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

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

Las fluctuaciones del vacío entre una esfera y una superficie plana

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

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

 

 

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

 

 

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

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

“Necesario es que aquello que

es posible decir y pensar,  sea.

Porque puede ser,

mientras que lo que nada es,

no lo puede.

Esto te pido consideres.”

Parménides. “Sobre la Naturaleza” (s. V  a.e.c.)

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

- ¿Qué regiones adyacentes?

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

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

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

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

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

Son muchas  las preguntas que no tienen respuestas

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

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

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Distancias astronómicas separan a las estrellas entre sí, a las galaxias dentro del cúmulo, y a los cúmulos en los supercúmulos. Las imágenes nos pueden dar la falsa sensación de cercanía, cuando en realidad, están a enormes distancias las unas de las otras.

 

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

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

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

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

emilio silvera

La mecánica cuántica desentraña los misterios del agua, según dicen unos científicos

La ecuación de Schrödinger, uno de los fundamentos de la teoría de la mecánica cuántica, ha desvelado el funcionamiento de las moléculas del agua gracias al uso de un conjunto de ordenadores super-potentes. Formada por dos átomos de hidrógeno y por uno de oxígeno, se cree que el secreto de las propiedades de este líquido tan común como misterioso radica en la capacidad de sus moléculas para formar determinados enlaces entre los átomos de hidrógeno. El desarrollo de este nuevo modelo informático podría tener múltiples aplicaciones, y quizá resuelva determinadas cuestiones como la razón por la que el agua, en estado sólido (hielo), no se hunde dentro de sí misma.

Constituido por innumerables galaxias de estrellas, de sistemas planetarios, multitud de Nebulosas de las que “nacen” nuevas y brillantes estrellas de todo tipo y mundos, multitud de objetos exóticos como los la variedad que encierran las estrellas de neutrones como púlsares y magneto-estrellas, o, los agujeros negros misteriosos, explosiones Supernovas, y, todo ello, en un espacio de una magnitud inimaginable para nuestras mentes que, rodeados de los objetos y las cosas cotidianas, no se paran a pensar en esas inmensas verdades que están ahí, en la lejanía del espacio-tiempo inconmensurable.

La Humanidad, nuestra especie, siempre miró hacia los confines del cielo estrellado y se hacía preguntas que no podía contestar. En muchos de los trabajos que aquí se han expuesto quedaron reflejadas aquellas Civilizaciones antiguas que nos hablaban, con sus grabaciones en la piedra de  los lejanos confines del cosmos que ellos imaginaban. Hemos podido llegar a un nivel de tecnología que nos permite otear horizontes muy lejanos y captar, con nuestros ingenios, galaxias que se podría decir, sin temor a equivocarnos, que están situados en los confines del Universo.

Podemos examinar la radiación que emiten las estrellas jóvenes, estudiar nebulosas lejanas y captar los extraños átomos y moléculas que las conforman y, al mismo tiempo, observar como se van creando las condiciones precisas de gravitación, vientos estelares y otros fenómenos cósmicos para que, en los nuevos mundos y las nuevas estrellas surjan a la vida (así lo imagino yo). Somos testigos de un carrusel cosmológico que gira y gira “eternamente” envuelto en ciclos de destrucción y creación que se suceden en presencia de energías inimaginables, para que todo siga igual al mismo tiempo que todo cambia.

             Lo cierto es que hemos encontrado mundos muy parecidos a la Tierra

Nuestro Universo ofrece las mejores condiciones para que la Vida, hiciera acto presencia en él. Sin embargo, siempre habrá dos bandos que discrepan en ese sentido: Por un lado están aquellos que creen en la presencia de la vida en múltiples mundos en las galaxias que pueblan el espacio del universo inmenso, y, por la otra parte, están aquellos que niegan tal posibilidad y se aferran a que, para que surgiera la vida en la Tierra, se tuvieron que dar tal cúmulos de condiciones que es imposible que se vuelvan a repetir en ningún otro lugar.

También es cierto que otros muchos mundos no podrían albergar la vida ni en el extremo de las posibilidades conocidas por nosotros y que denominamos extremófila por estar presente en condiciones que nunca podríamos (antes de ser descubierta), haber imaginado que pudiera ser posible que formas de vida existieran en condiciones imposibles. Existen regiones del Universo que son extremadamente peligrosas donde la radiación y las energías extremas están presentes y, ningún mundo que pudiera existir por sus alrededores tendría la posibilidad de albergar ninguna clase de vida.

       Atmósferas corrosivas como la de Venus impide la presencia de vida en multitud de mundos

Somos conscientes de que no podemos vivir aislados y desde siempre hemos tratado de saber qué ocurría más allá, en la lejanía de las estrellas donde algunos imaginativos pensaban que otras criaturas habitaban un sin fín de mundos que, como la Tierra, tendrían las condiciones necesarias para ello. Para ellos, el Universo ofrecía todas las posibilidades a favor y en contra, su diversidad era tanta que mundos llenos de vida pululaban alrededor de estrellas situadas a decenas, cientos, miles o millones de años-luz de nosotros y, también, había mundos imposibles donde nada podía surgir a la vida.

Ni afirmar ni negar podemos. En lo referente a la vida en otros mundos, todo podría ser posible y la vida tanto inteligente como vegetativa en múltiples formas y con distintos metabolismos, como ocurre aquí en nuestro planeta, es posible que esté presente en aquellos mundos que como el nuestro tengan aquellos requisitos necesarios para su sustento. Atmósfera calentada por una estrella benigna que caliente el planeta, océanos y bosques, y, en definitiva, todo aquellos que es necesario para mantener latente formas de vida que como la nuestra, parecida o totalmente diferentes, se desarrollen en un ambiente adecuado a las condiciones que cada especie pudiera requerir.

    Charles Darwin decía:

“Creo que hasta el los lugares más inhóspitos, la vida podría estar presente. La podemos encontrar en cualquier charca caliente”

 

La vida más resistente que se conoce es la vida invisible: los micro-organismos y las bacterias. Los seres vivos capaces de sobrevivir en condiciones extremas se llaman extremófilos. Sobreviven en condiciones que serían letales para cualquier otra forma de vida. Resisten temperaturas extremas, por encima del grado de ebullición del agua y por debajo del de congelación, condiciones de acidez, de falta de luz solar y de oxígeno, de presión, de salinidad… Pueden permanecer en estado de letargo durante miles de años y volver a reanimarse al contacto con el agua.

            Podrían estar en cualquier parte

Lo único que necesitan los extremófilos es: materia orgánica, agua y una fuente de energía. La materia orgánica abunda por todo el Cosmos. Pueden emplear una fuente de energía distinta a la luz solar. De hecho, a comienzos de los 90, se descubrió una bacteria que vivía en el subsuelo, a 7 kms de profundidad, y se alimentaba a base de petróleo. Lo que sí necesita la vida extremófila es agua en estado líquido. O, al menos, así lo creemos. Hasta hoy, no hay pruebas de que ninguna forma de vida pueda sobrevivir sin agua líquida. Pero podemos estar equivocados.

Hasta ahora, la Tierra es el único lugar del universo donde está confirmada la existencia de agua en estado líquido. Pero en el propio Sistema Solar hay planetas y satélites con agua helada. Si se demostrara que los extremófilos pueden sobrevivir con agua helada, se abrirían nuevas posibilidades en la búsqueda de vida extraterrestre.

 Arquea productora de metano. Se han encontrado microorganismos productores de metano en dos ambientes extremos en la Tierra: enterrados bajo kilómetros de hielo en Groenlandia y en los suelos cálidos del desierto. Estos descubrimientos hacen más plausible la esperanza que tenemos sobre la existencia de vida en Marte.

Han pasado más de 150 años desde que Darwin publicara su famosa obra El origen de las especies. Sus ideas han prevalecido en el transcurrir del tiempo y ni los nuevos descubrimientos ni los muchos avances logrados han podido dejar de lado la idea de la evolución. Más de doscientos años después de su nacimiento, sus ideas siguen en el candelero de la Biología y nos habla de que, la vida, como el decía, puede surgir en cualquier charca embarrada y caliente.  Sus ideas han sido profundamente analizadas por los mejores especialistas en biología que han tenido que reconocer su influencia en el mundo científico de los distintos campos de la biología, en general, y de la biología evolutiva, en particular.

Pero es interesante ejemplarizar su capacidad sintetizadora y premonitoria en el por aquel entonces, campo novedoso de la biología, la extremofilia, a partir de la exploración de los lagos salobres del río negro en Argentina. A finales de 1831, Darwin se embarcó en el Beagle (ya contamos aquí aquella historia), tardaron meses en atravesar el Atlántico. Desembarcaron el Maldonado y recorrieron las costas de Uruguay y Argentina realizando numerosas observaciones geológicas, botánicas, zoológicas y antropológicas. Ciertamente, aquella “excursión” investigadora por méritos propios pasó a los anales de la Historia.

                                       La imagen está referida a la Misión Planck de la ESA

En cada tiempo hemos hecho las cosas como hemos podido, siempre en busca del saber y queriendo descubrir los secretos que la Naturaleza esconde. Darwin partió en el Beagle hacia lo desconocido en un viaje peligroso y aventurero en busca de lo desconocido. Ahora, nosotros mucho más adelantados, buscamos lo mismo: Saber. Sin embargo, utilizamos otros medios que, como la Misión Planck de la Esa, por ejemplo, vamos a la búsqueda del origen del Universo.

 

“El telescopio espacial Planck nos ha ayudado a comprender mejor la historia del Universo, desde una fracción de segundo después del Big Bang a la evolución de las estrellas y de las galaxias a lo largo de estos 13.800 millones de años. Aunque la fase de observaciones científicas ya haya terminado, el legado de esta misión sigue vivo.”

 

La misión que data de 2.009, no es algo improvisado que se hizo a la ligera, estuvo planificándose y preparándose durante dos décadas de manera muy cuidadosa y con exquisito esmero para cuidar hasta el último detalle dentro de las más avanzadas técnicas que la ciencia actual podía permitirse. El telescopio espacial Planck nos ha ayudado a comprender mejor la historia del Universo, desde una fracción de segundo después del Big Bang a la evolución de las estrellas y de las galaxias a lo largo de estos 13.700 millones de años. Aunque la fase de observaciones científicas ya haya terminado, el legado de esta misión sigue vivo. Planck se lanzó en el año 2009 y pasó 4.5 años observando el firmamento para estudiar cómo evolucionó la materia cósmica con el paso del tiempo.

                                                 Planck y la radiación cósmica de microondas

Los científicos que trabajan con los datos de Planck presentaron la imagen más precisa de la radiación cósmica de microondas (CMB, por sus siglas en inglés), los restos de la radiación del Big Bang que quedaron grabados en el firmamento cuando el Universo tenía apenas 380.000 años.

La señal CMB es la imagen más precisa de la distribución de masa en el Universo primitivo. En ella se pueden detectar minúsculas fluctuaciones de temperatura que se corresponden con regiones que, en un principio, presentaban densidades ligeramente diferentes, y que constituyen las semillas de todas las estructuras, estrellas y galaxias que podemos ver hoy en día. Jan Tauber, científico del proyecto Planck para la ESA, declaraba:

“Planck nos ha proporcionado la imagen a cielo completo de la señal CMB más precisa de la historia, con la que podremos poner a prueba una gran variedad de modelos sobre el origen y la evolución del cosmos”

El objetivo principal de Gaia es crear un mapa en 3D de alta precisión de nuestra galaxia, la Vía Láctea, observando repetidamente mil millones de estrellas para determinar su posición precisa en el espacio y sus movimientos a través de él. La sonda espacial Gaia es otro de los muchos proyectos que tratan de investigar dónmde estamos situados en el contexto de nuestra Galaxia, la Vía Láctea.

                                             Euclides para estudiar el Universo

La Agencia Espacial Europea (ESA)  ha dado luz verde a la misión Euclides, que se lanzó en 2020 con el objetivo de estudiar la misteriosa energía oscura que compone el 73% del Universo. La misión Euclides contará con un telescopio de 1,2 metros de diámetro que nutrirá una cámara de 576 millones de píxeles con imágenes en muy alta resolución de 2.000 millones de galaxias, equivalente a las del Telescopio Espacial Hubble. Con esos datos, y mediante tecnología de infrarrojos, los científicos desarrollarán una cartografía de las grandes estructuras del Universo y medirán la distancia entre las galaxias captadas por la cámara.

WISE, el telescopio infrarrojo de la NASA, entre otros muchos resultados, detectó 2,5 millones de agujeros negros super-masivos en la fase de absorción activa de la materia.

El telescopio WISE ha llegó al final de su fase de mapear en infrarrojo, pero continuó con la misión de realizar el seguimiento de los más cercanos cometas y asteroides, además de enanas marrones. Se ideó un telescopio infrarrojo que orbitara la Tierra y que ha sido empleado para mapear objetos fríos, polvorientos o lejanos que los telescopios de luz visible no pueden observar. Durante 2010 tomó más de 1,8 millones de fotografías utilizando su telescopio de 16 pulgadas y cuatro detectores de longitudes de onda infrarrojas, observando el cielo una vez y media, descubriendo estrellas, cometas y más de 33.500 asteroides en el proceso.

“Un sistema de cinco planetas, de los cuales dos tienen un radio 1,41 y 1,61 veces superior al de la Tierra y están en la zona habitable”.

 

 

 

Este es el título de un estudio que investigadores internacionales publican esta semana en Science. El hallazgo ha sido posible gracias a las observaciones del telescopio espacial Kepler de la NASA. La estrella anfitriona es Kepler-62 y los dos planetas protagonistas se han bautizado como Kepler-62 e y f, orbitando más lejos que sus compañeros b, c y d. A Kepler-62 e y f llega un flujo solar desde su estrella parecido al que reciben Venus y Marte por parte de nuestro Sol. Respectivamente, los dos exoplanetas reciben alrededor de 1,2 y 0,41 veces la radiación solar que alcanza la Tierra. Basándose en modelos y simulaciones computacionales, los científicos consideran que el tamaño de estos dos nuevos planetas sugiere que podrían ser rocosos, como la Tierra, o estar compuestos de agua sólida.

Hace ya algún tiempo que nos sorprendieron con la noticia. El nuevo sistema solar orbita en torno a una estrella enana roja llamada Trappist-1, un astro del tamaño de Júpiter ubicado en la constelación de Acuario a 40 años luz de nosotros.

Si miramos al cielo en una noche oscura y estamos en el lugar adecuado, podremos contemplar, la inmensidad en la que estamos inmersos y situados en un pequeño planeta apto para albergar la vida, podemos admirar parte de nuestra Galaxia, la Vía Láctea que nunca hemos podido contemplar en su totalidad al estar confinados en el planeta y no tener los medios para salir fuera y poder tomar una imagen completa del lugar en el que vivimos.

 

“Un grupo de astrónomos ha calculado la edad de TRAPPIST-1. Como quizá sepas, en febrero de 2017 descubrimos que a su alrededor tiene siete planetas terrestres. Tres de ellos podrían ser habitables. La estimación de su edad es, por tanto, un dato que puede ser vital para saber si podría tener vida, o no…”

Podemos hacerlo con otras galaxias lejanas y, de la nuestra, sólo la conocemos por datos parciales que podemos ir juntando en los diversos estudios que para ello hemos llevado a cabo y seguimos llevando con misiones que, como las que más arriba se reseñan, nos facilitan datos precisos para que podamos saber, de nuestro lugar en el Universo desde esta Galaxia que es sólo una de entre cien mil millones.

Desde un lugar minúsculo, un pequeño terrón de roca y agua que orbita una estrella mediana que le suministra la luz y el calor necesario para que podamos estar aquí, sin pararnos a pensar en nuestra ínfima medida en el contexto del Universo, y, sin embargo, lo cierto es que lo queremos conquistar.

¡Ilusos!

emilio silvera

 « Algo más sobre Física

La Naturaleza juega con el paso del Tiempo para cambiar las cosas utilizando herramientas  la Temperatura y otras fuentes de energía. En el agua, tenemos un ejemplo cercano y cotidiano de esos cambios que se producen merced a diversas circunstancias. Así, podemos constatar que, en la Naturaleza, nada permanece para siempre, todo cambia y se transforma en algo diferente a lo que fue.

Las tres imágenes son de la misma estrella: Primero cuando “nace” y es una proto-estrella, segundo cuando es una estrella de la Secuencia Principal y fusiona elementos, y, finalmente cuando llega a su final y se convierte en una estrella enana blanca (el puntito del centro de la Nebulosa planetaria). Ese es el destino de nuestro Sol.

 

Las transiciones de fase no son nada . Trasladémoslo a nuestras propias vidas. En un libro llamado Pasajes, el autor, Gail Sheehy, destaca que la vida no es un flujo continuo de experiencias, como parece, sino que realmente pasa por varios estadios, caracterizados por conflictos específicos que debemos resolver y por objetivos que debemos cumplir.

 

“Comienzo de Trabajos y días (folio 3Av/4Ar).  Trabajos y días (en griego antiguo Ἔργα καὶ Ἡμέραι, referida a veces por el  latino Opera et Dies, es un poema de  800 versos escrito por Hesíodo en torno al 700 a. C. La obra está compuesta a partir de géneros poéticos preexistentes que la tradición oral griega había incorporado del mundo oriental: sobre todo, variantes del “catálogo” (cuyo ejemplo homérico es el canto II de la Ilíada): los “calendarios” y los “días”; y de colecciones de consejos, instrucciones y proverbios (como el Ahikar asirio)”

 

Todo,  la acción y los pensamientos del hombre a lo largo de la Historia son cambiantes.

Lo cierto es que, a lo largo de toda nuestra vida estamos experimentando cambios de fase que se producen hasta en la manera de pensar, de ver las cosas y el mundo que nos rodea. Nosotros, al igual que todo en el Universo, somos objeto de cambios continuados que se están produciendo  nuestro nacimiento hasta nuestro final.

El psicólogo Eric Ericsson llegó a proponer una teoría de estadios psicológicos del desarrollo. Un conflicto fundamental caracteriza cada fase. Si este conflicto no queda resuelto,  enconarse e incluso provocar una regresión a un periodo anterior.

Análogamente, el psicólogo Jean Piaget demostró que el desarrollo mental de  tampoco es un desarrollo continuo de aprendizaje, sino que está realmente caracterizado por estadios discontinuos en la capacidad de conceptualización de un niño. Un mes, un niño puede dejar de buscar una pelota una vez que ha rodado fuera de su campo de visión, sin comprender que la pelota existe aunque no la vea. Al mes siguiente, esto resultará obvio para el niño.

Esta es la esencia de la dialéctica. Según esta filosofía, todos los objetos (personas, gases, estrellas, el propio universo) pasan por una serie de estadios. Cada estadio está caracterizado por un conflicto entre dos fuerzas opuestas. La naturaleza de dicho conflicto determina, de hecho, la naturaleza del estadio. Cuando el conflicto se resuelve, el objeto pasa a un objetivo o estadio superior, llamado síntesis, donde empieza una nueva contradicción, y el proceso pasa de  a un nivel superior.

Los filósofos llaman a esto transición de la “cantidad” a la “cualidad”.  Pequeños cambios cuantitativos se acumulan hasta que, eventualmente, se produce una ruptura cualitativa con el pasado.  teoría se aplica también a las sociedades o culturas. Las tensiones en una sociedad pueden crecer espectacularmente, como la hicieron en Francia a finales del siglo XVIII. Los campesinos se enfrenaban al hambre, se produjeron motines espontáneos y la aristocracia se retiró a sus fortalezas. Cuando las tensiones alcanzaron su punto de ruptura, ocurrió una transición de fase de lo cuantitativo a los cualitativo: los campesinos tomaron las armas, tomaron París y asaltaron la Bastilla.

                              Las tensiones terminan por romperlo todo. Nada aguanta de manera indefinida

Las transiciones de fases pueden ser  asuntos bastante explosivos. Por ejemplo, pensemos en un río que ha sido represado. Tras la presa se forma rápidamente un embalse con agua a enorme presión. Puesto que es inestable, el embalse está en el falso vacío. El agua preferiría estar en su verdadero vacío, significando esto que preferiría reventar la presa y correr aguas abajo, hacia un  de menor energía. Así pues, una transición de fase implicaría un estallido de la presa, que tendría consecuencias desastrosas.

También podría poner aquí el ejemplo más explosivo de una bomba atómica, donde el falso vacío corresponde al núcleo inestable de uranio donde residen atrapadas enormes energías explosivas que son un millón de veces más poderosas, para masas iguales, que para un explosivo químico.  De vez en cuando, el núcleo pasa por efecto túnel a un  más bajo, lo que significa que el núcleo se rompe espontáneamente. Esto se denomina desintegración radiactiva. Sin embargo, disparando neutrones contra los núcleos de uranio, es posible liberar de golpe  energía encerrada según la formula de Einstein E = mc². Por supuesto, dicha liberación es una explosión atómica; ¡menuda transición de fase!

La bomba de uranio es más simple que la de plutonio y funciona cuando a una masa de uranio que aún no ha alcanzado el punto crítico de reacción en cadena descontrolada, se le añade una cantidad del mismo elemento para alcanzar esa masa crítica con la capacidad de fisionarse por sí sola. De forma simultánea, a esa masa se le agregan más elementos que potencian la creación de neutrones libres. Esto produce una aceleración de la velocidad de la reacción en cadena, resultando en la destrucción del área que rodea el dispositivo debido a la onda de choque creada por la liberación de los neutrones.

La mano derecha contacta con la mano izquierda en la imagen especular

Las nuevas características descubiertas por los científicos en las transiciones de fases es que normalmente van acompañadas de una ruptura de simetría. Al premio Nobel Abdus Salam le gusta la ilustración siguiente: consideremos una mesa de banquete circular, donde todos los comensales están sentados con una copa de champán a  lado. Aquí existe simetría. Mirando la mesa del banquete reflejada en un espejo, vemos lo mismo: cada comensal sentado en torno a la mesa, con copas de champán a cada lado.  Asimismo, podemos girar la mesa de banquete circular y la disposición sigue siendo la misma.

Rompamos  la simetría. Supongamos ahora que el primer comensal toma la copa que hay a su derecha. Siguiendo la pauta, todos los demás comensales tomaran la copa de champán de su derecha. Nótese que la imagen de la mesa del banquete vista en el espejo produce la situación opuesta.  Cada comensal ha tomado la copa izquierda. De este modo, la simetría izquierda-derecha se ha roto.

Así pues, el  de máxima simetría es con frecuencia también un estado inestable, y por lo tanto corresponde a un falso vacío.

           No os equivoquéis, lo que llaman “Vacío de Bootes”  es un falso “vacío” de inmensas dimensiones.

Cuando hablamos de falso vacío lo hacemos del estado en teoría cuántica de campos que es un mínimo local, pero no un estado de energía mínima del sistema en su totalidad (lo que se denomina el verdadero vacío). Tarde o temprano ocurrirá un efecto túnel desde el falso vacío al vacío verdadero, que puede ser calculado por técnicas de instanton. El falso vacío no ha sido nunca observado, pero se predice que existe en varias teorías cuánticas de campo de relevancia para el estudio de las partículas elementales, incluyendo las teorías de gran unificación. En particular, ha sido sugerido que el falso vacío puede ser el responsable de la expansión del universo inflacionario, que pudo haber sido importante en el universo primitivo.

Solo podemos ver tres dimensiones y sentir la cuarta

Con respecto a la teoría de supercuerdas, los físicos suponen (aunque todavía no lo puedan demostrar) que el universo deca-dimensional original era inestable y pasó por efecto túnel a un universo de cuatro y otro de seis dimensiones. Así pues, el universo original estaba en un estado de falso vacío, el estado de máxima simetría, mientras que hoy estamos en el estado roto del verdadero vacío.

Lo cierto es que, por mucho que nos esforzamos mentalmente  “ver” ese universo de más dimensiones… ¡No conseguimos verlo!

Kaluza-Klein, los de la Teoría de cinco dimensiones, salieron del paso diciendo que las otras seis dimensiones estaban compactadas en el límite de Planck. allí quedaron comprimidas mientras se desarrollaron las otras cuatro: tres de espacio y una temporal.

Al principio, cuando el universo era simétrico, sólo existía una sola fuerza que unificaba a todas las que  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,  el universo comenzó a enfriarse, se hizo transparente y apareció la luz, las fuerzas se separaron en las cuatro conocidas, emergieron las primeras 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  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.

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  termonuclear, cada vez, metales y elementos más pesados. Cuando llega al hierro y explosiona en la forma explosiva de  una 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,  el cesio y el kriptón, es menor que el peso promedio de los protones de uranio, el exceso de masa se ha transformado en energía mediante E = mc².  es la fuente de energía que subyace en las explosiones atómicas.

         El tiempo con ayuda de la entropía, lo transforma todo. Hoy es, mañana no es

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  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.

Cuando alguien oye por vez primera la historia de la vida de las estrellas, generalmente (lo sé por experiencia), no dice nada, pero su rostro refleja escepticismo. ¿Cómo  vivir una estrella 10.000 millones de años? Después de todo, nadie ha vivido tanto tiempo como para ser testigo de su evolución.

Sin embargo, tenemos los medios técnicos y científicos  saber la edad que tiene, por ejemplo, el Sol. Y, como podemos contemplar en la imagen de arriba, sabemos de los cambios que se avecinan. Dentro de unos cinco mil millones de años, cuando se agote el combustible nuclear de fusión, el Sol se convertirá en una gigante roja que crecerá más y más hasta alcanzar 1 UA (ciento cincuenta millones de kilometros) y, engullirá a los planetas Mercurio y Venus y, nuestra querida Tierra, quedará literalmente arrasada por las terroríficas temperaturas de los vientos solares que evaporarán los océanos y hará imposible ninguna clase de vida sobre el planeta.

Nuestro Sol, la estrella alrededor de la que giran todos los planetas de nuestro Sistema Solar es 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, aunque fusiona 4.654.600 toneladas de Hidrógeno en Helio  segundo, aún le quedan otros cinco mil millones de años de vida.

        El Universo como una burbuja dentro de la cual está, ¡todo lo que existe!

El Universo siempre nos parece inmenso, y, al principio, aquellos pensadores que estuvieron aquí antes que jnosotros y que empezaron a preguntarse cómo sería, lo imaginaron como una esfera cristalina que dentro contenía unos pocos mundos y algunas estrellas, hoy, hemos llegado a saber un poco más sobre él. Sin embargo, dentro de unos cuantos siglos, los que detrás de nosotros llegarán, hablarán de universos en plural, y, cuando pasen algunos eones, estaremos de visita de un universo a otro como  vamos de una ciudad a otra.

                               Todo llegará y lo que hoy es un sueño… ¡mañana será realidad!

¡Más transiciones de fase! Ahora de evolución del conocimiento. ¡Quién pudiera estar allí! En ese futuro en el que, realmente y si nada lo remedia, nos podremos llamar “Señores del Espacio” “Descubridores de Mundos” “Habitantes del Universo”…

¡Sería bonito ser testigo de todo eso!

emilio silvera