“Immanuel Kant (1724-1804) y Georg Wilhelm Friedrich Hegel (1770-1831) fueron filósofos alemanes que se consideran pilares del idealismo alemán. Sus ideas influyeron en el pensamiento científico y filosófico. “

¡El Universo! Gracias a la Astronomía, la Astrofísica y otras disciplinas y estudios relacionados, con la ayuda de los modernos telescopios y otros ingenios espaciales que enviamos a otros mundos para que nos envíen imágenes y nos cuenten lo que allí está pasando, cada día nos da nuevas y sorprendentes noticias. Océanos de metano, estrellas de Carbono, púlsares que giran como faros luminosos del espacio interestelar en milisegundos. Sabemos de galaxias que están situadas a 12.000 millones de años luz de nosotros, y, lo sorprendente es que las podemos contemplar como eran entonces, en aquel remoto pasado. Los telescopios nos transportan en el tiempo y en el espacio para que sepamos lo que pasó.

 El telescopio espacial Hubble ha descubierto un cúmulo de siete galaxias que existieron sólo unos pocos cientos de millones de años después del nacimiento del Universo. Entre ellas hay una que puede ser la más antigua encontrada por los científicos hasta la fecha. Las estrellas no surgieron de manera espontanea, sino que tuvieron que pasar muchos millones de años antes de que brillaran las primeras.

Al principio, cuando el universo era simétrico, sólo existía una sola fuerza que unificaba a todas las que ahora conocemos, la gravedad, las fuerzas electromagnéticas y las nucleares débil y fuerte, todas emergían de aquel plasma opaco de alta energía que lo inundaba todo. Más tarde, cuando el universo comenzó a enfriarse, se hizo transparente y apareció la luz, las fuerzas se separaron en las cuatro conocidas, emergieron los primeros quarks para unirse y formar protones y neutrones, los primeros núcleos aparecieron para atraer a los electrones que formaron aquellos primeros átomos.Doscientos millones de años más tarde, se formaron las primeras estrellas y galaxias. Con el paso del tiempo, las estrellas sintetizaron los elementos pesados de nuestros cuerpos, fabricados en supernovas que estallaron, incluso antes de que se formase el Sol. Podemos decir, sin temor a equivocarnos, que una supernova anónima explotó hace miles de millones de años y sembró la nube de gas que dio lugar a nuestro sistema solar, poniendo allí los materiales complejos y necesarios para que algunos miles de millones de años más tarde, tras la evolución, apareciéramos nosotros.

                           La liberación de los fotones hizo un universo transparente y la luz, recorrió, desde entonces, todos los confines del Cosmos

Las estrellas evolucionan desde que en su núcleo se comienza a fusionar hidrógeno en helio, de los elementos más ligeros a los más pesados. Avanza creando en el horno termonuclear, cada vez, metales y elementos más pesados. Cuando llega al hierro y explosiona en la forma descomunal deuna supernova. Luego, cuando este material estelar es otra vez recogido en una nueva estrella rica en hidrógeno, al ser de segunda generación (como nuestro Sol), comienza de nuevo el proceso de fusión llevando consigo materiales complejos de aquella supernova.

Puesto que el peso promedio de los protones en los productos de fisión como el cesio y el kriptón, por ejemplo, es menor que el peso promedio de los protones de uranio, el exceso de masa se ha transformado en energía mediante E = mc². Esta es la fuente de energía que subyace en la bomba atómica de tan malos recuerdos.

Así pues, la curva de energía de enlace no sólo explica el nacimiento y muerte de las estrellas y la creación de elementos complejos que también hicieron posible que nosotros estemos ahora aquí y, muy posiblemente, será también el factor determinante para que, lejos de aquí, en otros sistemas solares a muchos años luz de distancia, puedan florecer otras especies inteligentes que, al igual que la especie humana, se pregunten por su origen y estudien los fenómenos de las fuerzas fundamentales del universo, los componentes de la materia y, como nosotros, se interesen por el destino que nos espera en el futuro.

Una proto-estrella es aquella que acaba de nacer, cuando en esa fase del nacimiento lanza grandes cantidades de hidrógeno y oxígeno desde sus polos, se está formando y mediante estos mecanismos busca la estabilidad que la mantendrá fusionando hidrógeno en helio durante miles de millones de años.

Cuando alguien oye por vez primera la historia del nacimiento, vida y muerte de las estrellas, por regla general (lo se por experiencia) no dice nada, sin embargo, su rostro refleja escepticismo. ¿Cómo de gas y polvo puede surgir una estrella? ¿Cómo puede vivir10.000 millones de años? Después de todo, nadie ha vivido tanto tiempo como para ser testigo de su evolución. Y, si es así, ¿Cómo pueden saberlo? Bueno, lo cierto es que sí, tenemos los medios necesarios para saber eso…y mucho más.

El Universo no tiene límites y todo lo que podamos pensar quien está presente en él, ahí estará. Fijaos en lo que nos mostró National Geographic, las imágenes de un raro ejemplar de un solo ojo descubierto por pescadores en el Golfo de California.

National Geographic acostumbra a asombrar al mundo con sus espectaculares fotografías, en ocasiones de especies tan asombrosas que parecen sacadas de otro planeta. Qué no habrá por ahí fuera?

   Claro que tenemos los medios técnicos y científicos para saber la edad que tienen las estrellas.

Nuestro Sol, la estrella alrededor de la que giran todos los planetas de nuestro Sistema  Solar, la estrella más cercana a la Tierra (150 millones de Km = 1 UA), con un diámetro de 1.392.530 Km, tiene una edad de 4.500 millones de años. Y, sabemos tanto de él como de nuestra cercana Luna. Incluso se están realizando estudios con sofisticados ingenios tecnológicos que nos dirán lo que realmente ocurre en el núcleo del Sol.

Es tal su densidad, es tal su enormidad (es el 99% de todo el Sistema Solar) que, cada segundo, transforma por medio de la fusión nuclear, 4.654.000 toneladas de hidrógeno en 4.650.000 toneladas de helio; las 4.000 toneladas restantes son lanzadas al espacio exterior en forma de luz y calor, de la que una parte nos llega a la Tierra y hace posible la vida. Se calcula que al Sol le queda material de fusión para otros 4.500 millones de años. Cuando transcurra dicho periodo de tiempo, se convertirá en una gigante roja, eyectará el material de sus capas exteriores al espacio interestelar para formar una Nebulosa Planetaria y se transformará finalmente en una estrella enana blanca. Para entonces, ya no podremos estar aquí.

Para cuando nuestro Sol se transforme en algo como lo que arriba podemos ver, ¿Dónde estará la Humanidad? Aunque es posible que, para entonces,no quede ningún rastro de nuestra presencia aquí, o, también podría suceder que estemos tan ricamente instalados en otros mundos. ¡Quién sabe!

Cuando mentalmente me sumerjo en las profundidades inmensas del universo que nos acoge, al ser consciente de su enormidad, veo con claridad meridiana lo insignificante que somos en el contexto del Universo “infinito”. Como una colonia de bacterias que habitan en una manzana, allí tienen su pequeño mundo, lo más importante para ellas, y, no se paran a pensar que puede llegar un niño que, de un simple puntapié, las envíe al infierno.

¡Es todo tan relativo! Millones de seres infinitesimales pueden vivir ahí arriba, y, para ellos, ese es, su universo. Ajenos a todo lo que ocurre a su alrededor nacen, se multiplican y mueren. Simplemente es cuestión de tamo, de perspectiva y, desde luego, de consciencia.

Igualmente, nosotros nos creemos importantes dentro de nuestro cerrado y limitado mundo en el que, de momento, estamos confinados.El paso del Tiempo nos permitió evolucionar, y, al observar la Naturaleza y contemplar las maravillas que encerraba, mirar a los cielos y, asombrados ver el brillo de las estrellas, buscamos la manera de llegar hasta ellas para poder aprender lo importantes que eran para nosotros y para la vida. También, desde un universo pequeño de esferas cristalinas, nuestro creciente saber, nos llevó hacia un Universo ilimitado de enormes proporciones que no dejaba de crecer.

Si algún día, aquí en la Tierra, aprendemos a reproducir la energía de las estrellas, ese día, la Humanidad habrá dado uno de los pasos más importantes de toda su historia. La Energía es la base de la vida, y, para poder llegar a las estrellas, donde está nuestro origen primero, es necesario que aprendamos a dominar esa fuente inagotable que nos llevaría más allá, mucho más allá de nuestro Sistema solar.

Tendremos que dominar la energía del Sol, ser capaces de fabricar naves espaciales que sean impenetrables a las partículas que a cientos de miles de trillones circulan por el espacio a la velocidad de la luz, poder inventar una manera de imitar la gravedad terrestre dentro de las naves para poder hacer la vida diaria y cotidiana dentro de la nave sin estar flotando todo el tiempo y, desde luego, buscar un combustible que procure velocidades relativistas, cercanas a c, ya que de otra manera, el traslado por los mundos cercanos se haría interminable. Finalmente, y para escapar del Sistema solar, habría que buscar la manera de romper la barrera de la velocidad de la luz. Bueno, más que romper, se trataría de burlarla.

El entramado de un multiverso desconocido pero, presentido, puede ser el lugar en el que está ubicado el nuestro, entre otros muchos universos en un cúmulo de ellos que, como en el nuestro las galaxias, formen complejas estructuras no de mundos ni de estrellas, ni de galaxias, sino de Universos.

No sería descabellado pensar que nuestro universo es uno de los muchos universos que antes que él existió y que, al cumplir su ciclo, desaparezca para hacer posible la llegada de un nuevo universo, con un nuevo tiempo, un nuevo espacio y unas nuevas especies en multitud de nuevas estrellas y nuevos mundos.

Si es así como realmente sucede, ¿todos los universos que han existido antes o que existirán después tendrán las mismas propiedades que este nuestro?

No creo que en los ciclos de universos se produzcan siempre las mismas consecuencias y estén presentes las mismas fuerzas. Simplemente con que la masa o la carga del electrón fuesen diferentes, el universo también lo sería. Los equilibrios de nuestro universo son muy sensibles, la materia que podemos observar: estrellas y galaxias, planetas y nosotros mismos, son posibles gracias al equilibrio existente a niveles nucleares. Los quarks confinados por gluones que fabrican la fuerza nuclear fuerte, se junta para crear protones y neutrones que conforman los núcleos de la materia y, al ser rodeados por los electrones, dan lugar a los átomos.

Incluso es posible que, otros seres, en otros mundos lejanos, hayan podido llegar a las mismas conclusiones cuánticas que nosotros por diferentes caminos, no importan las matemáticas o las ecuaciones que apliquen, al final del camino, el resultado siempre será el mismo: partículas elementales (Quarks y Leptones) que no importa el nombre que les puedan dar, serán las que formarán otras partículas complejas para formar núcleos que serán rodeados por electrones (sea cual pueda ser el nombre que “ellos” le den), y, de esa manera, a ellos también les aparecerá el átomo que unidos, formarán células que se juntaran para formar moléculas que se unirán para crear la materia.

En cromodinámica cuántica, la propiedad de libertad asintótica hace que la interacción entre quarks sea más débil cuanto más cerca están unos de otros (confinación de quarks) y la fuerza crece cuando los quarks tratan de separarse, es la única fuerza que crece con la distancia. Los quarks y los gluones están confinados en una región cuyo valor se define por:

R » ћc /L » 10^-13cm

En realidad, la única manera de que pudiéramos observar quarks libres, sería en un ambiente con la temperatura del universo primitivo, es la temperatura de deconfinamiento. En aquel ¡infierno! primero del big bang, los quarks estuvieron libres durante un tiempo antes de formar protones y neutrones y otras partículas de las familias de los hadrones, como los mesones.

                                                       Pero, a todo esto, ¿Qué pintamos aquí nosotros?

¡Mirado así no parece que seamos gran cosa! Sin embargo, la cuestión no es tan sencilla, y, parece (al menos a mí) que, si estamos aquí, tenemos algunas obligaciones que cumplir, y, entre ellas, una de las principales es conocer el Universo al que pertenecemos y del que formamos parte. Nuestras mentes, de alguna manera que aún no podemos determinar, están directamente conectadas con el Universo.

Muchos grandes pensadores se han devanado los sesos tratando de desvelar los misterios del Universo, y, desde luego, nos dejaron datos y conocimientos valiosos que ahora, nos sirven de base para que nosotros podamos continuar sus trabajos y desvelos. Así, por medio de la Astronomía, la Astrofísica, la Física y las Matemáticas (la Química también está presente), podremos continuar andando por el largo camino que aún nos queda por recorrer.

Mientras tanto, disfrutemos del Universo pero, sin olvidar que, toda respuesta, está cargada de nuevas preguntas.

¡Ah! una cosa antes de despedirme: ¡Recordad que todos somos uno! Cuando sintamos el dolor ajeno como propio, entonces y solo entonces, seremos Humanidad.

Emilio Silvera Vázquez

  ¡La Física! Es a veces tan extraña

Supernova que calcina a un planeta cercano. Ahí, en esa explosión se producen transiciones de fase que producen materiales pesados y complejos. En una supernova, en orden decreciente tenemos la secuencia de núcleos H, He, O, C, N, Fe, que coincide bastante bien con una ordenación en la tabla periódica que es:

H, He, (Li, Be, B) C, N, O… Fe

¿Apreciáis la maravilla? Las estrellas brillan en el cielo para hacer posible que nosotros estemos aquí descubriendo los enigmas del universo y… de la vida inteligente. Esos materiales para la vida sólo se pudieron fabricar el las estrellas, en sus hornos nucleares y en las explosiones supernovas al final de sus vidas.

La explosión de una estrella gigante y supermasiva hace que esta brille más que la propia galaxia que la acoge.

Pero está claro que todo el proceso estelar evolutivo inorgánico nos condujo desde el simple gas y polvo cósmico a la formación de estrellas y nebulosas solares hasta los planetas, la Tierra en particular, en cuyo medio ígneo describimos la formación de las estructuras de los silicatos, desplegándose con ello una enorme diversidad de composiciones, formas y colores, asistiéndose, por primera vez en la historia de la materia, a unas manifestaciones que contrastan con las que hemos mencionado en relación al proceso de las estrellas.

Desde el punto de vista del orden es la primera vez que nos encontramos con objetos de tamaño comparables al nuestro, en los que la ordenación de sus constituyentes es el rasgo más característico.

Al mismo tiempo nos ha parecido reconocer que esos objetos, es decir, sus redes cristalinas “reales”, almacenan información (memoria) que se nos muestra muy diversa y que puede cobrar interés en ciertos casos, como el de los microcristales de arcilla, en los que, según Cairns-Smith, puede incluso llegar a transmitirse.

Porque, ¿qué sabemos en realidad de lo que llamamos materia inerte? Lo único que sabemos de ella son los datos referidos a sus condiciones físicas de dureza, composición, etc; en otros aspectos ni sabemos si pueden existir otras propiedades distintas a las meramente físicas.

Es posible que lo que nosotros llamamos materia inerte, no lo sea tanto, y, puede que incluso tenga memoria que transmite por medios que no sabemos reconocer. Esta clase de materia, se alía con el tiempo y, en cada momento adopta una forma predeterminada y de esa manera sigue evolucionando hasta llegar a su máximo ciclo o nivel en el que, de “materia inerte” llega a la categoría de “materia viva”, y, por el camino, ocupará siempre el lugar que le corresponda. No olvidemos de aquel sabio que nos dijo: “todas las cosas son”. El hombre, con aquellas sencillas palabras, elevó a todas las cosas a la categoría de SER.

¿No os hace pensar que nosotros estemos hechos, precisamente, de lo que llamamos materia inerte?

Pero el mundo inorgánico es sólo una parte del inmenso mundo molecular. El resto lo constituye el mundo orgánico, que es el de las moléculas que contienen carbono y otros átomos y del que quedan excluidos, por convenio y características especiales, los carbonatos, bicarbonatos y carburos metálicos, los cuales se incluyen en el mundo inorgánico.

Sí, hay que comprender que todo tiene su razón de ser, no importa que sea inerte o animado

Según decía expliqué muchas veces, los quarks u y d se hallan en el seno de los nucleones (protones y neutrones) y, por tanto, en los núcleos atómicos. Hoy día, éstos se consideran como una subclase de los hadrones.

La composición de los núcleos (lo que en química se llama análisis cualitativo) es extraordinariamente sencilla, ya que como es sabido, constan de neutrones y protones que se pueden considerar como unidades que dentro del núcleo mantienen su identidad. Tal simplicidad cualitativa recuerda, por ejemplo, el caso de las series orgánicas, siendo la de los hidrocarburos saturados la más conocida. Recordad que su fórmula general es C_nH_2n+2, lo que significa que una molécula de hidrocarburo contiene n átomos de carbono (símbolo C) y (2n+2) átomos de hidrógeno (símbolo H).

                ¡Maravillas de la materia! Que no solo son los átomos y las simples moléculas que nos constituyen, sino en la forma en que éstas se combinan, en la construcción de la estructura celular. La vida sólo aparece cuando surge una célula.

El número de protones y neutrones determina al elemento, desde el hidrógeno (el más simple), al uranio (el más complejo), siempre referido a elementos naturales que son 92; el resto son artificiales, los conocidos transuránicos en cuyo grupo están el einstenio o el plutonio, artificiales todos ellos.

Los núcleos, como sistemas dinámicos de nucleones, pertenecen obviamente a la microfísica y, por consiguiente, para su descripción es necesario acudir a la mecánica cuántica. La materia, en general, aunque presumimos de conocerla, en realidad, nos queda mucho por aprender de ella.

Hablemos un poco de moléculas.

El número de especímenes atómicos es finito, existiendo ciertas razones para suponer que hacia el número atómico 173 los correspondientes núcleos serían inestables, no por razones intrínsecas de inestabilidad “radiactiva” nuclear, sino por razones relativistas. Ya antes me referiría a las especies atómicas, naturales y artificiales que son de unos pocos millares; en cambio, el número de moléculas conocidas hasta ahora comprende varios millones de especímenes, aumentando continuamente el número de ellas gracias a las síntesis que se llevan a cabo en numerosos laboratorios repartidos por todo el mundo.

Una molécula es una estructura con individualidad propia, constituida por núcleos y electrones. Obviamente, en una molécula las interacciones deben tener lugar entre núcleos y electrones, núcleos y núcleos y electrones y electrones, siendo del tipo electromagnético.

Debido al confinamiento de los núcleos, el papel que desempeñan, aparte del de proporcionar la casi totalidad de la masa de la molécula, es poco relevante, a no ser que se trate de moléculas livianas, como la del hidrógeno. De una manera gráfica podríamos decir que los núcleos en una molécula constituyen el armazón de la misma, el esqueleto, cuya misión sería proporcionar el soporte del edificio. El papel más relevante lo proporcionan los electrones y en particular los llamados de valencia, que son los que de modo mayoritario intervienen en los enlaces, debido a que su energía es comparativamente inferior a la de los demás, lo que desempeña un importante papel en la evolución.

Desde las moléculas más sencilla, como la del hidrógeno con un total de 2 electrones, hasta las más complejas, como las de las proteínas con muchos miles de ellos, existe toda una gama, según decía, de varios millones.  Esta extraordinaria variedad de especies moleculares contrasta con la de las especies nucleares e incluso atómicas.

La molécula de agua es polar en virtud principalmente de su geometría angular

Sin entrar en las posibles diferencias interpretativas de estas notables divergencias, señalaré que desde el punto de vista de la información, las especies moleculares la poseen en mucho mayor grado que las nucleares y atómicas.

Dejando aparte los núcleos, la información que soportan los átomos se podría atribuir a la distribución de su carga eléctrica, y en particular a la de los electrones más débilmente ligados. Concretando un poco se podría admitir que la citada información la soportan los orbitales atómicos, pues son precisamente estos orbitales las que introducen diferencias “geométricas” entre los diferentes electrones corticales.

Justamente esa información es la que va a determinar las capacidades de unión de unos átomos con otros, previo el “reconocimiento” entre los orbitales correspondientes. De acuerdo con la mecánica cuántica, el número de orbitales se reduce a unos pocos. Se individualizan por unas letras, hablándose de orbitales s, p, d, f, g, h. Este pequeño número nos proporciona una gran diversidad.

La llamada hibridación (una especie de mezcla) de orbitales es un modo de aumentar el número de mensajes, esto es, la información, bien entendido que esta hibridación ocurre en tanto y en cuanto dos átomos se preparan para enlazarse y formar una molécula. En las moléculas, la información, obviamente, debe abarcar todo el edificio, por lo que en principio parece que debería ser más rica que en los átomos. La ganancia de información equivale a una disminución de entropía; por esta razón, a la información se la llama también negantropía.

En términos electrónicos, la información se podría considerar proporcionada por un campo de densidad eléctrica, con valles, cimas, collados, etc, es decir, curvas iso-electrónicas equivalentes formalmente a las de nivel en topografía. Parece razonable suponer que cuanto más diverso sean los átomos de una molécula, más rica y variada podrá ser su información, la información que pueda soportar.

La Naturaleza ha creado un sin fin de obras de artes vivientes que, como nosotros mismos, son maravillas en sí mismas, y, dentro de lo que podamos, nosotros, animales “racionales”, debemos hacer todo lo posible por preservar esos tesoros que, no siempre están a salvo con nuestro instinto depredador.

    La belleza está con nosotros

La enorme variedad de formas, colores, comportamientos, etc que acompaña a los objetos, incluidos los vivientes, sería una consecuencia de la riqueza en la información que soportan las moléculas (y sus agregados) que forman parte de dichos objetos. Ello explicaría que las moléculas de la vida sean en general de grandes dimensiones (macromoléculas). La inmensa mayoría de ellas contiene carbono. Debido a su tetra-valencia y a la gran capacidad que posee dicho átomo para unirse consigo mismo, dichas moléculas pueden considerarse como un esqueleto formado por cadenas de esos átomos.

El carbono no es el único átomo con capacidad para formar los citados esqueletos. Próximos al carbono en la tabla periódica, el silicio, fósforo y boro comparten con dicho átomo esa característica, si bien en un grado mucho menor.

Emilio Silvera Vázquez