permite abordar preguntas sin respuesta en física de partículas desde una perspectiva diferente», explica en un comunicado Mike Lamont, co-coordinador del grupo de estudio PBC (Physics Beyond Collider), que supervisa FASER.

Buscando «productos de descomposición»

Tratan de encontrar las partículas exóticas que se cree componen la materia oscura

Los cuatro detectores principales de LHC no son adecuados para detectar la luz y las partículas que interactúan débilmente y que podrían producirse paralelas a la línea del haz. Pueden viajar cientos de metros sin interactuar con ningún material antes de transformarse en partículas conocidas y detectables, como electrones y positrones. Las partículas exóticas escaparían de los detectores existentes a lo largo de las líneas de haz actuales y permanecerían sin ser detectadas.

Por lo tanto, FASER se ubicará a lo largo de la trayectoria del haz dentro del experimento ATLAS. Aunque los protones en los haces de partículas serán doblados por los imanes alrededor del LHC, las partículas ligeras, que interactúan muy débilmente, continuarán a lo largo de una línea recta y sus «productos de descomposición» podrán ser detectados por FASER.

Imagen esquemática del detector FASER planeado como se verá en el túnel de la TI12 – CERN

Listo para 2021

Se trata de un detector que medirá menos de 5 metros de largo y cuya estructura cilíndrica central tendrá un radio de unos 10 centímetros. En cuanto a su construcción, tendrá lugar en un lateral del LHC. Para permitir que FASER se construya de una manera rápida y asequible, utilizará piezas de detector de repuesto donadas de los experimentos ATLAS y LHCb.

El experimento se instalará durante el periodo de descanso del acelerador en curso y comenzará a tomar datos durante la fase 3 de operación entre 2021 y 2023.

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