El átomo de Demócrito era mucho más de lo que él, en un principio intuyó que sería. Hoy sabemos que está conformado por diversas partículas de familias diferentes: unas son bariones que en el seno del átomo llamamos nucleones, otras son leptones que giran alrededor del núcleo para darle estabilidad de cargas, y, otras, de la familia de los Quarks, construyen los bariones del núcleo y, todo ello, está, además, vigilado por otras partículas llamadas bosones intermedios de la fuerza nuclear fuerte, los Gluones que, procuran mantener confinados a los Quarks.

Pero no corramos tanto, la física atómica aún debería recorrer un largo camino para llegar a comprender la estructura que acabamos de reseñar. De los trs principales componentes del átomo -el protón, el neutrón y el electrón-, sólo el electrón había sido identificado (por J.J. Thomson, en los últimos años del siglo XIX). Nadie hablaba de energía “nuclear” pues ni siquiera se había demostrado la existencia de un núcleo atómico, y mucho menos de sus partículas constituyentes, el protón y el neutrón, que serían identificados, respectivamente, por Thomson en 1913 y James Chawick en 1932.

De importancia capital resultó conocer la existencia del núcleo y que éste, era 1/100.000 del total del átomo, es decir, casi todo el átomo estaba compuesto de espacios “vacíos” y, la materia así considerada, era una fracción inifintesimal del total atómico.

Rutherford, Hans Geiger y Ernest Marsden se encontraban entre los Estrabones y Tolomeos de la cartografía atómica, en Manchester , de 1909 a 1911, sonderaron el átomo lanzando corrientes de “partículas alfa” subatómicas -núcleos de helio- contra delgadas laminillas de oro, plata, estaño y otros metales. La mayoría de partículas Alfa se escapaban a través de las laminillas, pero, para sombro de los experimentadores, algunas rebotaban hacia atrás. Rutherford pensó durante largo tiempo e intensamente en este extraño resultado; era tan sorprendente, señalaba, como si una bala rebotase sobre un pañuelo de papel. Finalmente, en una cena en su casa en 1911, anunció a unos pocos amigos que había dado con una explicación: que la mayoría de la masa de un átomo reside en un diminuto núcleo masivo. Ruthertford pudo calcular la carga y el diámetro máximo del núcleo atómico. Así se supo que los elementos pesados eran más pesados que los elementos ligeros porque los núcleos de sus átomos tienen mayor masa.

Todos sabemos ahora, la función que desarrollan los electrones en el átomo. Pero el ámbito de los electrones para poder llegar a la comprensión completa, tuvo que ser explorado, entre otros, por el físico danés Niels Bohr, quien demostró que ocupaban órbitas, o capas, discretas que rodean al núcleo. (Durante un tiempo Bohr consideró el átomo como un diminuto sistema solar, pero ese análisis, pronto demostró ser inadecuado; el átomo no está rígido por la mecánica newtoniana sino por la mecánica cuántica.)

Entre sus muchos otros éxitos, el modelo de Bohr revelaba la base física de la espectroscopia. El número de electrones de un átomo está determinado por la carga eléctrica del núcleo, la que a su vez se debe al número de protones del núcleo, que es la clave de la identidad química del átomo. Cuando un electróncae  de una órbita externa a una órbita interior emite un fotón. La longitud de onda de este fotón está determinada por las órbitas particulares entre las que el electrón efectúa la transición. E esta es la razón de que un espectro que registra las longitudes de onda de los fotones, revele los elementos químicos que forman las estrellas u otros objetos que sean estudiados por el espectroscopista. En palabras de Max Planck, el fundador de la física cuántica, el modelo de Bohr del átomo nos proporciona “la llave largamente buscada de la puerta de entrada al maravilloso mundo de la espectroscopia, que desde el descubrimiento del análisis espectral (por Fraunhoufer) había desafiado obstinadamente todos los intentos de conocerlo”.

                   El Cinturón de Orión formado por las trs estrellas: Alnitak, Alnilam y Mintaka

Es curioso que, mirando en la oscura noche como brillan las estrellas del cielo, nos atrae su titilar engañoso (es la atmósfera terrestre la que hace que lo parezca) y su brillo, Sin embargo, pocos llegan a pensar en lo que verdaderamente está allí ocurriendo. Las transformaciones de fase por fusión no cesan. Esta transformación de materia en energía es consecuencia de la equivalencia materia-energía, enunciada por Albert Einstein en su famosa fórmula E=mc²; donde E es la energía resultante, m es la masa transformada en energía, y c es la velocidad de la luz (300 000 kilómetros por segundo). La cantidad de energía que se libera en los procesos de fusión termonuclear es fabulosa. Un gramo de materia transformado íntegramente en energía bastaría para satisfacer los requerimientos energéticos de una familia mediana durante miles de años.

Es un gran triunfo del ingenio humano el saber de qué, están confomadas las estrellas, de qué materiales están hechas. Recuerdo aquí a aquel Presidente de la Real Society de Londres que, en una reunión multitudinaria, llegó a decir: “Una cosa está clara, nunca podremos saber de qué están hechas las estrellas”. El hombre se vistió de gloria con la, desde entonces, famosa frase. Creo que nada, con tiempo por delante, será imposible para nosotros.

Pero, por maravilloso que nos pueda parecer el haber llegado a la comprensión de que los espectros revelan saltos y tumbos de los electrones en sus órbitas de Bohr, aún nadie podía hallar en los espectros de las estrellas las claves significativas sobre lo que las hace brillar. En ausencia de una teoría convincente, se abandonó este campo a los taxonomistas, a los que seguían obstinadamente registrando y catalogando espectros de estrellas, aunque no sabían hacia donde los conduciría esto.

En el Laboratorio de la Universidad de Harvard, uno de los principales centros de la monótona pero prometedora tarea de la taxonomía estelar, las placas fotográficas que mostraban los colores y espectros de decenas de miles de estrellas se apilaban delante de “calculadoras”, mujeres solteras en su mayoría y, de entre ellas, Henrietta Leavitt, la investigadora pionera de las estrellas variables Cefeidas que tan útiles serían a Shapley y Hubble.

Imagen de Sirio A, la estrella más brillante del cielo tomada por el Telescopio Hubble  (Créd. NASA). Sirio es la quinta estrella más cercana y tiene una edad de 300, millones de años. Es una estrella blanca de la secuencia principal de tipo espectral A1V con temperatura superficial de 10 000 K y situada a 8,6 años luz de la Tierra. Es una estrella binaria y, de ella, podríamos contar muchas historias. La estrella fue importante en las vidas de Civilizaciones pasadas como, por ejemplo, la egipcia.

Fue Cannon quien, en 1915, empezó a discernir la forma en una totalidad de estrellas en las que estaba presente la diversidad, cuando descubrió que en una mayoría, las estrellas, pertenecían a una de media docena de clases espectrales distintas. Su sistema de clasificación, ahora generalizado en la astronomía estelar, ordena los espectros por el color, desde las estrellas O blancoazuladas, pasando por las estrellas G amarillas como el Sol, hasta estrellas rojas M. Era un rasgo de simplicidad denajo de la asombrosa variedad de las estrellas.

Pronto se descubrió un orden más profundo, en 1911, cuando el ingeniero y astrónomo autodidacta danés Ejnar Hertzsprung analizó los datos de Cannon y Maury de las estrellas de dos cúmulos, las Híades y las Pléyades. Los cúmulos como estos son genuinos conjuntos de estrellas y no meras alineaciones al azar; hasta un observador inexperimentado salta entusiasmado cuando recorre con el telescopio las Pléyades, con sus estrellas color azul verdoso enredadas en telarañas de polvo de diamante, o las Híades, cuyas estrellas varían en color desde el blanco mate hasta un amarillo apagado.

                                                 Las Híades

Hertzsprung utilizó los cúmulos como muestras de laboratorio con las que podía buscar una relación entre los colores y los brillos intrínsecos de las estrellas. Halló tal relación: la mayoría de las estrellas de ambos cúmulos caían en dos líneas suavemente curvadas. Esto, en forma de gráfico, fue el primer esbozo de un árbol de estrellas que desde entonces ha sido llamado diagrama Hertzsprung-Russell.

El progreso en física, mientras tanto, estaba bloqueado por una barrera aparentemente insuperable. Esto era literal: el agente responsable era conocido como barrera de Coulomb, y por un tiempo frustró los esfuerzos de las físicos teóricos para comprender como la fusión nuclear podía producir energía en las estrellas.

La línea de razonamiento que conducía a esa barrera era impecable. Las estrellas están formadas en su mayor parte por hidrógeno. (Esto se hace evidente en el estudio de sus espectros.) El núcleo del átomo de Hidrógeno consiste en un solo protón, y el protón contiene casi toda la masa del átomo. (Sabemos esto por los experimentos de Rutherford). Por tanto, el protón también debe contener casi toda la energía latente del átomo de hidrógeno. (Recordemos que la masa es igual a la energía: E = mc².) En el calor de una estrella, los protones son esparcidos a altas velocidades -el calor intenso significa que las partículas involucradas se mueven a enormes velocidades- y, como hay muchos protones que se apiñan en el núcleo denso de una estrella, deben tener muchísimos choques. En resumen, la energía del Sol y las estrellas, puede suponerse razonablemente, implica las interacciones de los protones. Esta era la base de la conjetura de Eddintong de que la fuente de la energía estelar “difícilmente puede ser otra que la energía subatómica, la cual, como se sabe, existe en abundancia en toda materia”.

                                            Plasma en ebullición en la superficie del Sol

Hasta el momento todo lo que hemos repasado está bien pero, ¿Qué pasa con la Barrera de Coulomb? Los protones están cargados positivamente; las partículas de igual carga se repelen entre sí; y este obstáculo parecía demasiado grande para ser superado, aun a la elevada velocidad a la que los protones se agitaban en el intenso calor del interior de las estrellas. De acuerdo con la física clásica, muy raras veces podían dos protones de una estrella ir con la rapidez suficiente para romper las murallas de sus campos de fuerza electromagnéticos y fundirse en un solo núcleo. Los cálculos decían que la tasa de colisión de protones no podía bastar para mantener las reacciones de fusión. Sin embargo, allí estaba el Sol, con el rostro radiante, riéndose de las ecuaciones que afirmaban que no podía brillar.

Afortunadamente, en el ámbito nuclear, las reglas de la Naturaleza no se rigen por las de la mecánica de la física clásica, que tienen validez para grandes objetos, como guijarros y planetas, pero pierden esa validez en el reino de lo muy pequeño. En la escala nuclear, rigen las reglas de la indeterminación cuántica.  La mecánica cuántica demuestra que el futuro del protón sólo puede predecirse en términos de probabilidades: la mayoría de las veces el protón rebotará en la Barrera de Coulomb, pero de cuando en cuando, la atravesará. Este es el “efecto túnel cuántico”; que permite brillar a las estrellas.

George Gamow, ansioso de explotar las conexiones entre la astronomía y la nueva física exótica a la que era adepto, aplicó las probabilidades cuánticas a la cuestión de la fusión nuclear en las estrellas y descubrió que los protones pueden superar la Barrera de Coulomb. Esta historia es mucho más extensa y nos llevaría hasta los trabajos de Hans Bethe, Edward Teller y otros, así como, al famoso Fred Hoyle y su efecto Triple Alfa y otras maravillas que, nos cuentan la historia que existe desde los átomos a las estrellas del cielo.

emilio silvera

Recordando

Ángel Luis Sucasas Avilés 1 AGO 2014 – 23:45 CEST18

Llega el auge de novelas sobre viajes en el Tiempo, subgénero creado por un olvidado autor español.

 

                       

Unos viajeros en el tiempo, con la máquina ideada por Gaspar en 1887, vistos por el ilustrador gallego Pinturero. / Pinturero.

 

El Festival Celsius 232 lleva la fantasía y el terror a las calles de Avilés

Tic-tac, tic-tac. Suenan los relojes en Avilés. Bien sea con el frío e inaudible latido digital para los prácticos o con el potente vibrar de un reloj de leontina para los románticos, el constante fluir del tiempo se percibe en la ciudad asturiana, capital de la literatura fantástica mundial por su festival Celsius 232, que se despide hoy sábado. La importancia del reloj (y el calendario) la da una nueva ola de novelas —muchas, de nuevo cuño y con firma española; otras, reediciones de clásicos en el olvido— con el mismo leitmotiv: los viajes en el tiempo como pilar central de la trama.

 

El caso es que los autores de estos paseos temporales, Félix J. Palma y su venidera El mapa del caos (Plaza y Janés), Vladímir Voinóvich y su clásico Moscú 2042 (Automática editorial), Tim Powers y sus reeditadas Las puertas de Anubis (Gigamesh), Nerea Riesco y su Tempus (Minotauro), Nina Allan y sus Máquinas del tiempo (Nevsky), tienen en la boca un solo padre al que venerar: H.G. Wells, que escribió su inmortal La máquina del tiempo en 1895 y del que la editorial Sportula prepara una reedición con nueva traducción del ganador del Minotauro Rodolfo Martínez. Pero resulta que el verdadero colonizador de este subgénero de lo fantástico fue, como pasó con las Américas, un español: Enrique Lucio Eugenio Gaspar y Riambau (Madrid, 1842 – Olorón, 1902). Diplomático, dramaturgo y autor de la primera novela de la historia de la literatura que inventa una máquina para viajar en el tiempo: El Anacronópete (1887).

 

Gaspar era un trotamundos. Grecia, Francia, China… Vida de diplomático que le costó caro a su prestigio literario al estar lejos de los círculos de influencia (periódicos y tertulias) de la época. Así las cosas, se planteó arrumbar por una vez su producción dramatúrgica y escribir la primera novela que inventaba una máquina del tiempo y planteaba este subgénero dentro de la naciente ciencia ficción, después de las célebres fantasías de Dickens (Un cuento de navidad, 1843) o Poe (Un cuento de montañas escabrosas, 1844). ¿Cómo es esta máquina que inventa? Pues algo así como una casa voladora con unas “cucharas” que le permiten cambiar el giro de la esfera terrestre y con ello retroceder en el tiempo. María de los Ángeles Ayala (Alicante, 1950), profesora de literatura en la Universidad de Alicante y experta en el siglo XIX, señala que además de pionera la novela merece la pena: “Su calidad literaria es muy alta. Como era un gran dramaturgo, construye unos diálogos y personajes estupendos”. Eso sí, no se moja al compararla con la archiconocida de Wells: “Las dos tienen grandes méritos”.

 

                                                                   

Portada original de ‘El anacronópete’, primera novela de la historia con una máquina del tiempo escrita por el español Enrique Gaspar. / Francesc Soler

La obra ahora mismo se encuentra descatalogada. Pero sus semillas inverosímilmente han arraigado en jóvenes autores españoles. Al menos en uno. Francisco Miguel Espinosa (Alicante, 1990), de 24 años, y que presenta en Avilés su Cabeza de ciervo (Dolmen, 2014), es ferviente admirador de esta novela y tiene hasta escrita una segunda parte: “Se titula El Anacrónopete conquista el futuro. Me encontré con las cartas de rechazo de editores que nada sabían de la obra original: ‘No podemos publicar la continuación de algo que nadie conoce’. España es de esos lugares que se vanaglorian en olvidar sus logros”.

 

                           

                             

Pero aparte de quién fue el primero, el viaje en el tiempo literario tiene por pregunta esencial el cómo. Varios cómo. El primero es el teorema/ingenio/magia que permite el viaje. La máquina del tiempo es el ejemplo estrella: aparatosa, acompañada de luz y rayos y un probable estallido en blanco. Pero se puede viajar en el tiempo haciendo click en una cámara de fotos, como sucede en Legión (Brandon Sanderson, Fantascy), donde un científico consigue retratar el pedazo del pasado que elija. Solo con conocer el instante y el lugar preciso, ¡voilà!, Cristo ascendiendo el Gólgota, Julio César y los puñales, la cabeza de María Antonieta… Pero puede ser algo tan abstracto como una enfermedad: “Cronotenia, una enfermedad que te hace saltar en el tiempo”, confiesa, entusiasmado, Félix J. Palma (Cádiz, 1968), único best-seller español de género fantástico en el Top del The New York Times que cerrará en octubre su ambiciosa trilogía de ciencia ficción decimonónica con El mapa del caos. “El tejido del tiempo se resiente con estos saltos. Y claro, hay que enviar a unos cyborgs para que eliminen a los infectados antes que la realidad se colapse”.

 

                         

Segundo cómo: ¿Cómo es el tiempo? ¿Es reversible? ¿Es inmutable? ¿Es infinito? Tres teorías se han planteado en la ficción como respuesta. Uno: que no puede cambiar, como han sostenido autores como Tim Powers en su clásico Las puertas de Anubis. Dos: que sí cambia pero que altera irreversiblemente la historia y así el hogar del viajero nunca existió/existirá; o aún peor, el propio viajero, como ocurría en la inolvidable Regreso al futuro con Michael J. Fox viendo cómo su carne se volvía translúcida.

 

             

              Nina Allan

Tres, que por cada decisión que tomamos, tan banal como pedir una coca cola en vez de una caña, creamos un nuevo universo. Y el conjunto de todos ellos, que jamás se tocan, se llamaría multiverso. En este último paradigma se mueven la mayoría de novelas contemporáneas, como sucede en las sugerentes Máquinas del tiempo de Nina Allan (Londres, 1966), donde un reducido elenco de personajes va reencontrándose en distintas hebras del tiempo: “Me gusta pensar que el viaje en el tiempo no es algo épico, sino algo del día a día. Que lo hacemos cada vez que tomamos una decisión, de una manera natural, sin pensar en ello”.

 

Los efectos secundarios de viajar en el tiempo en ‘Regreso al futuro’.

¿Y qué dice la ciencia de todo esto? Pues poco menos que: “¡Paparruchas!”. Luis Álvarez Gaume (1955, Madrid), director durante seis años del departamento de Física Teórica del CERN, el hogar más ilustre de la cuántica mundial, ve entre los que se toman en serio del multiverso y los que creían en el espiritismo pocas diferencias: “Es literatura barata, paradojas psicolingüísticas. Que sepamos, solo se puede viajar en el tiempo hacia delante”. Gaume arranca de raíz cualquier escapatoria fantasiosa a ese “que sepamos”. Algunos son complejos y tienen que ver con que no se puede entender el mundo cuántico más que como una sopa de energía, de interacciones constantes que no permiten aislar un suceso concreto de su entorno y juguetear con él para sacarlo de su espacio-tiempo. Otras, de lógica aplastante: “La primera paradoja la sabemos todos: ¿Qué pasaría si mato a mi abuelo? Pero hay otra: Si alguna vez fuera posible, entonces, ¿Dónde están los turistas del futuro?”.