En física cuántica, la fluctuación cuántica es un cambio temporal en la cantidad de energía en un punto en el espacio como resultado del Principio de Incertidumbre que imaginó Werner Heisenberg. De acuerdo a una formulación de este principio energía y tiempo se relacionan de la siguiente forma:

Esto significa que la conservación de la energía puede parecer violada, pero sólo por breves lapsos. Esto permite la creación de pares partícula-antipartícula de partículas virtuales. El efecto de esas partículas es medible, por ejemplo, en la carga efectiva del electrón, diferente de su carga “desnuda”. En una formulación actual, la energía siempre se conserva, pero los estados propios del Hamiltoniano no son los mismos que los del operador del número de partículas, esto es, si está bien definida la energía del sistema no está bien definido el número de partículas del mismo, y viceversa, ya que estos dos operadores no conmutan.

                      Las fluctuaciones del vacío entre una esfera y una superficie plana

En un estudio realizado por un equipo de físicos con avanzados aparatos, han hallado un resultado del que nos dicen:

La materia se construye sobre fundamentos frágiles. Los físicos acaban de confirmar que la materia, aparentemente sustancial, es en realidad nada más que fluctuaciones en el vació cuántico. Los investigadores simularon la frenética actividad que sucede en el interios de los protones y neutrones, que como sabéis son las partículas que aportan casi la totalidad de la masa a la materia común.

Cada protón (o neutrón) se compone de tres quarks – véase ilustración – pero las masas individuales de estos quarks apenas comprenden el 1% del total de la masa del protón ¿Entonces de dónde sale el resto? La teoría sostiene que esta masa es creada por la fuerza que mantiene pegados a los quarks, y que se conoce como fuerza nuclear fuerte.  En términos cuánticos, la fuerza fuerte es contenida por un campo de partículas virtuales llamadas gluones, las cuales irrumpen aleatoriamente en la existencia para desaparecer de nuevo. La energía de estas fluctuaciones del vacío debe sumarse a la masa total del neutrón y del protón.

 

 

En nuestras mentes se acumulan signos y fórmulas que quieren ser los exponentes de la verdadera razón y origen de la materia pero… ¡Estaremos acertando!

Tiene y encierra tantos misterios la materia que estamos aún y años-luz de y conocer sobre su verdadera naturaleza. Es algo que vemos en sus distintas formas materiales que configuran y conforman todo lo material desde las partículas elementales hasta las montañas y los océanos. Unas veces está en estado “inerte” y otras, se eleva hasta la vida que incluso,  en ocasiones, alcanza la consciencia de SER. Sin embargo, no acabamos de dilucidar de dónde viene su verdadero origen, su esencia,  lo que era antes de “ser” materia. ¿Existe acaso una especie de sustancia cósmica anterior a la materia? Y, si realmente existe esa sustancia… ¿Dónde está?

Claro que hemos llegado a saber que las llamadas fluctuaciones del vacío son oscilaciones aleatorias, impredecibles e ineliminables de un campo de fuerza (electromagnético o gravitatorio) que son debidas a un “tira y afloja” en el que pequeñas regiones del espacio toman prestada, momentáneamente, energía de regiones adyacentes y luego las devuelven. Pero…

– ¿Qué regiones adyacentes?

Acaso universos paralelos, acaso defomraciones del espacio-tiempo a escalas microscópicas, micros agujeros negros que pasan a ser agujeros blancos salidos de estas regiones o campos de fuerza que no podemos ver pero sí sentir, y, en última instancia, ¿por qué se forman esas partículas virtuales que de inmediato se aniquilan y desaparecen antes de que puedan ser capturadas? ¿Qué sentido tiene todo eso?

Las consecuencias de la existencia del cuanto mínimo de acción fueron revolucionarios para la comprensión del vacío. Mientras la continuidad de la acción clásica suponía un vacío plano, estable y “realmente” vacío, la discontinuidad que supone el cuanto nos dibuja un vacío inestable, en continuo cambio y muy lejos de poder ser considerado plano en las distancias atómicas y menores. El vacío cuántico es de todo menos vacío, en él la energía nunca puede quedar estabilizada en valor cero, está fluctuando sobre ese valor, continuamente se están creando y aniquilando todo tipo de partículas, llamadas por eso virtuales, en las que el producto de su energía por el tiempo de su existencia efímera es menor que el cuanto de acción. Se llaman fluctuaciones cuánticas del vacío y son las responsables de que exista un que lo inunda todo llamado campo de punto cero.

Pero volvamos de nuevo a las fluctuaciones de vacío, que al igual que las ondas “reales” de energía positiva, están sujetas a las leyes de la dualidad onda/partícula; es decir, tienen tanto aspectos de onda como aspectos de partícula.

Las ondas fluctúan de forma aleatoria e impredecible, con energía positiva momentáneamente aquí, energía negativa momentáneamente allí, y energía cero en promedio. El aspecto de partícula está incorporado en el concepto de partículas virtuales, es decir, partículas que pueden nacer en pares (dos partículas a un tiempo), viviendo temporalmente de la energía fluctuacional tomada prestada de regiones “vecinas” del , y que luego se aniquilan y desaparecen, devolviendo la energía a esas regiones “vecinas”. Si hablamos de fluctuaciones electromagnéticas del vacío, las partículas virtuales son fotones virtuales; en el caso de fluctuaciones de la gravedad en el vacío, son gravitones virtuales.

De las llamadas fluctuaciones de vacío pueden surgir, partículas virtuales y quién sabe que cosas más… Hasta un nuevo Universo.

                       Son muchas  las preguntas que no tienen respuestas

Parece que las fluctiuaciones ocurren en cualquier lugar, pero que, son tan minúsculas que ningún observador o experimentador las ha detectado de una manera franca hasta la fecha y, se sabe que están ahí por experimentos que lo han confirmado. Estas fluctuaciones son más poderosas cuanto menos escala se considera en el espacio y, por debajo de la longitud de Planck-Wheeler las fluctuaciones de vacío son tan enormes que el espacio tal como lo conocemos “pareciera estar hirviendo” para convertirse en una especie de espuma cuántica que parece que en realidad, cubre todo el espacio “vacío cuántico” que sabemos que está ahí y es el campo del que surgen esas partículas virtuales que antes menccionaba.

     ¿Espuma cuántica? Si profundizamos mucho en la materia… Podríamos ver otro universo distinto al nuestro. Las cosas miles de millones de veces más pequeñas que en nuestro mundo cotidiano, no parecen las mismas cosas.

Hay magnitudes asociadas con las leyes de la gravedad cuántica. La longitud de Planck-Wheeler, es la escala de longitud por debajo de la cual el tal como lo conocemos deja de existir y se convierte en espuma cuántica.  El tiempo de Planck-Wheeler (1/c veces la longitud de Planck-Wheeler o aproximadamente 10^-43 segundos), es el intervalo de tiempo más corto que puede existir; si dos sucesos están separados por menos que esto, no se puede decir cuál sucede antes y cuál después. El área de Planck-Wheeler (el cuadrado de la longitud de Planck-Wheeler, es decir, 2,61×10^-66cm²) juega un papel clave en la entropía de un agujero negro. ¡Qué locura!

En el complejo general, por ahí, en alguna parte, permanece oculta esa teoría cuántica de la gravedad que incansables (pero sin ningún éxito hasta el momento) buscamos. Cuando sepamos unir las dos teorías de lo pequeño y lo grande, lo tendremos todo.

Como tantas veces hemos comentado, los trabajos que se han realizado sobre poder construir una teoría cuántica de la gravedad nos llevan a un sorprendente de implicaciones. Por un lado, sólo se ha podido conceptuar a la gravedad cuántica, siempre y cuando, el universo tenga más de cuatro dimensiones. Además, se llega a considerar que en la era de Planck, tanto el universo como la gravedad pudieron ser una sola cosa compacta estructurada por objetos cuánticos infinitamente diminutos, como los que suponemos que conforman las supercuerdas. A esta escala, el mismísimo espaciotiempo estaría sometido a imprescindibles fluctuaciones muy semejantes a las que causan las partículas al nacer y desaparecer de la existencia en el espaciotiempo ordinario. Esta noción ha conducido a los teóricos a describir el universo de la era cuántica como una especie de extremadamente densa y agitada espuma que pudo haber contenido las vibrantes cuerdecillas que propugnan los cosmólogos cuerdistas.

Los físicos especulan que el cosmos ha crecido a desde una «nada» primigenia que al nacer comenzó el principio del tiempo y que, en ese parto, contenía toda la materia y toda la energía.

En física como en todas las demás disciplinas científicas, los conocimientos avanzan y las teorías que sostuvieron los cimientos de nuestros conocimientos se van haciendo viejas y van teniendo que ser reforzadas con las nuevas y más poderosas “vigas” de las nuevas ideas y los nuevos hallazgos científicos que hacen posible ir perfeccionando lo que ya teníamos.

Recientemente se han alzado algunas voces contra el Principio de Incertidumbre de Heisenberg. He podido leer en un artíoculo de la prestigiosa Revista Nature, un artículo del premio Nobel de Física Gerald ´t Hoofft, en el que propone que la naturaleza probabilistica de la mecánica cuántica, desaparecería a la escala de Planck, en la que el comportamiento de la materia sería determinista; a longitudes mayores, energías más pequeñas.

El mundo de lo muy pequeño (el micro espacio), a nivel atómico y subatómico, es el dominio de la física cuántica, así nunca podríamos saber, de acuerdo m con el principio de incertidumbre, y, en un momento determinado, la posición y el estado de una partícula. Este estado podría ser una función de la escala espacio-temporal. A esta escala tamaños todo sucede demasiado deprisa para nosotros.

El “universo cuántico” nada es lo que parece a primera vista, allí entramos en otro mundo que en nada, se parece al nuestro

 Cuando hablamos de la mecánica cuántica, tenemos mirar un poco hacia atrás en el tiempo y podremos darnos del gran impacto que tuvo en el devenir del mundo desde que, en nuestras vidas, apareció el átomo y, más tarde, sus contenidos. Los nombres de Planck, Einstein, Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Pauli, Bardeen, Roentgen, Dirac y muchos otros, se pudieron a la cabeza de la lista de las personas más famosas. Aquel primer premio Nobel de Física otorgado en 1900 a Roentgen por descubrir los rayos X, en el mismo año llegaría el ¡cuanto! De Planck que inspiró a Einstein para su trabajo sobre el Efecto fotoeléctrico que también, le valdría el Nobel, y, a partir de ese momento, se desencadenó una especie de alucinante por saber sobre el átomo, sus contenidos, y, de qué estaba hecha la materia.

          La conocida como Paradoja EPR y los conceptos de Tiempo y , presente, pasado y futuro.

“Nadie ha resuelto la paradoja del gato de Schroedinger, ni la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen. El principio de incertidumbre no se ha explicado y se asume como un dogma, lo mismo pasa con el spin. El spin no es un giro pero es un giro.  Aquí hay un desafío al pensamiento humano. ¡Aquí hay una aventura del pensamiento!”

Fueron muchas las polémicas desatadas a cuenta de las aparentes incongruencias de la moderna Mecánica Cuántica. La paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen, denominada “Paradoja EPR”, trata de un experimento mental propuesto por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen en 1935. Es relevante, pues pone de manifiesto un problema aparente de la mecánica cuántica, y en las décadas siguientes se dedicaron múltiples esfuerzos a desarrollarla y resolverla.

A Einstein (y a muchos otros científicos), la idea del entrelazamiento cuántico le resultaba extremadamente perturbadora. Esta particular característica de la mecánica cuántica permite preparar estados de dos o más partículas en los cuales es imposible obtener útil sobre el estado total del sistema haciendo sólo mediciones sobre una de las partículas.

Por otro lado, en un entrelazado, manipulando una de las partículas, se puede modificar el estado total. Es decir, operando sobre una de las partículas se puede modificar el estado de la otra a distancia de manera instantánea. Esto habla de una correlación entre las dos partículas que no tiene paralaje en el mundo de nuestras experiencias cotidianas. Cabe enfatizar pues que cuando se mide el estado de una partícula, enseguida sabemos el estado de la otra, lo cual aparentemente es instantáneo, es decir, sin importar las distancias a las que se encuentren las partículas, una de la otra, ambas saben instantáneamente el estado de la otra.

El experimento planteado por EPR consiste en dos partículas que interactuaron en el pasado y que quedan en un estado entrelazado. Dos observadores reciben cada una de las partículas. Si un observador mide el momento de una de ellas, sabe cuál es el momento de la otra. Si mide la posición, gracias al entrelazamiento cuántico y al principio de incertidumbre, puede la posición de la otra partícula de forma instantánea, lo que contradice el sentido común.

Animación que muestra dos átomos de oxígeno fusionándose para formar una molécula de O₂ en su estado cuántico fundamental. Las nubes de color representan los orbitales atómicos. Los orbitales 2s y 2p de cada átomo se combinan para formar los orbitales σ y π de la molécula, que la mantienen unida. Los orbitales 1s, más interiores, no se combinan y permiten distinguir a cada núcleo. Lo que ocurre a escalas tan pequeñas es fascienante.

Si nos pudiéramos convertir en electrones, por ejemplo, sabríamos dónde y cómo estamos en cada momento y podríamos ver asombrados, todo lo que estaba ocurriendo a nuestro alrededor que, entonces sí, veríamos transcurrir a un ritmo más lento del que podemos detectar en los electrones desde nuestro macroestado espacio temporal. El electrón, bajo nuestro punto de vista se mueve alrededor del núcleo atómico a una velocidad de 7 millones de km/h.

A medida que se asciende en la escala de tamaños, hasta el tiempo se va ajustando a esta escala, los objetos, a medida que se hacen mayores se mueven más despacio y, además, tienen más duración que los pequeños objetos infinitesimales del micro mundo cuántico. La vida media de un neutron es de unos 15 minutos, por ejemplo, mientras que la vida media de una estrellas se puede contar en miles de millones de años.

En nuestra macroescala, los acontecimientos y ,los objetos se mueven a velocidades que a nosotros nos parecen normales. Si se mueven con demasiada lentitud nos parece que no se mueven. Así hablamos de escala de tiempo geológico, para referirnos al tiempo y velocidad de la mayor parte de los acontecimientos geológicos que afectan a la Tierra, el tiempo transcurre aquí en millones de años y nosotros ni lo apreciamos; nos parece que todo está inmóvil. Nosotros, los humanos, funcionamos en la escala de años (tiempo biológico).

El Tiempo Cosmológico es aún mucho más dilatado y los objetos cósmicos (mundos, estrellas y galaxias), tienen una mayor duración aunque su movimiento puede ser muy rápido debido a la inmensidad del espacio universal en el que se mueven. La Tierra, por ejemplo, orbita alrededor del Sol a una velocidad media de 30 Km/s., y, el Sol, se desplaza por la Galaxia a una velocidad de 270 km/s. Y, además, se puede incrementar el tiempo y el espacio en su andadura al estar inmersos y ligados en una misma maya elñástica.

Así,  el espacio dentro de un átomo, es muy pequeño; dentro de una célula, es algo mayor; dentro de un animal, mayor aún y así sucesivamente… hasta llegar a los enormes espaciosa que separan las estrellas y las galaxias en el Universo.

Distancias astronómicas separan a las estrellas entre sí, a las galaxias dentro del cúmulo, y a los cúmulos en los supercúmulos.

Las distancias que separan a los objetos del Cosmos se tienen que medir con unidades espaciales, tal es su inmensa magnitud que, nuestras mentes, aunque podamos hablar de ellas de manera cotidiana, en realidad, no han llegado a asimilarlas.Y, a todo ésto, los físicos han intentado con denuedo elaborar una teoría completa de la gravedad que incluya la mecánica cuántica. Los cálculos de la mayoría de las teorías propuesta de la «gravedad cuántica» arrojan numerosos infinitos. Los físicos no están seguros si el problema es técnico o conceptual. No obstante, incluso prescindiendo de una teoría completa de gravedad cuántica, se puede deducir que los efectos de la teoría cuántica, habrían cruciales durante los primeros 10^-43 segundos del inicio del universo, cuando éste tenía una densidad de 10⁹³ gramos por centímetro cúbico y mayor. (El plomo sólido tiene una densidad de aproximadamente diez gramos por centímetro cúbico.) Este período, que es el que corresponde a la era de Planck, y a su estudio se le llama cosmología cuántica. Como el universo en su totalidad habría estado sujeto a grandes incertidumbres y fluctuaciones durante la era de Planck o era cuántica, con la materia y la energía apareciendo y desapareciendo de un vacío en grandes cantidades, el concepto de un principio del universo podría no tener un significado bien definido. En todo caso, la densidad del universo durante este período es de tal magnitud que escapa a nuestra comprensión. Para propósitos prácticos, la era cuántica podría considerarse el estado inicial, o principio, del universo. En consecuencia, los procesos cuánticos ocurridos durante este período, cualquiera sea su naturaleza, determinaron las iniciales del universo.

Una cosa nos ha podido quedar clara: Los científicos para lograr conocer la estructura del universo a su escala más grande, deben retroceder en el tiempo, centrando sus teorías en el momento en que todo comenzó. Para ello, como  todos sabeis, se han formulado distintas teorías unificadoras de las cuatro fuerzas de la naturaleza, con las cuales se han modelado acontecimiento y en el universo primitivo casi a todo lo largo del camino hasta el principio. Pero cómo se supone que debió haber habido un «antes», aparece una barrera que impide ir más allá de una frontera que se halla fijada a los 10^-43 [s] después del Big Bang, un instante conocido como «momento de Planck», en homenaje al físico alemán Max Planck.

Esta barrera existe debido a que antes del momento de Planck, durante el período llamado la «era de Planck o cuántica», se supone que las cuatro fuerza fundamentales conocidas de la naturaleza eran indistinguibles o se hallaban unificadas , que era una sola fuerza. Aunque los físicos han diseñado teorías cuánticas que unen tres de las fuerzas, una por una, a través de eras que se remontan al momento de Planck, hasta ahora les ha prácticamente imposible armonizar las leyes de la teoría cuántica con la gravedad de la relatividad de Einstein, en un sólo modelo teórico ampliamente convincente y con posibilidades claras de ser contrastado en experimentos de laboratorio y, mucho menos, con observaciones.

Y después de todo ésto, sólo una caso me queda clara: ¡Lo poco que sabemos! A pesar de la mucha imaginación que ponemos en las cosas que creemos conocer.

emilio silvera

Hace unas semanas el astrónomo aficionado Gerrit Kernbauer se encontraba realizando una de sus habituales observaciones astronómicas desde el pintoresco pueblo austriaco de Mödling cuando detectó un repentino cambio en la superficie de Júpiter. El posible impacto fue observado de manera simultánea por otros astrónomos y estaciones repartidos por todo el mundo, aunque a día de hoy no está claro que dimensiones tenía aquel objeto o si se trataba de un cometa o de un asteroide.

Una vez más debemos agradecer al gigante gaseoso que recibiese el golpe, y es que esa especie de hermano mayor a la que llamamos Júpiter sigue siendo la mayor y más efectiva defensa con la que contamos frente a impactos indeseados. No obstante, y como todo hermano mayor, no siempre estará dispuesto a salvarnos y servirnos de sparring por lo que sería conveniente desarrollar nuestras propias soluciones a un problema que, no por improbable, debería dejar de ser importante.

 

Cada día recibimos el impacto de más de 100 toneladas de objetos procedentes del espacio. Por supuesto suelen ser pequeños objetos que no representan dificultades para nuestra atmósfera que los volatiliza durante su entrada. Aun así, este escudo natural para metralla de bajo calibre no resulta muy efectivo contra cuerpos de mayores dimensiones y es aquí donde comienzan las preguntas incómodas: ¿Qué probabilidad hay de que un asteroide de gran tamaño se acerque peligrosamente a la Tierra? ¿Qué ocurriría si nos enfrentásemos a uno de ellos? ¿Estamos preparados?

El doctor en Astrofísica Josep Trigo Rodriguez, uno de los expertos internacionales más reconocidos en el tema y que actualmente desarrolla sus investigaciones desde el Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC), trata de responder a estas cuestiones.

Poca gente puede mirar al cielo nocturno, señalar una zona concreta y afirmar con gesto picarón y cierto tono de orgullo: “Por ahí anda mi asteroide… el 8325 Trigo-Rodríguez”. “Y cuidado porque no es una piedrecita cualquiera, como venga para acá os vais a acordar de mí”, reconoce entre risas.

Captura del bólido de Chelyabinsk en 2013. EE

 

¿Qué necesitaríamos para defendernos de algo así? La respuesta es doble pero simple: Detectarlo a tiempo y contar con la tecnología adecuada para desviarlo. En la actualidad, la ciencia no cubre ninguno de esos dos requisitos: a efectos cósmicos somos auténticos dinosaurios.

Acerca de la detección, el investigador pone un ejemplo clarificador. A principios de septiembre de 2013, el astrónomo amateur Terry Lovejoy detectó por primera vez el cometa C/2013 R1 en noviembre de ese mismo año, apenas dos meses después ya era visible a simple vista. Y eso que los cometas son mucho más brillantes y fáciles de detectar que otros cuerpos: si nos enfrentásemos a un asteroide no tendríamos tiempo material para hacer nada.

La gran calabaza

 

 

Si se nos viene encima un pequeño mundo… ¿Cómo podremos evitarlo?

 

2015 TB145 es la denominación astronómica de uno de los mayores sustos que el planeta Tierra ha recibido en los últimos tiempos. Fue descubierto por el telescopio Pan-STARRS de Hawái unas pocas horas antes de la noche de Halloween por lo que se le apodó cariñosamente La gran calabaza. Se trataba de un asteroide de 400 metros de diámetro que terminó pasando a poco más de la distancia Tierra-Luna, solamente tres semanas después de avistarlo por primera vez.

El investigador del CSIC reflexiona: “Desde el momento en el que lo detectamos hasta que lo tuvimos encima pasaron solo veinte días. No nos hubiera dado tiempo a hacer nada”.

Los astrofísicos clasifican como “potencialmente peligroso” cualquier objeto mayor de 100 metros de diámetro que se aproxima a menos de 7.5 millones de kilómetros de la Tierra, pues bien… La Gran Calabaza tenía el tamaño de cuatro campos de fútbol y pasó a 480.000 kilómetros de nuestras cabezas.

Asteroide 2015 TB145. NASA

 

Otro ejemplo reciente es el gran bólido de Chelyabinsk. Se aproximó desde una geometría prácticamente solar, desde un ángulo de entrada con el que fue imposible detectarlo ya que en esas zonas es de día y, por tanto, desde tierra no se puede hacer este tipo de monitorización.

En el espacio no existiría ese problema y se podría ampliar el arco observacional. Sin embargo, y aunque existen más de 3.000 satélites y telescopios activos en estos momentos, apenas contamos con un par de instrumentos ópticos que puedan resultarnos de alguna utilidad.

Pocos ojos mirando

Cada año, unos 20 o 30 objetos de un diámetro aproximado de un metro bombardean nuestro planeta. No representan un problema grave para la atmósfera, que se encarga de ellos sin mayores dificultades. Objetos de 100 metros de ancho llegan cada 10.000 años, aproximadamente, y los asteroides de un kilómetro de diámetro suelen alcanzarnos cada millón de años. Los registros históricos y las estadísticas son tranquilizadores. Pero todo es relativo, no estamos ante un reloj exacto.

“No es preocupación sino precaución”, afirma Josep Trigo, que recuerda que, según los estudios más recientes, el bólido que estalló en Tunguska la mañana del 30 de junio de 1908 no medía más de 60 metros y asoló 2.200 kilómetros cuadrados de taiga y bosque en Siberia. Hoy en día, la globalización y la expansión de las zonas habitadas convertirían un impacto como el de Tunguska en un evento realmente devastador.

Ni siquiera estamos mirando debidamente. Actualmente no contamos con ningún telescopio específicamente diseñado para detectar estos objetos potencialmente peligrosos. Podemos aprovechar el telescopio solar SOHO para detectar cometas, pero sólo para determinadas zonas. Además, no sirve para la vigilancia de asteroides.

También se ha reutilizado el telescopio WISE para localizar cuerpos cercanos pero es insuficiente, sobre todo si tenemos en cuenta que muchos de estos objetos poseen albedos -brillo- inferiores al 15%, por lo que son extremadamente oscuros y difíciles de observar.

Fuente: Noticias de Prensa

Efectos del bólido de Tunguska en 1908 DP

 « ¿Qué habrá en los Océanos de Higgs? ¡Si existen!

 Nosotros y nuestra ignorancia

La vida (a partir de su primer paso, del primer individuo de cada especie) surgió en el Universo de manera expontánea por la evolución de la materia y (no sabemos si debido al Azar), bajo ciertas circunstancias muy especiales que estaban presentes en ciertos lugares del Universo, lo que dio lugar al surgir de la vida tal como la conocemos y, posiblemente, de muchas más formas desconocidas para nosotros. Y, todo eso amigos, es Entropía Negativa. Ahora, Las características de un ser vivo son siempre una recombinación de la información genética heredada. De todas las maneras, hay que alcarar que la vida existe porque el Universo es como lo observamos, sus características permiten su presencia. Hay vida en nuestro universo debido a que las cuatro fuerzxas fundamentales y las constantes universales lo permiten.

CONSECUENCIA LOGICA: Las variaciones dentro de una misma especie son el resultado de una gran cantidad de información genética presente ya en sus antepasados y, como consecuencia de la lógica evolución, de la aparición espontánea de nueva información genética…

Aquí, en todo su esplendor, tenemos un trozo de Universo que, nos está hablando de la creación. Esas estrellas brillantes, azuladas y supermasivas que radían en el ultravioleta ionizando toda la región circundante, es un signo, inequívoco de que la vida está cerca. Elementos sencillos se transformaran en otros más complejos y, apareceran aminoácidos y la química-biológica que hacer, mucho más tarde, que sea posible la aparición de la vida en algún mundo perdido en las profundidades de una Galaxia que, como la nuestra, tendrá otras “Tierras” y otros “Seres”.

Cuántas veces se preguntó la Humanidad: ¿Hay vida en el Universo, además de la que existe en la Tierra? Las leyes de la Física, aplicables a toda la materia y la energía, tienen sin duda un papel fundamental en la comprensión del Universo y por ello la Astrofísica ha tenido un desarrollo espectacular en los últimos tiempos a pesar de la escasez de materia como la que conocemos.

Por otro lado, como el Universo es muy grande, las densidades medias son muy bajas y la materia se encuentra normalmente en estructuras muy simples, en forma de átomos y partículas individuales. La composición química del Universo y sus procesos son por ello también importantes para comprender su evolución, dando pie al uso más o menos extendido de astroquímica. Sin embargo, las moléculas complejas son relativamente raras y los organismos vivos muchísimo más. La parte Biológica del Universo que conocemos se reduce a nuestro propio planeta por lo que parece excesivo poder hablar de Astrobiología. Por qué tenemos que preocuparnos por una parte tan ínfima del Universo. Ciertamente porque los seres humanos pertenecemos a esta extraña componente y, ya que no podemos reproducir en el laboratorio el paso de la química a la biología, es en el contexto del Universo (el gran Laboratorio) y su evolución en el que podemos analizar los límites y las condiciones necesarias para que emerja la vida en cualquier sitio.

En las Nebulosas nacen las estrellas, en sus hornos nucleares se producen las transiciones de fases necesarias para crear los elementos complejos necesarios para la vida. Si alrededor de las nuevas estrellas surgen nuevos mundos, ¿por qué tras miles de millones de años de evolución no puede surgir la vida en ellos, si como existe la posibilidad, están situados en la zona habitable? Las leyes del Universo son las mismas en todas partes y, todas las regiones del Cosmos, por muy alejadas que estén, están sometidas a ellas. Si en el planeta Tierra está presente el agua corriente, una atmósfera y la vida, ¿Por qué sería diferente en otros planetas similares que a millones pululan por nuestro Universo?

La Astrobiología es una ciencia que ha surgido en la frontera entre varias disciplinas clásicas: la Astronomía, la Biología, la Física, la Química o la Geología. Su objetivo final es comprender cómo surgió la vida en nuestro Universo, cómo se distribuye y cuál es su evolución primitiva, es decir, cómo pudo establecerse en su entorno.

En otras palabras, trata de comprender el papel de la componente biológica del Universo, conectando la astrofísica y la astroquímica con la biología. Intenta para ello comprende el origen de la vida. : El paso de los procesos químicos prebióticos a los mecanismos bioquímicos y a la biología propiamente dicha.

Naturalmente, en Astrobiología nos planteamos preguntas fundamentales, como la propia definición de lo que entendemos como Vida, cómo y cuándo pudo surgir en la Tierra, su existencia actual o en el pasado en otros lugares o si es un hecho fortuito o una consecuencia de las leyes de la Física. Algunas de estas cuestiones se las viene formulando la humanidad desde el principio de los tiempos, pero ahora por primera vez en la historia, los avances de las ciencias biológicas y de la exploración mediante tecnología espacial, es posible atacarlas desde un punto de vista puramente científico. Para ello, la Astrobiología centra su atención en estudiar cuáles son los procesos físicos, químicos y biológicos involucrados en la aparición de la vida y su adaptabilidad, todo ello en el contexto de la evolución y estructuración, o auto-organización, del Universo.

Muchos son los que postulan que, las galaxias espirales son autogeneradoras a través de las explosiones supernovas y, siembran el espacio interestelar de la semilla creadora de la vida, además, este proceso regenerativo crea entropía negativa  tratando de luchar contra el deterioro de la galaxia como sistema cerrado que de esta forma se mantiene y perdura. Nuevas y energéticas estrellas azuladas pueblan las regiones galácticas que se llenan de promesas futuras de nuevos mundos y nuevas formas de vida.

Como cualquier otra ciencia, la Astrobiología está sujeta a la utilización del método científico y por tanto a la observación y experimentación junto con la discusión y confrontación abierta de las ideas, el intercambio de datos y el sometimiento de los resultados al arbitraje científico. La clave de la metodología de esta nueva ciencia está en la explotación de las sinergias que se encuentran en las fronteras entre las disciplinas básicas mencionadas anteriormente, una región poco definida, cuyos límites se fijan más por la terminología que por criterios epistemológicos.

Un aspecto importante de la investigación en el campo de la Astrobiología es la herramienta fundamental que representa el concepto de complejidad. La vida es un proceso de emergencia del orden a partir del caos que puede entenderse en medios no aislados y, por tanto libres de la restricción de la segunda ley de la termodinámica, como un proceso complejo. En este sentido, la emergencia de patrones y regularidades en el Universo, ligados a procesos no lineales, y el papel de la auto-organización representan aspectos esenciales para comprender el fenómeno de la vida. Transiciones de estado, intercambios de información, comportamientos fuera de equilibrio, cambios de fase, eventos puntuales, estructuras autorreplicantes, o el propio crecimiento de la complejidad, cobran así pleno sentido en Astrobiología.

Muchos han sido, a lo largo de la historia de la Humanidad, los que visionaron el futuro que nos espera: “Yo puedo imaginar un infinito número de mundos parecidos a la Tierra, con un jardín del Edén en cada uno”. Lo afirmaba Giordano Brunoa finales del siglo XVI, antes de ser quemado por orden de la Inquisición Romana. Y, sí, muchas veces nos hicimos esa pregunta…

¿Habrá vida en otros mundos?

Planetas inimaginables ¿que formas de vida acogerán? La pregunta que se plantea encima de la imagen de arriba tiene una fácil contestación: SÍ, hay otras formas de vida en el Universo, en planetas parecidos o iguales que la Tierra. Si no fuese así, la lógica y la estadística dejarían de tener sentido.

Un problema básico de esta ciencia, ya mencionado al principio, es la cantidad de datos disponibles, de sujetos de estudio. No conocemos más vida que la existente en la Tierra y ésta nos sirve de referencia para cualquier paso en la búsqueda de otras posibilidades. La astrobiología trata por ello de analizar la vida más primitiva que conocemos en nuestro planeta así como su comportamiento en los ambientes más extremos que encontremos para estudiar los límites de su supervivencia y adaptabilidad. Por otro lado, busca y analiza las condiciones necesarias para la aparición de entornos favorables a la vida, o habitables, en el Universo  mediante la aplicación de métodos astrofísicos y de astronomía planetaria. Naturalmente, si identificáramos sitios en nuestro sistema solar con condiciones de habitabilidad sería crucial la búsqueda de marcadores biológicos que nos indiquen la posible existencia de vida presente o pasada más allá de la distribución de la vida en el Universo o, en caso negativo, acotaríamos aún más los límites de la vida en él.

Titán, más allá de los anillos. Ahí podríamos encontrar lo que con tanto afán buscamos: otras formas de vida que, de una vez por todas, nos ofrezca la certeza de que no estamos solos en tan vasto Universo y, dada la conformación y caracterísiticas de ese pequeño mundo, no podríamos extrañarnos de que, la vida, incluso pudiera estar sabasada en otro elemento distinto del Carbono.

Diferentes condiciones ambientales pueden haber dado lugar a la vida e incluso permitido la supervivencia de algunos organismos vivos generados de forma casual, como experimento de la naturaleza. La Astrobiología trata de elucidar el papel de la evolución del Universo, y especialmente de cuerpos planetarios, en la aparición de la vida. En esta búsqueda de ambientes favorables para la vida, y su caracterización, en el sistema solar, la exploración espacial se muestra como una componente esencial de la Astrobiología. La experimentación en el laboratorio y la simulación mediante ordenadores o en cámaras para reproducir ambientes distintos son una herramienta que ha de ser complementada por la exploración directa a través de la observación astronómica, ligada al estudio de planetas extrasolares, o mediante la investigación in situ de mundos similares en cierta forma al nuestro, como el planeta Marte o algunos satélites de los planetas gigantes Júpiter y Saturno, como Europa, Encelado o el de arriba, Titán.

Después de un viaje de siete años a través del sistema solar abordo de la nave Cassini, la sonda Huygens de la ESA, pudo con éxito, pasar a través de la atmósfera de Titán (la mayor luna de Saturno) tomar tierra a salvo en su superficie para poder enviarnos datos e imágines que nos dejaron con la boca abierta por el asombro de lo que allí existe y , de lo que pueda estar presente… ¿Vida microbiana?

La componente instrumental y espacial convierte a la Astrobiología en un ejemplo excelente de la conexión entre ciencia y tecnología. Los objetivos científicos de la Astrobiología, hemos visto, que requieren un tratamiento trans-disciplinar, conectando áreas como la física y la astronomía con la química y la biología. Esta metodología permite explotar sinergias y transferir conocimiento de unos campos a otros para beneficio del avance científico. Pero además, la Astrobiología está íntimamente ligada a la exploración espacial que requiere el desarrollo de instrumentación avanzada. Se necesitan tecnologías específicas como la robótica o los biosensores habilitadas para su empleo en condiciones espaciales y entornos hostiles muy diferentes al del laboratorio. Naturalmente la Astrobiología emplea estos desarrollos también para transferir conocimiento y tecnologías a otros campos de investigación científica y en particular, cuando es posible, incluso al sector productivo.

Pero repasemos, para avanzar, cuáles son las áreas científicas propias de la Astrobiología. Como se ha dicho, es una ciencia interdisciplinar para el estudio del origen, evolución y distribución de la vida en el Universo. Para ello requiere una comprensión completa e integrada de fenómenos cósmicos, planetarios y biológicos. La astrobiología incluye la búsqueda y la caracterización de ambientes habitables en nuestro sistema solar y otros planetas alrededor de estrellas más alejadas, la búsqueda y análisis de evidencias de química prebiótica o trazas de vida larvada o extinguida en cuerpos del sistema solar como Marte o en lunas de planetas gigantes como Júpiter y Saturno. Asimismo se ocupa de investigaciones sobre los orígenes y evolución de la vida primitiva en la Tierra analizando el comportamiento de micro organismos en ambientes extremos.

Anhidrobiosis “vida sin agua”

 Hidratación durante 3 h. ¿qué no habrá por ahí fuera? Otros como los Acidófilos: Se desarrollan en ambientes de alta acidez, como el Picrophilus, los organismos de la cuenca del Río Tinto,  en Huelva o la arquea que habita en una mina californiana llamada Iron Mountain, que crece en PH negativo. Los Organismos radiófilo o radiorresistente es aquél capaz de sobrevivir y prosperar en ecosistemas con niveles muy altos de radiaciones ionizantes. Los Halófilosque se Se desarrollan en ambientes hipersalinos, como las del género Halobacterium, que vicven en entornos como el Mar Muerto. Los Termófilos: Se desarrollan en ambientes a temperaturas superiores a 45 °C, algunos de ellos, los Hipertermófilos tienen su temperatura òptima de crecimiento por encima de los 80 °C., como el  Pyrococcos furiosus, donde las chimenes termales submarinas son testigos de ese asombroso hecho. Otros, como los Psicrófilos, que  se desarrollan en ambientes de temperatura muy fría, como la Polaromanas vacuaolata. También tenemos los tasrdígrados, que se deshidratan para quedar como muertos durante cientos de años en condiciones de criptobiosis y pueden resistir en el espacio. Otros viven sin oxígeno, los hay que habitan a muchos metros bajo la superficie, o, algunos que existen con un bajo índice de humedad. En fin, la gama es amplia y nos muestra una enorme lista de protagonistas que, em medios imposible pueden vivir sin el menor problema. Y, si eso es así (que lom es), ?qué problema puede existir para que exista vida en otros planetas?

Los seres vivos surgen por todo el Universo y en las más extremas condiciones. Simplemente con observar lo que aquí tenemos, en nuestro planeta, nos podemos hacer una idea de lo que encontraremos por ahí fuera. Creo (aunque pudiera haber otras) que la vida en el Universo estará basada, como la nuestra, en el Carbono. El Carbono es el material más idóneo para ello por sus características especiales.

Desde el punto de vista más astronómico, la Astrobiología estudia la evolución química del Universo, su contenido molecular en regiones de formación estelar, la formación y evolución de discos proto-planetarios y estrellas, incluyendo la formación de sistemas planetarios y la caracterización de planetas extrasolares. En este campo en particular se han producido avances recientes muy importantes con la obtención de imágenes directas de planetas extrasolares y la identificación de algunos de ellos como puntos aislados de su estrella central gracias a técnicas de interferometría.

Inmensas Nubes moleculares habitan en las galaxias y, dentro de ellas, al calor de las estrellas se producen transiciones de fase que nos traen la química-biológica para que la vida sea posible.

La caracterización de atmósferas de planetas extrasolares con tránsitos han permitido detectar CO₂ en la atmósfera de otros mundos y se ha descubierto el planeta más parecido a la Tierra por su tamaño y suelo rocoso aunque con un período demasiado corto para ser habitable. El lanzamiento de la misión Kepler de la NASA nos permite abrigar esperanzas de encontrar finalmente un planeta “hermano” del nuestro en la zona de habitabilidad de otra estrella.

El campo de la Astronomía planetaria, la Astrobiología estudia la evolución y caracterización de ambientes habitables en el sistema solar con el fin de elucidar los procesos planetarios fundamentales para producir cuerpos habitables.

A la izquierda Marte a la derecha Riotinto, sólo están separados por las Temperaturas reinantes y la atmósfera. Parece que un día lejano fueron iguales en muchas cosas.

Esto incluye el análisis de ambientes extremos y análogos al de Marte en nuestro planeta, como resulta ser la cuenca del Río Tinto en Huelva, así como la exploración de otros cuerpos del sistema solar, Marte en particular. Y, a propósito de Marte, recuerdo la emoción que sentí cuando la NASA detectó un foco de CH₄ en el planeta. Al igual que los eucariotas, muchas bacterias respiran oxígeno. Pero otras bacterias utilizan para la respiración nitrato disuelto (NO₃) en lugar de Oxígeno, y aún otras usan iones sulfato (SO₄^2-) u óxidos metálicos de hierro o manganeso. Unos pocos procariotas pueden incluso utilizar CO₂, que hacen reaccionar con ácido acético en un proceso que genera gas natural, que es el gas metano CH₄ detectado en Marte. Dado que el planeta no muestra actividad volcánica, la fuente de dicho metano, ¿por qué no? podría ser bacteriana.

Estructura celular de una bacteria, típica célula procariota. El metabolismo de los procariotas es enormemente variado y resisten condiciones ambientales sorprendentes por lo extremas en parámetros como la temperatura y la acidez, entre otros,

El descubrimiento en Marte de agua en forma de hielo así como las claras evidencias de la existencia de agua líquida en su superficie en el pasado, proporcionadas por la observación de modificaciones de la componente mineralógica atribuidas al agua líquida en el subsuelo. Hoy por hoy, se considera que la presencia de agua líquida es una condición necesaria, aunque no suficiente, para la aparición de la vida ya que proporciona el caldo de cultivo para que las moléculas prebióticas se transformen en microorganismos biológicos.

En estas investigaciones el estudio del satélite Titán de Saturno mediante la sonda europea Huygens ha marcado un hito importante al acercarnos a un entorno prebiótico donde el metano ejerce un papel dominante.

En este sentido la posibilidad de explorar el satélite Europa, alrededor de Júpiter, es un claro objetivo de la Astrobiología dado que la espesa corteza de hielo que lo cubre puede esconder una gran masa de agua líquida.

Finalmente, la Astrobiología también contempla una serie de actividades más próximas al laboratorio en el que se analiza la evolución molecular, desde la química prebiótica, pasando por la adaptación molecular, hasta los mecanismos bioquímicos de interacción y adaptación al entorno. En este campo son muy importantes los estudios centrados en los límites de la biología, como la virología, y herramientas para la comprensión de los mecanismos de transmisión de información, de supervivencia y adaptabilidad, como las cuasi-especies. Entre los últimos avances de la química prebiótica de interés para la Astrobiología se encuentra el análisis de la quiralidad, una preferencia de la química de los organismos vivos por una simetría específica que nos puede acercar al proceso de su formación durante el crecimiento de la complejidad y la jerarquización de los procesos. Naturalmente, los mecanismos de transferencia de información genética resultan críticos para comprender la adaptabilidad molecular y son otro objetivo prioritario de la Astrobiología.

Está claro que la historia científica de la creación de la vida puede resultar una narración apasionante que, correctamente explicada en unión de los conocimientos que hoy poseemos del Universo, puede conseguir que comprendamos la inevitabilidad de la vida, no sólo ya en el planeta Tierra (único lugar -de momento-) en el que sabemos que está presente, sino por todos los confines del inmenso Universo. La diversidad biológica que podríamos contemplar de poder observar lo que por ahí fuera existe, nos llevaría más allá de un simple asombro.

                Son formas de vida complejas                                                       Extrañas medusas

Si pudiéramos conocer todas las formas de vida que existen la Tierra….

Pero, ¿es realmente cierto que la ignorancia supera al conocimiento como camino más directo hacia el asombro? Bueno, lo que sí sabemos que es cierto es el hecho de que, cuanto más sabemos de las cosas, menos propensos somos al asombro. Y, siendo mucho lo que desconocemos de la historia de la vida y también de la del Universo, podemos decir que sabemos lo suficiente para “saber” que no estamos solos.

Algún día (espero que no demasiado lejano en el tiempo), encontraremos la prueba irrefutable de la existencia de la vida fuera de la Tierra. Espero que lo que hallemos no difiera exageradamente de lo que aquí existe y de lo que existió, seguramente, en esos otros lugares, el recorrido de la vida habrá sido muy similar al nuestro, y, la mayor diversidad de la vida será microbiana, esas formas primarias de vida que reconocemos como los verdaderos diminutosm arquitectos de los ecosistemas terrestres. Aquí en la Tierra, la historia completa de la vida abarca unos 4.000 millones de años, desde los extraños mundos de los océanos sulfurosos que se extendían bajo una atmósfera asfixiante, pasando por bacterias que respiraban hierro, hasta llegar por fin a nuestro familiar mundo de oxígeno y ozono, de valles boscosos, de animales que nadan, corren o vuelan. Ni Sheherazade podría haber imaginado un cuento más fascinante.

Hace poco NASA publicó esta foto de una de las lunas de Júpiter. Es volcánica, y genera océanos de lava y azufre. ¿Quién sabe lo que ahí pueda estar presente? Desde luego yo no puedo afirmar ni negar nada. Sin embargo, según lo descubierto aquí en la Tierra, mejor dejar la respuesta para más adelante.

Hemos alcanzado un nivel de desarrollo intelectual muy aceptable y, puesto que somos grandes animales, se nos puede perdonar que tengamos una visión del mundo que tiende a celebrar lo nuestro, pero la realidad es que nuestra perspectiva es errónea. Tenemos un concepto de nosotros mismos que, habiendo sido elaborado en nuestro cerebro tiende a ser tan irreal que, incluso llegamos a creernos especiales, y, la verdad es que, lo que tenemos de especial queda reducido al ámbito familiar, social y poco más. En el contexto del Universo, ¿que somos?

Creer que en un Universo “infinito” sólo existen unos seres que habitan un minúsculo objeto redondo, un grano de tierra de una simple Galaxia de entre cien millones…Parece, al menos, pretencioso. Dejemos que la Astrobiología nos indique el camino a seguir, que nuestros ingenios espaciales nos abran el camino y, cuando llegue el momento, partamos a conocer a nuestros hermanos.

La Fuente:

Volumen 23, número 3 de 2009 de la Revista Española de Física, donde se publicó un magnifico trabajo de  D. Álvaro Giménez,  del Centro de Astrobiología INTA-CSIC. También tiene su parte aquí Andrew H. Knoll, reconocido paleontólogo que, en su libro La vida en un planeta joven, nos ofrece una apasionante narración sobre la vida, y, finalmente, lo poco que por mi parte he podido aportar.

emilio silvera