Si el universo es casi por completo de hidrógeno, ¿cómo llegaron los otros elementos?

Una estrella de tamaño ordinario, como nuestro Sol, tiene un diámetro aproximado de 1.400.000 Km; en comparación con el de la Tierra (13.000 Km) es 1.000 veces mayor, y el volumen (que depende del cubo del radio) es nada menos que mil millones de veces superior (10⁹).

Pues bien, el enorme globo de gas (plasma), que es una estrella no es homogéneo ni en composición ni en temperatura, que aumenta por la presión de la fuerza gravitatoria a medida que nos acercaos al núcleo, de manera tal que, como mínimo, en el centro o núcleo de la estrella tendremos una temperatura de 15 millones de grados. Resulta razonable suponer que la densidad aumente con la profundidad, ya que cuanto mayor es ésta lo es también la presión (recordad que la densidad es proporcional a la presión). Las zonas interiores soportan el peso de las exteriores, lo que produce enormes temperaturas en el núcleo.

El horno termonuclear de una estrella posee unos mecanismos de control gracias a los cuales mantiene entre estrechos límites sus constantes vitales, siendo por una parte la temperatura y por otra la gravedad, los dos elementos que finalmente mantienen el equilibrio de la estrella. Bueno, más que la temperatura, la fusión nuclear que produce que hace expandirse a la estrella que es frenada por la inmensa fuerza gravitatoria. Es el mecanismo cósmico que hace posible la estabilidad y el equilibrio de la estrella.

Así, brillando en el vacío estelar, las estrellas dan luz y calor a los planetas de sus sistemas solares. Precisamente esa luz y ese calor es la pérdida de masa de las estrellas que fusionan hidrógeno en helio y una pequeña parte se va de la estrella para calentar y alumbrar planetas. La potencia energética desprendida por una estrella en equilibrio es enorme en relación con nuestros estándares, y si esa potencia depende de la velocidad a la que unos núcleos se transforman en otros, los de hidrógeno en helio, los de helio en litio, etc, parece razonable suponer que la composición del gas del horno termonuclear varíe con el tiempo, disminuyendo la cantidad de hidrógeno al tiempo que aumentan otros elementos. La energía desprendida se obtiene precisamente a partir de esa masa gastada utilizando la ya conocida ley de equivalencia de Einstein E = mc².

[?]

Einstein hizo más que cualquier otro científico por crear la imagen moderna de las leyes de la naturaleza. Desempeñó un papel principal en la creación de la perspectiva correcta sobre el carácter atómico y cuántico del mundo material a pequeña escala, demostró que la velocidad de la luz introducía una relatividad en la visión del espacio de cada observador, y encontró por sí solo la teoría de la gravedad que sustituyó la imagen clásica creada por Isaac Newton más de dos siglos antes que él. Su famosa fórmula de E = mc² es una fórmula milagrosa, es lo que los físicos definen como la auténtica belleza. Decir mucho con pocos signos y, desde luego, nunca ningún físico dijo tanto con tan poco. En esa reducida expresión de E = mc2, está contenido uno de los mensajes de mayor calado del universo: masa y energía, son la misma cosa.

Einstein siempre estuvo fascinado por el hecho de que algunas cosas deben parecer siempre iguales, independientemente de cómo se mueva el que las ve, como la luz en el vacío, c.

Él nos dijo el límite con que podríamos recibir información en el universo, la velocidad de c.

Él reveló todo el alcance de lo que Stoney y Planck simplemente habían supuesto: que la velocidad de la luz era una constante sobrehumana fundamental de la naturaleza. También sabía el maestro que, en el proceso de nuevas teorías, la búsqueda de la teoría final que incluyera a otras fuerzas de la naturaleza distintas de la gravedad, daría lugar a teorías nuevas y cada vez mejores que irían sustituyendo a las antiguas teorías. De hecho, él mismo la buscó durante los 30 últimos años de su vida pero, desgraciadamente, sin éxito. Ahora se ha llegado a la teoría de supercuerdas que sólo funciona en 10 y 26 dimensiones y es la teoría más prometedora para ser la candidata a esa teoría final de la que hablan los físicos.

El físico espera que las constantes de la naturaleza respondan en términos de números puros que pueda ser calculado con tanta precisión como uno quiera. En ese sentido se lo expresó Einstein a su amiga Ilse Rosenthal-Schneider, interesada en la ciencia y muy amiga de Planck y Einstein en la juventud.

[?]

Recordémoslo, todo lo grande está hecho de cosas pequeñas.

En realidad, existen partículas que no tienen en absoluto asociada en ellas ninguna masa (es decir, ninguna masa en reposo).  Por ejemplo, las ondas de luz y otras formas de radiación electromagnéticas 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 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 termino se reserva para la familia formada por el electrón, el muón y la partícula Tau con sus correspondientes neutrinos: V_e, V_u y V_T.

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 gravitacionales.  Esas ondas pueden así mismo poseer aspecto de partícula, por lo que toda partícula gravitacional recibe el nombre de gravitón.

[?]

Los ríos marcianos ofrecen una clara evidencia de que el planeta fue en algún momento más caliente y más húmedo. Pero, ¿cómo pudo ser esto? A primera vista hay una buena razón para creer que Marte debería haber estado aún más frío en el pasado que lo está hoy. Dicha razón tiene que ver con el denominado problema del Sol joven. A medida que el Sol envejece, se hace poco a poco más brillante debido a cambios en su constitución química.

Hace cuatro mil millones de años, habría sido un 30 por 100 más tenue de lo que  es hoy, reduciendo drásticamente su efecto calentador sobre el lejano Marte. Esto estaría contrarrestado en parte por el calentamiento geotérmico, producido por la radiactividad y el calor almacenado procedente de la formación del planeta, y ambos efectos fueron mucho más fuertes en el pasado. Sin embargo, el flujo de calor geotérmico por sí sólo no compensaría el efecto del Sol joven, tenue, y hay que encontrar otras razones para un clima más tibio.

La manera más fácil de hacer un planeta más caliente es utilizando el efecto invernadero. Los gases invernadero tales como el dióxido de carbono actúan como un parasol, atrapando el calor del Sol cerca de la superficie del planeta. Hoy la atmósfera marciana es demasiado delgada para producir mucho calentamiento por efecto invernadero, pero ciertamente habría sido mucho más espesa durante los primeros mil millones de años. Como sucede con la Tierra, Marte adquirió una densa atmósfera inicial tanto por la degasificación del planeta como por el aporte de sustancias volátiles por parte de cometas, asteroides y planetesimales helados. Un CO2 abundante habría elevado la temperatura de modo espectacular.

[?]

PASADO, PRESENTE Y FUTURO

UNA ILUSIÓN LLAMADA ¡TIEMPO!

El presente trabajo, como otros anteriores, trata de introducir al lector en temas de física y astronomía y, con una gran sencillez, nos transporta al universo de lo muy pequeño en las profundidades del átomo, para visitar a los quarks que forman protones y neutrones en los núcleos o, por el contrario, nos lleva a la inmensidad del cosmos, al universo de lo infinitamente grande, donde habitan los agujeros negros con sus “singularidades” de inmensas densidades e infinitas energías donde el espacio y el tiempo dejan de existir.

Nos habla de las fuerzas de la naturaleza que lo rigen todo y de otros temas de interés, y su único cometido (así lo ptretende el autor), es el de divulgar la ciencia y poner un granito de arena para que esa inmensa “montaña de ignorancia” que nos aplasta, se reduzca un poco.

Como decía Popper, “cuanto más sé y más profundizo en el conocimiento de las cosas, más consciente soy de mi ignorancia. Mis conocimientos son limitados; mi ignorancia, infinita”.

Lo que sí es seguro es el hecho de que quien lea el presente trabajo, cuando finalice, será un poquito más sabio y sus ideas actuales sobre lo que es el tiempo, la densidad crítica, los agujeros negros, el Big Bang o el Big Crunch, habrán cambiado por completo.

Que leáis bien.

[?]