El problema de si las constantes físicas son realmente constantes se las trae. Aparte del trabalenguas terminológico arrastra tras de sí unas profundas consecuencias, ya que, si alguna de ellas no fuesen constantes… ¿Cómo podría estar presente la vida en el Universo? Son precisamente, estos parámetros, los que permitieron que la vida pudiera surgir.

Todos hablan del ajuste fino del universo, es decir, esa seríe de parámetros que, en su conjunto, son los que hacen que la vida sea posible aquí en la Tierra (es la única que podemos conocer), y, si sucedió “aquí, creo que también lo hizo en otros mundos, ya que nuestro universo es igual en todas partes.

Muchos parámetros clave de la física no parecen estar fuertemente limitados por la biología. Tomemos el ejemplo tan citado de la abundancia de carbono. La existencia del carbono como elemento de larga vida depende de la relación entre las fuerzas electromagnéticas y las nucleares fuertes, que determina la estabilidad del núcleo. Pero los núcleos mucho más pesados que el carbono son estables, por lo que el elemento que da vida se encuentra cómodamente dentro del rango de estabilidad. La fuerza electromagnética podría ser sustancialmente más fuerte, sin amenazar la estabilidad del carbono. Por supuesto, si fuera más fuerte, entonces la resonancia nuclear específica responsable de la abundancia de carbono sería inoperable, pero no está claro qué tan grave sería esto. La vida podría surgir, aunque más escasamente, en un universo donde el carbono fuera simplemente un elemento traza, o podría haber abundante carbono debido a diferentes resonancias nucleares.

El físico Paul Davies ha afirmado que «la tentación de creer que el Universo es el producto de algún tipo de diseño… es abrumadora» y que «ahora hay un amplio acuerdo entre los físicos y los cosmólogos de que el universo está, en muchos aspectos, ‘afinado’ para la vida». Sin embargo, continúa, «la conclusión no es tanto que el universo está afinado para la vida, sino que está afinado para los bloques de construcción y los entornos que la vida requiere». ​

Pero el propio Davies rechaza el diseño inteligente. Por su parte, Davies sostuvo «si hay un significado último para la existencia, como creo que es el caso, la respuesta se encuentra dentro de la naturaleza, no más allá de ella. De hecho, el universo podría ser un ajuste, pero si es así, se ha ajustado a sí mismo».​

Si cambiara la carga eléctrica del electrón, o, la masa del protón… ¡Los átomos no se podrían formar! U, sin átomos ¿Cómo se podrían formar las moléculas de la materia?

Estos y otros parámetros de la naturaleza hace que nuestro Universo sea tal como lo podemos ver

Está muy claro que, nuestro “mundo” es como es, debido a una serie de parámetros que poco a poco, hemos ido identificando y hemos denominado Constantes de la Naturaleza. Esta colección de números misteriosos son los culpables, los responsables, de que nuestro universo sea tal como lo conocemos que, a pesar de la concatenación de movimientos caóticamente impredecibles de los átomos y las moléculas, nuestra experiencia es la de un mundo estable y que posee una profunda consistencia y continuidad.

El físico Victor Stenger se opuso al ajuste fino, y especialmente al uso teísta de los argumentos del ajuste fino. Sus numerosas críticas incluyeron lo que él llamó «la suposición totalmente injustificada de que solo la vida basada en el carbono es posible». A su vez, el astrofísico Luke Barnes ha criticado gran parte del trabajo de Stenger.​

La validez de los ejemplos de ajuste fino a veces se cuestiona sobre la base de que dicho razonamiento es un antropomorfismo subjetivo aplicado a las constantes físicas naturales. Los críticos también sugieren que la afirmación de un universo afinado y del principio antrópico son esencialmente tautologías.​

Sí, nosotros también hemos llegado a saber que con el paso del tiempo, aumenta la entropía y las cosas cambian. Sin embargo, algunas cosas no cambian, continúan siempre igual, sin que nada les afecte. Esas, precisamente, son las constantes de la naturaleza que, desde mediados del siglo XIX, comenzó a llamar la atención de físicos como George Johnstone Stoney (1.826 – 1.911, Irlanda).

¿Qué haríamos sin las Constantes universales? Bueno, no podríamos hacer nada… ¡No estaríamos aquí!

     Alfa (α), la constante de estructura fina. … en lo relativo a las constantes de la naturaleza, éstas habrían surgido sin ser invitadas y, como mostraban claramente sus unidades naturales (unidades …

Parece, según todas las trazas, que el universo, nuestro universo, alberga la vida inteligente porque las constantes de la naturaleza son las que aquí están presentes, cualquier ligera variación en alguna de estas constantes habría impedido que surgiera la vida en el planeta que habitamos. El universo con las constantes ligeramente diferentes habría nacido muerto, no se hubieran formado las estrellas ni se habrían unido los quarks para construir nucleones (protones y neutrones) que formaran los núcleos que al ser rodeados por los electrones construyeron los átomos que se juntaron para formar las moléculas y células que unidas dieron lugar a la materia.  Esos universos con las constantes de la naturaleza distintas a las nuestras, estarían privados del potencial y de los elementos necesarios para desarrollar y sostener el tipo de complejidad organizada que nosotros llamamos vida.

¿Se aplicará a las Constantes este pensamiento?

Nadie ha sabido responder a la pregunta de si las constantes de la naturaleza son realmente constantes o llegará un momento en que comience su transformación. Hay que tener en cuenta que para nosotros, la escala del tiempo que podríamos considerar muy grande, en la escala de tiempo del universo podría ser ínfima. El universo, por lo que sabemos, tiene 13.500 millones de años. Antes que nosotros, el reinado sobre el planeta correspondía a los dinosaurios, amos y señores durante 150 millones de años, hace ahora de ello 65 millones de años.  Mucho después, hace apenas 2 millones de años, aparecieron nuestros antepasados directos que, después de una serie de cambios evolutivos desembocó en lo que somos hoy.

Durante mucho tiempo, la fuerza de la gravedad hizo que nubes masivas de hidrógeno y helio colapsaran sobre sí mismas. A medida que el gas se iba concentrando, la presión en el centro aumentaba, y con la presión aumentaba también la temperatura.

Cuando la presión y la temperatura fueron lo suficientemente altas comenzaron las reacciones de fusión. En ese momento, hace unos 13.000 millones de años, apenas 1.000 millones de años después del Big Bang, nacieron las primeras ESTRELLAS, estrellas con mayúsculas pues se piensa que eran GIGANTES.

Se cree que las primeras estrellas fueron muy masivas, de al menos unas cien veces la masa de nuestro Sol, y, por tanto, más grandes que las grandes estrellas de las Pléyades.

       Había grumos con mayor densidad de materia.

Por efecto de la gravedad, la materia empieza a acumularse donde hay un poco más de materia. Las regiones con mayor densidad atraen a la materia de su alrededor.

Con el paso de cientos de millones de años se van formando estructuras de materia y vacíos.

La gravedad va dando forma a estas estructuras: son los gérmenes de galaxias primitivas detectables hoy en día.

Todo ello pudo suceder como consecuencia de que, 200 millones de años después del Big Bang se formaron las primeras estrellas que, a su vez, dieron lugar a las primeras galaxias.

El material primario del universo fue el hidrógeno, el más sencillo y simple de los elementos que componen la tabla periódica. Hoy día, 13.500 millones de años después, continúa siendo el material más abundante del universo junto al helio.

Para hacer posible el resurgir de la vida, hacían falta materiales mucho más complejos que el hidrógeno; éste era demasiado simple y había que fabricar otros materiales que, como el carbono, el hidrógeno pesado, el nitrógeno, oxígeno, etc, hicieran posible las combinaciones necesarias de materiales diferentes y complejos que, al ser bombardeados por radiación ultravioleta y rayos gammas provenientes del espacio, diera lugar a la primera célula orgánica que sería la semilla de la vida.

¿Quién, entonces, fabricó esos materiales complejos si en el universo no había nadie?

Buena pregunta. Para contestar tengo que exponer aquí algunas características de lo que es una estrella, de cómo se puede formar, como puede ser, y cuál será su destino final. Veamos:

Grandes masas de materia (hidrógeno y Helio) se van agrupando por la Gravedad y más denso en el centro alcanza temperaturas enormes hasta que comienza a brillar como protoestrella, más tarde consiguen la fusión del hidrógeno en Helio y entran en la Secuencia Principal. Desde entonces, el nacimiento y la muerte de las estrellas no han dejado de suceder . Hoy en día podemos ver cómo se forman en distintas nubes de gas, como la de la imagen, situada cerca de la Gran Nube de Magallanes. Ahí se producen las secuencias necesarias para que surjan protoestrellas que se hacen mayores y, en ocasiones tienen consigo sus propios planetas que la orbitan durante miles de millones de años.

Lo que conocemos como estrella es una bola de gas luminosa que, durante una etapa de su vida, produce energía por la fusión nuclear del hidrógeno en helio. El término estrella, por tanto, no sólo incluye estrellas como el Sol, que están en la actualidad quemando hidrógeno, sino también protoestrellas, aún en formación y no lo suficientemente calientes como para que dicha combustión nuclear haya comenzado, y también varios tipos de objetos más evolucionados como estrellas gigantes y supergigantes, que están quemando otros combustibles nucleares, o las enanas blancas y las estrellas nucleares, que están formadas por combustible nuclear gastado.

Las estrellas se forman a partir de enormes nubes de gas y polvo que a veces tienen hasta años-luz de diámetro.  Las moléculas de polvo, unidas a las de los gases, se rozan y se ionizan, se calientan y la  nube comienza a girar lentamente. El enorme conglomerado, poco a poco se va juntando y la temperatura aumenta. Tal enormidad de materia crea una fuerza gravitatoria que hace contraerse la nube sobre sí misma; su diámetro y su temperatura en el núcleo es tal que se produce la fusión de los protones de hidrógeno que se transforman en un material más complejo, el helio, y ese es el momento en que nace la estrella que, a partir de ahí, puede estar miles de millones de años brillando y produciendo energía termonuclear.

La masa máxima de las estrellas puede rondar las 120 masas solares (salvo excepciones), es decir, ser 120 veces mayor que nuestro Sol, y por encima de este límite sería destruida por la enorme potencia de su propia radiación. La masa mínima para poder ser una estrella se fija en 0’08 masas solares; por debajo de ella, los objetos no serían lo suficientemente calientes en sus núcleos como para que comience la combustión del hidrógeno y se convertirían en enanas marrones. Las luminosidades de las estrellas varían desde alrededor de medio millón de veces la luminosidad del Sol para las más calientes hasta menos de la milésima de la del Sol para las enanas más débiles. Aunque las estrellas más prominentes visibles a simple vista son más luminosas que el Sol, la mayoría de las estrellas son en realidad más débiles que éste y, por tanto, imperceptibles a simple vista.

                        De momento no se ha descubierto ninguna

Como he dicho antes, el brillo de las estrellas (la luz y el calor) es el resultado de la conversión de masa en energía (E = mc²), por medio de reacciones nucleares, las enormes temperaturas de millones de grados de su núcleo, hace posible que los protones de los átomos del hidrógeno se fusionen y se conviertan en átomos de helio. Por cada kilogramo de hidrógeno quemado de esta manera, se convierten en energía aproximadamente siete gramos de masa. De acuerdo con la famosa ecuación de Einstein (arriba reseñada), los siete gramos equivalen a una energía de 6’3 × 10¹⁴ julios. Las reacciones nucleares no sólo aportan la luz y el calor de las estrellas, sino que también producen elementos pesados, más complejos que el hidrógeno y el helio que, posteriormente, son  distribuidos por el universo, cuando al final de la estrella, esta explota en supernova, lanzando sus capas exteriores al espacio que de esta forma, deja “sembrado” de estos materiales el “vacío” estelar.

La variedad de estrellas es grande y para los estudiosos fascinantes.  Tal diversidad es debida a la evolución que desde su formación tiene cada tipo de estrella en función de su masa y de los gases y polvo cósmico que la forman y los que se crean en su núcleo (horno solar) a miles de millones de grados de temperatura capaces de transformar materiales simples como el hidrógeno hacia una gama más compleja y pesada que, finalmente, mediante la explosión de supernova (más temperatura), arroja al espacio materiales que, a su vez, forman nuevas estrellas de 2ª y 3ª generación con materiales complejos.  La vida en nuestro planeta pudo surgir gracias a que en la Tierra había abundancia de estos materiales creados en las estrellas. Podemos decir, sin temor a equivocarnos que nosotros mismos estamos hechos del  material creado en las estrellas lejanas que posiblemente, hace miles de millones de años explotó en supernova a millones de años luz de nuestro Sistema Solar.

A lo largo de la exposición anterior, en algún momento determinado me referí la entropía, y haciendo un alto en el camino, antes de continuar con nuestro objetivo, quiero explicar aquí qué es la entropía:

Se denota con el símbolo S y está referida a la medida de la NO disponibilidad de la energía de un sistema para producir trabajo; en un sistema cerrado, un aumento de la entropía está acompañado por un descenso en la energía disponible. Cuando un sistema desarrolla un cambio reversible, la entropía (S) cambia en una cantidad igual a la energía transferida al sistema en forma de calor (Q) dividida por la temperatura termodinámica a la cual tiene lugar el proceso (T), es decir:

ΔS = Q/T

Sin embargo, todos los procesos reales son en un cierto grado cambios irreversibles y en cualquier sistema cerrado un cambio irreversible siempre está acompañado de un aumento de la entropía.

En un sentido más amplio, la entropía puede ser interpretada como una medida del desorden; cuanto mayor es la entropía, mayor es el desorden.

Como cualquier cambio real en un sistema cerrado tiende a una mayor entropía, y por tanto a un mayor desorden, se deduce que si la entropía del universo está aumentando, la energía disponible está decreciendo (muerte térmica del universo), si se considera el universo como un sistema cerrado.  Este aumento de la entropía del universo es una manera de formular el segundo principio de la termodinámica.

También nosotros mismos, considerados individualmente como sistemas cerrados, estamos afectados por la entropía que con el paso del tiempo aumenta y perdemos energía ganando en desorden. El desorden físico de nuestro sistema animal que inexorablemente se encamina, imparable, al caos final. Claro que mientras eso llega, tenemos la obligación ineludible de contribuir, en la forma que cada cual pueda, para que el mañana sea mejor para aquellos que nos siguen.

Continuemos con los objetos supermasivos y, tras el agujero negro, el más cercano en densidad es una estrella de neutrones. Objeto extremadamente pequeño y denso que se forma cuando una estrella masiva, de 1’5 a 2 masas solares, al finalizar la fusión, sufre una explosión de supernova de tipo II. Durante la explosión, el núcleo de la estrella masiva se colapsa bajo su propia gravedad hasta que, a una densidad de unos 10¹⁷ Kg/m³, los electrones y los protones están tan juntos que pueden combinarse para formar neutrones. El objeto resultante consiste sólo en neutrones; se mantiene estable frente a un mayor colapso gravitacional por la presión de degeneración de los neutrones, siempre que su masa no sea mayor que dos masas solares (límite de Oppenheimer-Volkoff). Si el objeto fuese más masivo colapsaría  hasta formar un agujero negro.

Una típica estrella de neutrones, con una masa poco mayor que la del Sol, tendría un diámetro de solo unos 30 Km, y una densidad mucho mayor que la que habría en un terrón de azúcar con una masa igual a la de toda la humanidad.

Cuanto mayor es la masa de una estrella de neutrones, menor es su diámetro. Se cree que las estrellas de neutrones tienen un interior de neutrones superfluidos (es decir, neutrones que se comportan como un fluido de viscosidad cero), rodeados por una corteza sólida de más o menos 1 Km de grosor compuesta por elementos como el hierro.

Los púlsares son estrellas de neutrones magnetizadas en rotación. Las binarias de rayos X masivas también se piensa que contienen estrellas de neutrones.

                                                                                        Quásares y Púlsares

Un púlsar es una fuente de radio desde la que recibimos señales altamente regulares. Han sido catalogados más de 700 púlsares desde que se descubrió el primero en 1.967. Como antes dije, son estrellas de neutrones que están en rápida rotación y cuyo diámetro ronda 20 – 30 Km. Están altamente magnetizadas (alrededor de 10⁸ tesla), con el eje magnético inclinado con respecto al eje de rotación. La emisión de radio se cree que surge por la aceleración de partículas cargadas por encima de los polos magnéticos. A medida que rota la estrella, un haz de ondas de radio barre la Tierra, siendo entonces observado el pulso, de forma similar a la luz de un faro. Los períodos de los pulsos son típicamente de 1 s, pero varían desde los 1’56 ms (púlsares de milisegundo) hasta los 4’35. Los periodos de los pulsos se alargan gradualmente a medida que las estrellas de neutrones pierden energía rotacional, aunque unos pocos púlsares jóvenes son propensos a súbitas perturbaciones conocidas como ráfagas.

Las medidas precisas de tiempos en los púlsares han revelado la existencia de púlsares binarios, y un pulsar, PSR1257+12, se ha demostrado que está acompañado por objetos de masa planetaria.

    El púlsar escondido en la Nebulosa del Cangrejo

Han sido detectados destellos ópticos procedentes de unos pocos púlsares, notablemente los púlsares del Cangrejo y Vela.

La mayoría de los púlsares se piensa que se crean en explosiones de supernova por el colapso del núcleo de una estrella supergigantes (como en el caso de los agujeros negros pero en estrellas menos masivas), aunque en la actualidad hay considerables evidencias de que al menos algunos de ellos se originan a partir de enanas blancas que han colapsado en estrella de neutrones después de una acreción de masa de una estrella compañera, formando lo que se conoce como púlsar reciclado.

La gran mayoría de púlsares conocidos se encuentran en la Vía Láctea y están concentrados en el plano galáctico. Se estima que hay unos 100.000 púlsares en la galaxia. Las observaciones de la dispersión interestelar y del efecto Faraday en los púlsares suministran información sobre la distribución de electrones libres y de los campos magnéticos de la Vía Láctea.

                                El Pulsar Vela y sus alrededores

Los púlsares se denotan por el prefijo PSR seguido de la posición aproximada en ascensión recta (4 dígitos) y declinación (2 ó 3 dígitos), normalmente para la época 1.950,0. Las cifras pueden estar precedidas por B si las coordenadas son para la época 1.950,0 o J para la época 2.000,0.

Nuestro universo es igual en todas partes. Las leyes que rigen en todo el universo son las mismas. La materia que puebla el universo, gases estelares, polvo cósmico, galaxias con cientos de miles de millones de estrellas y sistemas planetarios, también son iguales en cualquier confín del universo.   Todo el universo, por lo tanto, está plagado de agujeros negros y de estrellas de neutrones. En realidad, con el transcurso del tiempo, el número de estos objetos masivos estelares irá en aumento, ya que cada vez que explota una estrella supermasiva, nace un nuevo agujero negro o una estrella de neutrones, transformándose así en un objeto distinto del que fue en su origen. De gas y polvo pasó a ser estrella y después se transformó en un agujero negro o en una estrella de neutrones.

Pero demos el toque final al Ajuste Fino del Universo.

El argumento del universo afinado también ha sido criticado como un argumento por falta de imaginación, ya que no asume otras formas de vida, a veces referidas como chovinismo del carbono. Conceptualmente, la bioquímica alternativa u otras formas de vida son posibles.​ Al respecto, Stenger argumentó: «No tenemos ninguna razón para creer que nuestro tipo de vida basada en el carbono es todo lo que es posible. Además, la cosmología moderna teoriza que múltiples universos pueden existir con diferentes constantes y leyes de la física. Por lo tanto, no es sorprendente que vivamos en la que más nos conviene. El universo no está afinado a la vida; la vida está afinada al universo».​

Además, los críticos argumentan que los humanos están adaptados al universo a través del proceso de evolución, en lugar de que el universo se adapte a los humanos (ver el pensamiento de charco, a continuación). También lo ven como un ejemplo de la falla lógica de la arrogancia o el antropocentrismo en su afirmación de que los seres humanos son el propósito del universo.

A mi, como siempre digo, me faltan conocimientos para debatir sobre el tema del Ajuste Fino del Universo para que fuese posible la aparición de la vida, sobre todo cuando se trata de hacer ver que, ese “Ajuste Fino” lo ha tenido que hacer una conciencia superior. ya que (según nos dicen),  son parámetros muy complejos que no pueden haber surgido por Azar, t, además, todos esos parámetros confluyen y hacen posible que la vida apareciera en el Universo.

Pocas dudas pueden caber en el sentido de que, la vida surgió poque se daban las condiciones precisas para ello. Sin embargo, la vida evolucionó después de muchos fracasos, y, las especies que crecieron fueron, precisamente, las que supieron adaptarse a esas condiciones que el universo nos ofrece. Es decir, fue la vida la que se adapto a lo que había, y no al reves, “que una mano superior pudo allí lo que tenía que haber para que la vida pudiera llegar”.

Claro que, todo dependen bajo el punto de vista con el que se mirew, y, mi perspectiva del tema es esa.

Emilio Silvera Vázquez

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Historias que circulan y no todas coinciden.

Historias del pasado que, la mayoría de las veces, al ser contadas de generación en generación, se ven aumentadas con una dosis de imaginación que, finalmente, desvirtúan los hechos. Sin embargo, habrá que reconocer que son más interesantes al llevar ese ingrediente de fantasía. La Atrlántida, Tartessos, el Diluvio.

Emilio Silvera V.

[?]

Algunos han hablado de la pocilidad de que, en otros mundos, puedan existir formas de vida basadas en el Silicio, y, si así fuese (que es muy dudoso), nos las podríamos encontrar sin tener la menor idea de que son “seres vivos”.

Lo llamativo del caso es que, actualemte, los científicos están construyendo máquinas cuyos principales materialres es el silciio, y están tratando de dotarlas de conciencia.

Por mi parte creo que, la conciencia solo puede surgir en formas de vida basadas en el Carbono.

¿Puede existir la vida basada en el silicio?

Todos sabemos que la vida está esencialmente basada en el carbono y quizá alguna vez te hayas sentido tentado a preguntarte: pero ¿por qué la vida no pudo evolucionar de un elemento diferente?  Se dice que el carbono es la base de la vida porque se encuentra presente en las estructuras biológicas de todos los seres vivos. Vemos carbono en moléculas como la glucosa, que es aquella que encontramos en alimentos como frutas y verduras, y al incorporarlas nos dan energía, por ejemplo; En las proteínas que nos permiten transportar el oxígeno que inspiramos.

Una vida de carbono

 

 

El carbono es el elemento químico que sustenta toda la vida en la Tierra. En la naturaleza existen 92 elementos químicos en estado natural. Es decir, 92 tipos distintos de átomos. Son las pequeñas piezas que se combinan entre sí para formar toda la materia conocida. Los átomos se combinan para formar moléculas, y las moléculas se unen para formar la materia. Todo lo que vemos a nuestro alrededor se forma con sólo esos 92 elementos. Incluidos nosotros mismos.                                    

El 95% del cuerpo de los seres vivos se compone por sólo cuatro elementos: carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno. De ellos, el carbono es el más importante. Sin él, no podría formarse el ADN. Las proteínas, glúcidos, vitaminas y grasas también son compuestos de carbono.

¿Qué elemento de la tabla periódica sería un buen candidato para reemplazar al carbono?, pues recordemos cómo se organizan los elementos en la tabla. Los elementos en un mismo grupo tienden a mostrar propiedades similares. El carbono pertenece al grupo IV, y el elemento más cercano a este en ese grupo es el silicio. Ambos tienen 4 electrones de valencia, lo que hace posible que ambos puedan formar hasta cuatro enlaces covalentes.

El primero en proponer en serio la vida basada en el silicio como una alternativa a la vida basada en el carbono en la comunidad científica fue el astrofísico alemán Julius Schneider. El usó esta teoría en 1891 para predecir la vida en los planetas rocosos de nuestro sistema solar. Luego en 1893, James Emerson Reynolds propuso  que la vida basada en el silicio podría existir, pero a temperaturas extremadamente altas, porque los compuestos de silicio conocidos en ese momento eran estables, incluso a altas temperaturas.

Treinta años después, J.B.S Haldane sugirió que la vida basada en el silicio podría existir en las rocas fundidas en el interior de la Tierra. El manto de la Tierra contiene suficiente silicio y, como se dijo antes, los compuestos de silicio son muy estables a altas temperaturas. En años recientes el Dr. Thomas Gold, un renombrado astrofísico austríaco (ahora fallecido), escribió un libro sobre la posibilidad de la vida basada en el silicio en el interior de la Tierra: The Deep Hot Biosphere, un libro ciertamente muy controversial y que valdría la pena leer.

Con el conocimiento de que el carbono y el silicio tiene propiedades químicas similares y que el silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre (mucho más abundante que el carbono), hay que preguntarse no sólo si la vida de silicio puede existir sino también por qué no existe ya, al menos en nuestras condiciones ambientales.  La respuesta según Nicholas Linn se encuentra principalmente en el tamaño y la diferencia entre la energía de los orbitales de los átomos de carbono y los átomos de silicio.

¿Podría la vida de Silicio estar entre nosotros y no la hemos sabido percibir?

Un átomo de silicio tiene 8 electrones más que un átomo de carbono y el tamaño de enlace homogéneo es de 235 pm a comparación de los 77 pm del carbono. La nube electrónica más grande del silicio hace que los electrones de valencia tengan mayor energía, así los enlaces del silicio generalmente son más débiles que los del carbono.  Esta diferencia por sí sola es suficiente para explicar por qué el carbono crea vida y el silicio crea rocas, al menos en las condiciones estándares de la Tierra.

Usando el software de modelamiento molecular y química computacional  PC Spartan Pro v5.1, Nicholas Linn de la Universidad de Carolina del Norte realizó experimentos  para determinar que o bien las diferencias entre el carbono y el silicio se pueden superar o que las propiedades químicas del silicio simplemente no son aptas para la formación de cualquier vida.

        Molécula de Carbono

Una comparación de carbono y el silicio se elaboró y las propiedades de cada uno fueron probados. Ejecutando un alto nivel de cálculo (densidad funcional), la aplicación Spartan optimizó las geometrías de las  moléculas, calculados energías totales y rastreando las superficies de densidad de los enlaces en isovalores estándar (.08 electrones / ų ). A través de estos métodos, la estabilidad y las interacciones del silicio y el carbono en las moléculas de tipo orgánico puede ser investigado empíricamente y la viabilidad de la vida a base de silicio puede ser determinada.

Los Resultados de Linn

Linn realizó diferentes experimentos comparando las moléculas de carbono reales con las moléculas de sílicio teóricas de la misma estructura. El primero tenía que ver con el modelamiento de la molécula de etino más conocida como acetileno, el alquino más sencillo.

C₂H₂ es una molécula de carbono simple con un enlace triple, la molécula de carbono más simple conteniendo un triple enlace. La versión de silicio produjo una molécula con mas de una sexta parte de la energía de la molécula de carbono y con una densidad electrónica baja en la región del enlace triple, sugiriendo un compuesto altamente inestable y débilmente enlazado. Un ensayo similar realizó con el eteno o etileno.

El compuesto de silicio tenía una muy alta energía y una baja densidad electrónica en el área de enlace, lo que sugiere que los enlaces dobles de silicio son muy débiles y que probablemente el silicio no forma dobles enlaces.

El tercer experimento consistía en modelar un anillo de benceno (C₆H₆), con átomos de silicio. Los anillos de benceno se producen en casi todas las grandes moléculas orgánicas no polimerizadas como los grupos fenilo y alteran a nivel crítico las propiedades moleculares.

Nuevamente, los resultados indican que el silicio no puede formar estructuras como lo hace el carbono. El ángulo del enlace Si-Si-H es demasiado agudo y es muy probable que no sea estable. Debido a que el átomo de silicio es mayor que el de carbono, no puede duplicar la unión π del carbono, que es necesaria para estabilizar los electrones deslocalizados en C6H6 y mantener la estructura de resonancia del anillo. Los resultados sugieren que el silicio no puede formar un anillo estable de seis miembros.

Otro experimento realizado ponía a prueba la creación de productos del proceso de respiración. En la respiración normal, la reacción

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ —> 6CO₂ + 6H₂O + energía

ocurre. El  CO₂  producido es una sustancia de desecho gaseosa que es fácil de excretar. Si esta reacción ocurriera con el silicio, se produciiía SiO­₂ . Cuando fue modelado, el SiO­₂  formaba un sólido en vez de un gas, cosa que no es fácil de remover de un organismo.

Como el silicio tiene una alta afinidad por el oxígeno, estos sólidos se producirían con frecuencia, creando a una criatura bastante frágil. Ambos detalles complicarían severamente la fisiología de un organismo.

Otros anillos podrían sustituir al benceno, tales como las estructuras heterogéneas modelados a continuación, aunque tampoco se forman bien. Estas moléculas tenían altas energías y baja densidad en torno a los átomos de silicio, sin embargo las densidades individuales de los enlaces eran lo suficientemente altas como para que una molécula puede ser sostenida en condiciones apropiadas (anillo de densidad de C4O de comparación).

La incapacidad del silicio para formar cadenas mas largas se evidencia abajo.

 La densidad del enlace en las cadenas de silicio son muy bajas  para sustentar el polímero. Sin este tipo de cadenas, algunas moléculas indispensables como la glucosa y varios ácidos grasos no existirían para que un organismo las utilice.

Pero algo de evidencia empírica existente sustenta la posibilidad de que exista la vida basada en el silicio:

El silicio puede formar cadenas estables con un híbrido de silicio y carbono.

El siliciotambién interacciona con ácido fluorhídrico (un ácido débil), una sustancia que podría ser usada como solvente para separar moléculas específicas; el agua actúa de manera similar en la vida de plantas y animales ordenando varias vitaminas  basadas en su solubilidad.

Estructuras porosas llamadas “zeolitas”, que son combinaciones de metaloides tipo minerales, como el silicio, pueden actuar como membranas semipermeables (como paredes de las células), lo que permite que ciertas moléculas pasen a través mientras que otras no. La  zeolita en la parte inferior izquierda está transportando una molécula de xileno.

 Después de revisar las propiedades del sílicio, es muy poco probable que exista vida basada en el silicio,  al menos en las condiciones terrestres en las que hay vida como la conocemos. Simplemente el silicio no puede formar tanta diversidad de moléculas como lo hace el carbono bajo las condiciones naturales actuales, sin embargo el silicio tiene algunas propiedades que el carbono no posee. Tal vez en algún recóndito lugar del Universo es probable que pueda haberse desarrollado alguna forma de vida basada en el silicio. Como propuso el Dr. Thomas Gold, tal vez sea bajo condiciones de temperatura extrema, o quién sabe. Espero que un día seamos lo suficientemente afortunados como para encontrarla, si no es aquí en la Tierra, en otro lugar.

Por mi parte me alegro de estar compuesto de carbono, un organismo compuesto de silicio se vería masomenos así según Dickinson y Schaller:

Sinceramente creo que se vería bien como mascota (es broma).

Bueno, hasta aquí la entrada, algo larga, pero creo que interesante.

Según mi lego parecer (no tengo conocimiento para emitir un juicio científico), a esas grandes corporaciones que tratan de crear máquinas basadaas en el silicio (los Chips prodigiosos), a las que llaman Inteligencia Artificial, y que dicen van a dotar de Conciencia… ¡Lo tienen crudo! Máquinas con cerebros positrónicos a los que quieren, no ya igualar, sinos sobrepadsar a los cerebros humanaos… Parece altamente dudoso. Lo de los Chips está bien, almacenar datos e información casi “infinita”, podría ser. Sin embargo, actuar mejor que los 86.000 millones de neuronas… ¡No parece creíble! Sobre todo, en ese ámbito de la repentización en el que, los humanos, podemos buscar una solución rápida a un problema inesperado, ya que, las máquinas, se ciñen a las instrucciones que le dieron, a los datos que su cerebro contiene, y, nada de eso, les dota para poder repentizar, y, mucho menos, para tener sentimeintos.

Máuinas dotadas de conciencia y basadas en el silicio ¿Dónde?

Emilio Silvera V.

Referencias bibliográficas:

1. Linn, N. 2001. Can Silicon based life exist?. Summer Ventures in Science and Mathematics. UNC, Charlotte.
2. ATS. 2004. Silicon-based life. Is silicon-based life similar to terrestrial life possible?
3. Silicon-based life.
4. En:  http://www.daviddarling.info/encyclopedia/S/siliconlife.html (14/02/13).

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Solo el 1% de las formas de vida que han vivido en la Tierra están ahora presentes, el 99%, por una u otra razón se han extinguido. Sin embargo, ese pequeño tanto por ciento de la vida actual, supone unos cinco millones de especies según algunas estimaciones. La  Tierra acoge a todas esas especies u palpita de vida que prolifera por doquier. Hay seres vivos por todas partes y por todos los rincones del inmenso mosaico de ambientes que constituye nuestro planeta encontramos formas de vida, cuyos diseños parecen hechos a propósito para adaptarse a su hábitat, desde las profundidades abisales de los océanos hasta las más altas cumbres, desde las espesas selvas tropicales a las planicies de hielo de los casquetes polares. Se ha estimado la edad de 3.800 millones de años desde que aparecieron los primeros “seres vivos” sobre el planeta (dato de los primeros microfósiles). Desde entonces no han dejado de aparecer más y más especies, de las que la mayoría se han ido extinguiendo. Desde el siglo XVIII en que Carlos Linneo propuso su Systema Naturae no han cesado los intentos por conocer la Biodiversidad…, de la que por cierto nuestra especie, bautizada como Homo sapiens por el propio Linneo, es una recién llegada de apenas 200.000 años.

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El movimiento rotacional puro se da cuando cada partícula del cuerpo se mueve en un círculo alrededor de una sola línea. Esta línea se llama eje de rotación. En consecuencia, los radios vectores desde el eje a todas las partículas experimentan el mismo desplazamiento angular al mismo tiempo.

Estamos hablando de las partículas y no podemos dejar a un lado el tema del movimiento rotatorio de las mismas. Usualmente se ve cómo la partícula gira sobre su eje, a semejanza de un trompo, o como la Tierra o el Sol, o nuestra galaxia o, si se me permite decirlo, como el propio universo. En 1.925, los físicos holandeses George Eugene Uhlenbeck y Samuel Abraham Goudsmit aludieron por primera vez a esa rotación de las partículas. Éstas, al girar, generan un minúsculo campo electromagnético; tales campos han sido objeto de medidas y exploraciones, principalmente por parte del físico alemán Otto Stern y el físico norteamericano Isaac Rabi, quienes recibieron los premios Nobel de Física en 1.943 y 1.944 respectivamente, por sus trabajos sobre dicho fenómeno.

Esas partículas (al igual que el protón, el neutrón y el electrón), que poseen espines que pueden medirse en números mitad, se consideran según un sistema de reglas elaboradas independientemente, en 1.926, por Fermi y Dirac; por ello, se las llama y conoce como estadísticas Fermi-Dirac. Las partículas que obedecen a las mismas se denominan fermiones, por lo cual el protón, el electrón y el neutrón son todos fermiones.

Hay también partículas cuya rotación, al duplicarse, resulta igual a un número par. Para manipular sus energías hay otra serie de reglas, ideadas por Einstein y el físico indio S. N. Bose. Las partículas que se adaptan a la estadística Bose-Einstein son bosones, como por ejemplo la partícula alfa.

Las reglas de la mecánica cuántica tienen que ser aplicadas si queremos describir estadísticamente un sistema de partículas que obedece a reglas de esta teoría en vez de los de la mecánica clásica. En estadística cuántica, los estados de energía se considera que están cuantizados. La estadística de Bose-Einstein se aplica si cualquier número de partículas puede ocupar un estado cuántico dad. Dichas partículas (como dije antes) son bosones, que tienden a juntarse.

Los bosones tienen un momento angular nh/2π, donde n es 0 o un entero, y h es la constante de Planck. Para bosones idénticos, la función de ondas es siempre simétrica. Si sólo una partícula puede ocupar un estado cuántico, tenemos que aplicar la estadística Fermi-Dirac y las partículas (como también antes dije) son los fermiones que tienen momento angular (n + ½)h / 2π y cualquier función de ondas de fermiones idénticos es siempre antisimétrica. La relación entre el espín y la estadística de las partículas está demostrada por el teorema espín-estadística.

El espacio euclidiano bidimensional o simplemente espacio bidimensional (también conocido como espacio 2D o plano euclidiano) es un entorno geométrico en el que se requieren dos valores (llamados parámetros) para determinar la posición de un elemento (es decir, punto) en el plano.

En un espacio de dos dimensiones es posible que haya partículas (o cuasipartículas) con estadística intermedia entre bosones y fermiones. Estas partículas se conocen con el nombre de aniones; para aniones idénticos, la función de ondas no es simétrica (un cambio de fase de +1) o antisimétrica (un cambio de fase de -1), sino que interpola continuamente entre +1 y -1. Los aniones pueden ser importantes en el análisis del efecto Hall cuántico fraccional y han sido sugeridos como un mecanismo para la superconductividad de alta temperatura.

Este principio es el que permite que existan estrellas enanas blancas y de neutrones

Debido al principio de exclusión de Pauli, es imposible que dos fermiones ocupen el mismo estado cuántico (al contrario de lo que ocurre con los bosones). La condensación Bose-Einstein es de importancia fundamental para explicar el fenómeno de la super-fluidez. A temperaturas muy bajas (del orden de 2×10^-7K) se puede formar un condensado de Bose-Einstein, en el que varios miles de átomos forman una única entidad (un super-átomo). Este efecto ha sido observado con átomos de rubidio y litio. Como ha habréis podido suponer, la condensación Bose-Einstein es llamada así en honor al físico Satyendra Nath Bose (1.894 – 1.974) y a Albert Einstein. Así que, el principio de exclusión de Pauli tiene aplicación no sólo a los electrones, sino también a los fermiones; pero no a los bosones.

Si nos fijamos en todo lo que estamos hablando aquí, es fácil comprender cómo forma  un campo magnético la partícula cargada que gira, pero ya no resulta tan fácil saber por qué ha de hacer lo mismo un neutrón descargado. Lo cierto es que cuando un rayo de neutrones incide sobre un hierro magnetizado, no se comporta de la misma forma que lo haría si el hierro no estuviese magnetizado. El magnetismo del neutrón sigue siendo un misterio; los físicos sospechan que contiene cargas positivas y negativas equivalente a cero, aunque por alguna razón desconocida, logran crear un campo magnético cuando gira la partícula.

El momento magnético del neutrón

En unidades SI, el momento magnético del neutrón es aproximadamente −9.6623640 × 10⁻²⁷ J/T

Particularmente creo que, si el neutrón tiene masa, si la masa es energía (E = mc²), y si la energía es electricidad y magnetismo (según Maxwell), el magnetismo del neutrón no es tan extraño, sino que es un aspecto de lo que en realidad es materia. La materia es la luz, la energía, el magnetismo, en  definitiva, la fuerza que reina en el universo y que está presente de una u otra forma en todas partes (aunque no podamos verla).

Sea como fuere, la rotación del neutrón:

Partículas, antipartículas, fuerzas… :

Blog de Emilio Silvera V.

¿Qué es el antineutrón? Pues, simplemente, un neutrón cuyo movimiento rotatorio se ha invertido; su polo sur magnético, por decirlo así, está arriba y no abajo. En realidad, el protón y el antiprotón, el electrón y el positrón, muestran exactamente el mismo fenómeno de los polos invertidos.

Es indudable que las antipartículas pueden combinarse para formar la antimateria, de la misma forma que las partículas corrientes forman la materia ordinaria.

La primera demostración efectiva de antimateria se tuvo en Brookhaven en 1.965, donde fue bombardeado un blanco de berilio con 7 protones BeV y se produjeron combinaciones de antiprotones y antineutrones, o sea, un anti-deuterón. Desde entonces se ha producido el antihelio 3, y no cabe duda de que se podría crear otros anti-núcleos más complicados aún si se abordara el problema con más interés.

Pero, ¿existe en realidad la antimateria? ¿Hay masas de antimateria en el universo? Si las hubiera, no revelarían su presencia a cierta distancia. Sus efectos gravitatorios y la luz que produjeran serían idénticos a los de la materia corriente. Sin embargo, cuando se encontrasen las masas de las distintas materias, deberían ser claramente perceptibles las reacciones masivas del aniquilamiento mutuo resultante del encuentro. Así pues, los astrónomos observan especulativamente las galaxias, para tratar de encontrar alguna actividad inusual que delate interacciones materia-antimateria.

No parece que dichas observaciones fuesen un éxito. ¿Es posible que el universo esté formado casi enteramente por materia, con muy poca o ninguna antimateria? Y si es así, ¿por qué? Dado que la materia y la antimateria son equivalente en todos los aspectos, excepto en su oposición electromagnética, cualquier fuerza que crease una originaría la otra, y el universo debería estar compuesto de iguales cantidades de la una y de la otra.

                   Aquí detectaron lograron encontrar la anti-materia por primera vez 

Este es el dilema. La teoría nos dice que debería haber allí antimateria, pero las observaciones lo niegan, no lo respaldan. ¿Es la observación la que falla? ¿Y qué ocurre con los núcleos de las galaxias activas, e incluso más aún, con los quásares? ¿Deberían ser estos fenómenos energéticos el resultado de una aniquilación materia-antimateria? ¡No creo! Ni siquiera ese aniquilamiento parece ser suficiente, y los astrónomos prefieren aceptar la noción de colapso gravitatorio y fenómenos de agujeros negros, como el único mecanismo conocido para producir la energía requerida.

Así es por dentro la única fábrica de antimateria del mundo, donde los científicos crean la sustancia más explosiva del universo para entender por qué existimos.

 

Colisionador de Hadrones

Con esto de la antimateria me ocurre igual que con el hecho, algunas veces planteado, de la composición de la materia en lugares lejanos del universo. “Ha caído una nave extraterrestre y nuestros científicos han comprobado que está hecha de un material desconocido, casi indestructible”. Este comentario se ha podido oír en alguna película de ciencia ficción. Podría ser verdad (un material desconocido), sin embargo, no porque la nave esté construida por una materia distinta, sino porque la aleación es distinta y más avanzada a partir de los materiales conocidos del universo. En cualquier parte del universo, por muy lejana que pueda estar, rigen los mismos principios y las mismas fuerzas: la materia y la energía son las mismas en cualquier parte. Lo único que puede diferir es la forma en que se utilice, el tratamiento que se le pueda dar, y sobre todo, el poseer el conocimiento y la tecnología necesarios para poder obtener el máximo resultado de las propiedades que dicha materia encierra, porque, en última instancia, ¿es en verdad inerte la materia?

“Ha sido en uno de ellos, en un experimento que se desarrolla desde hace veinte años en el Centro Europeo de Física de Partículas (CERN), que los investigadores han conseguido un logro que puede ayudar a desentrañar el misterio. Por primera vez en la historia, se ha conseguido observar el espectro de luz de la antimateria, en concreto, del anti-hidrógeno.

No se trata de un descubrimiento sencillo. El hidrógeno, al contar con un solo protón y un único electrón, es el átomo del Universo que mejor se conoce y el más abundante, pero a su opuesto, el anti-hidrógeno, se le entiende de manera muy limitada y producirlo en condiciones de laboratorio es extremadamente difícil.”

        Todo lo que podemos ver en el Universo, sin excepción, está hecho de materia mientras que no se demuestre lo contrario. Dicen que si pudiéramos ver una galaxia de antimateria, nos parecería igual a las otras de materia.

Tiene y encierra tantos misterios la materia que estamos aún a años luz de saber y conocer sobre su verdadera naturaleza. Nos podríamos preguntar miles de cosas que no sabríamos contestar. Nos maravillan y asombran fenómenos naturales que ocurren ante nuestros ojos, pero que tampoco sabemos, en realidad, a qué son debidas. Sí, sabemos ponerles etiquetas como la fuerza nuclear débil, la fisión espontánea que tiene lugar en algunos elementos como el protactinio o el torio, y con mayor frecuencia, en los elementos que conocemos como trans-uránidos. (Más allá del Uranio).

A medida que los núcleos se hacen más grandes, la probabilidad de una fisión espontánea aumenta. En los elementos más pesados de todos (einstenio, fermio y mendelevio), esto se convierte en el método más importante de su ruptura, sobrepasando a la emisión de partículas alfa. ¡Parece que la materia está viva! Son muchas las cosas que desconocemos, y nuestra curiosidad nos empuja continuamente a buscar esas respuestas.

El electrón y el positrón son notables por sus pequeñas masas (sólo 1/1.836 de la del protón, el neutrón, el antiprotón o el antineutrón), y por lo tanto, han sido denominados leptones (de la voz griega leptos, que dignifica “delgado”).

Aunque el electrón fue descubierto en 1.897 por el físico británico Joseph John Thomson (1.856 – 1.940), el problema de su estructura, si la hay, aún no está resuelto. Conocemos su masa y su carga negativa que responden a 9’1093897 (54) × 10^-31 Kg la primera, y 1’60217733 (49) × 10^-19 culombios la segunda, y también su radio clásico r₀ igual a e²/(mc²) = 2’82 × 10^-13 cm. No se ha descubierto aún ninguna partícula que sea menos masiva que el electrón (o positrón) y que lleve una carga eléctrica, sea la que fuese (sabemos cómo actúa y cómo medir sus propiedades, pero aún no sabemos qué es), que tenga asociada un mínimo de masa.

Lo cierto es que el electrón es una maravilla en sí mismo. El universo no sería como lo conocemos si el electrón fuese distinto a como es; bastaría un cambio infinitesimal para que, por ejemplo, nosotros no pudiéramos estar aquí ahora.

                     Muchos granos de arena conforman una inmensa playa

¡No por pequeño se es insignificante!

Claro que, no debemos olvidarnos de que, ¡Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas! Una inmensa galaxia se conforma de un conjunto inmenso de átomos … En nuestro Universo, todo está hecho de Quarks y Leptones. Nosotros, además, ten4emos sentimientos.

En realidad, existen partículas que no tiene asociada ninguna masa en absoluto, es decir, ninguna masa en reposo. Por ejemplo, las ondas de luz y otras formas de radiación electromagnética se comportan como partículas (Einstein en su efecto fotoeléctrico y De Broglie en la difracción de electrones*). Esta manifestación en forma de partículas de lo que, de ordinario, concebimos como una onda, se denomina fotón, de la palabra griega que significa “luz”.

El fotón tiene una masa de 1, una carga eléctrica de 0, pero posee un espín de 1, por lo que es un bosón. ¿Cómo se puede definir lo que es el espín? Los fotones toman parte en las reacciones nucleares, pero el espín total de las partículas implicadas antes y después de la reacción deben permanecer inmutadas (conservación del espín). La única forma de que esto suceda en las reacciones nucleares que implican a los fotones radica en suponer que el fotón tiene un espín de 1. El fotón no se considera un leptón, puesto que este término se reserva para la familia formada por el electrón, el muón y la partícula tau, con sus correspondiente neutrinos: υ_e, υ_μ y υ_τ.

Existen razones teóricas para suponer que cuando  las masas se aceleran (como cuando se mueven en órbitas elípticas en torno a otra masa o llevan a cabo un colapso gravitacional), emiten energía en forma de ondas gravitaciones. Esas ondas pueden, así mismo, poseer aspecto de partícula, por lo que toda partícula gravitacional recibe el nombre de gravitón.

La forma gravitatoria es mucho, mucho más débil que la fuerza electromagnética. Un protón y un electrón se atraen gravitacionalmente con sólo 1/10³⁹ de la fuerza en que se atraen electromagnéticamente. El gravitón (aún sin descubrir) debe poseer, correspondientemente, menos energía que el fotón, y por tanto, ha de ser inimaginablemente difícil de detectar.

   No será fácil detectar gravitones

De todos modos, el físico norteamericano Joseph Weber emprendió en 1.957 la formidable tarea de detectar el gravitón. Llegó a emplear un par de cilindros de aluminio de 153 cm de longitud y 66 de anchura, suspendidos de un cable en una cámara de vacío. Los gravitones (que serían detectados en forma de ondas) desplazarían levemente esos cilindros, y se empleó un sistema para detectar el desplazamiento que llegase a captar la cien-billonésima parte de un centímetro. Las débiles ondas de los gravitones, que proceden del espacio profundo, deberían chocar contra todo el planeta, y los cilindros separados por grandes distancias se verán afectados de forma simultánea. En 1.969, Weber anunció haber detectado los efectos de las ondas gravitacionales. Aquello produjo una enorme excitación, puesto que apoyaba una teoría particularmente importante (la teoría de Einstein de la relatividad general). Desgraciadamente, nunca se pudo comprobar mediante las pruebas realizadas por otros equipos de científicos que duplicaron el hallazgo de Weber.

     Dibujo 20150310 de  stuart marongwe  – mathematical model nexus gravitón

En cualquier caso, no creo que a estas alturas alguien pueda dudar de la existencia de los gravitones, el bosón mediador de la fuerza gravitatoria. La masa del gravitón es 0, su carga es 0, y su espín es 2. Como el fotón, no tiene antipartícula; ellos mismos hacen las dos versiones.

Solo de una cosa estoy seguro: Conocemos muy poco del Universo, nuestra ignorancia es…. ¡Infinita!

Emilio Silvera V.

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