« Las cosas de la Naturaleza que tratamos de comprender

Hemos conseguido captar imágenes inimagibales hace un siglo

Hace algún tiempo que salió la noticia en los medios: “Un equipo de científicos europeos, entre ellos investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha hecho públicos los resultados de 30 años de investigación sobre la estrella hipergigante HR 8752, que han revelado el eslabón perdido en la evolución de este de astros. Concretamente, han descubierto que, la región inestable conocida como Vacío Evolutivo Amarillo, puede cambiar profundamente la evolución de una estrella ya que, en estas tres décadas, HR 8752 ha aumentado de forma espectacular su temperatura superficial en 3.000 Kelvin (K) a su paso por esta región.”

Los resultados obtenidos venían a desvelar algunos misterios que , no tenían explicación.

“Una hipergigante (hypergiant en inglés) es una estrella excepcionalmente grande y masiva, incluso mayor que una supergigante. Su masa ser de hasta 1000 veces la masa de nuestro Sol, próxima al límite máximo teórico, el cual establece que la cantidad de masa en una estrella no exceder las 120 M_☉ (masas solares). Este límite en masa está asociado a la luminosidad de Eddington, por el que estrellas más masivas simplemente no pueden estar en equilibrio al vencer la presión de radiación interna a la fuerza gravitacional: producirían tanta energía que se desprenderían de la masa en exceso de las 120 M_☉. Aun así, algunas hipergigantes aparentan tener más de 100 M_☉ e, inclusive, haber tenido, inicialmente, 200 y 250 M_☉, al contrario de lo que predicen las teorías actuales sobre la formación y evolución estelar.”

 « ¡Los cuantos!

La Astrofísica, como se trata de una Ciencia que estudia la naturaleza Física del Universo y de los objetos contenidos en él, fundamentalmente estrellas, galaxias y la composición del espacio entre ellas, así como las consecuencias de las interacciones y transformaciones que en el Cosmos se producen, aquí dejamos una breve secuencia de hechos que, suceden sin cesar en el ámbito del Universo y, gracias a los cuales, existe la Tierra…y, nosotros.

La evolución cósmica de los elementos nos lleva a la formación de los núcleos atómicos simples en el big bang y a una posterios fusión de estos núcleos ligeros formar otros más pesados y complejos en en el interior de las estrellas, para finalizar el ciclo en las explosiones supernovas donde se plasman aquellos elementos finales de la Tabla Periódica, los más complejos y pesados.

Una potente simulación de la naturaleza nos permite ser testigos de los procesos que se generan en la colisión de dos cuerpos estelares.

La fusión en el centro de las estrella se logra cuando la densidad y temperatura son suficientemente altas. Existen varios ciclos de fusión que ocurren en diferentes fases de la vida de una estrella. Estos diferentes ciclos forman los diferentes elementos que conocemos. El primer ciclo de fusión es la fusión del Hidrógeno   Helio. Esta es la fase en la que se encuentra nuestro Sol.

En las estrellas con temperaturas muy altas ocurren otros ciclos de fusiones (ciclos CNO ). A temperaturas aún más altas , el helio que se quema produce Carbono. Finalmente, a temperaturas extremadamente altas se forman los elementos más pesados el Hierro.

Las reacciones de fusiones que ocurren en las estrellas forman a los neutrinos que llegan a la Tierra. Al detectar estos neutrinos, los científicos pueden aprender sobre las fusiones internas en las estrellas. En el proceso de fusión nuclear denominado reacción Protón-Protón las partículas intervinientes son el protón (carga positiva), el neutrón (carga neutra), el positrón (carga positiva, antipartícula del electrón) y el neutrino.

En las explosiones supernovas que viene a ser el aspecto más brillante de estos sucesos de transformación de la materia, literalmente, es que la explosión de la estrella genera suficiente energía para sintetizar una enorme variedad de átomos más pesados que el hierro que es el límite donde se paran en la producción de elementos estrellas medianas nuestro Sol.

Pero, en las estrellas masivas y supermasivas gigantes, con decenas de masas solares, cuando el núcleo de hierro se contrae emite un solo sonido estruendoso, y este retumbar final del gong envía una onda sonara arriba a través del gas que entran, el resultado es el choque más violento del Universo.

la imagen es un zoom del centro de la galaxia M82, una de las más cercana galaxias con estrellas explosivas a una distancia de sólo 12 millones de luz. La imagen de la izquierda, tomada con el Telescopio Espacial Hubble (HST), muestra el cuerpo de la galaxia en azul y el gas hidrógeno expulsado por las estrellas explosivas del centro en rojo.

Más arriba decíamos que aquí está el choque más violento del Universo. En un momento se forjan en la ardiente región de colisión toneladas de oro, plata, mercurio, hierro y plomo, yodo, estaño y cobre. La detonación arroja las capas exteriores de la estrella al espacio interestelar, y la , con su valioso cargamento, se expande, deambula durante largo tiempo y se mezcla con las nubes interestelares circundantes.

El más conocido remanente estelar, la Nebulosa del Cangrejo cuyos filamentos nos hablan de complejos materiales que la explosión primaria formó hace ya mucho tiempo, y, que actualmente, sirve de estudio para saber sobre los procesos estelares en este de sucesos.

Antes edejámos una relación de materriales que pueden ser formados en las explosiones supernovas y, cuando se condensan estrellas nuevas a partir de esas nubes, sus planetas heredan los elementos forjados en estrellas anteriores y durante la explosión. La Tierra fue uno de esos planetas y éstos son los antepasados de los escudos de bronce y las espadas de acero con los que los hombres han luchado, y el oro y la plata por los que lucharon, y los clavos de hierro que los hombres del Capitan Cook negociaban por el afecto de las tahitianas.

La muerte de una estrella supergigante, regenera el espacio interestelar de materiales complejos que, más tarde, forjan estrellas nuevas y mundos ricos en toda clase de elementos que, si tienen suerte de caer en la zona habitable, proporcionará a los seres que allí puedan surgir, los materiales y elementos necesarios el desarrollo de sus ideas mediante la construcción de máquinas y tecnologías que, de otra manera, no sería posible. Incluso, sin estos materiales, ni esos seres podrían surgir a la vida.

¿No os parece una maravilla? Comenzando con el Hidrógeno, Helio Berilio y Litio en el Big Bang, se continuó con el Carbono, Nitrógeno y Oxígeno en las estrellas de la secuencia principal, y, más arriba explicaba, se continúa en las estrellas moribundas con el Sodio, Magnesio, Aluminio, Silicio, Azufre, Cloro, Argón, Potasio, Titanio, Hierro, Cobalto, Níquel, Cobre, Cinc…Uranio. ¡Que maravilla!

El Hubble ha captado en los cielos profundos las más extrañas y variadas imágenes de objetos que en el Cosmos puedan estar presentes, sin embargo, pocas tan bellas las de nuestro planete Tierra que, es tan rico y especial, gracias a esos procesos que antes hemos contado que ocurren en las estrellas, en las explosiones de supernovas y mediante la creración de esos materiales complejos entre los que se encuentran la química biológica para la vida.

Si a partir de las Nebulosas que se forman cuando mueren las estrellas masivas, al llegar al final de sus vidas, pueden surgir planetas la Tierra, y, si la Tierra contiene la riqueza de todos esos materiales forjados en las estrellas y en el corazón de esas inmensas explosiones, y, si el Universo está plgado de galaxias en las que, de manera periódica suceden esas explosiones, nos podríamos preguntar: ¿Cuantas “Tierras” podrán existir incluso en nuestra propia Galaxia? Y, ¿Cuántos seres pueden haberse formado a partir de esos materiales complejos forjados en las estrellas?

emilio silvera

                                                       Recreación de cómo debió de verse el gran cometa Donati.

“Los Cometas lo dieron y los cometas se lo llevaron”

Carl Sagan

A diferencia de los asteroides que viajan alrededor del Sol en órbitas circulares confinadas al cinturón de asteroides y al plano de la eclíptica, los cometas lo hacen en órbitas elípticas inclinadas al azar con respecto al plano de la eclíptica. En la historia pasada, algunos de esos cometas, nos visitaron… ¡demasiado de cerca! Por otra , algunos dicen que puede ser que, precisamente, sea eso lo que trajo la vida a nuestro planeta.

Ilustración del cometa Ison aproximándose al Sol / NASA

un cometa se acerca al Sol, el calor solar vaporiza el hielo. Los gases liberados comienzan a brillar, formando una luminosa bola llamada coma. Empujados por el viento solar, estos gases luminosos forman una larga y brillante cola, en uno de los espectáculos más impresionantes que pueden contemplarse en el cielo nocturno.

Como antes digo, más de uno apuesta por el hecho de que, la Vida en el planeta Tierra, fue traída por algún Cometa que impactó con ella en el pasado. Si nos paramos a pensar un poco, caeremos en la de que, el hecho de que la Biblia sea tan buena lectura reside en que está llena de drama y espectáculo: fuego y azufre, señales en los cielos, diluvios, aguas que se separan, plagas y pestilencias. Si el mundo fue creado hace seis mil años, como muchos cristianos creían en un tiempo (y algunos aparentemente todavía lo creen). Dios habría estado verdaderamente ocupado en dar la forma actual a nuestro mundo, construyendo montañas y océanos, excavando valles, moviendo glaciares… ¡En tan poco tiempo!

Cuando los geólogos del siglo XVIII trataron de explicar las montañas y los valles fluviales, los océanos salados y la glaciación, los estratos rocosos y los fósiles en términos de procesos físicos antes que de acción divina, se dieron de que serían necesarios muchos más de aquellos seis mil años para formar estos accidentes. Está claro que todos los accidentes de la Tierra han sido moldeados poco a poco por cambios sucesivos que se extendieron a lo largo de enormes períodos de tiempo. Son necesariosmuchos millones de años para asentar los sedimentos rocosos y levantar y erosionar las montañas.

Así que, el Diluvio de Noé, la vorágine volcánica y los rayos celestiales deben ser atribuídos a otros ámbitos más naturales que fueron bien explicados por Charles Lyell, en su libro publicado en 1830 con el título de Principios de Geología (el que se llevó Darwin compañero de viaje en su viaje alrededor del mundo en el Beagle).

La Falla de Azores-Gibraltar o Falla transformante de Azores-Gibraltar, llamada también Zona de falla de Azores-Gibraltar, es una gran falla geológica que se extiende hacia el este desde el final del “rift” de Terceira en las Azores, prolongándose hacia el estrecho de Gibraltar hacia el Mar Mediterráneo. Esta parte del límite de placas entre la Placa Euroasiática y la Placa Africana. El tramo situado al este del Estrecho de Gibraltar está pobremente estudiado y es habitual considerarlo un límite “difuso”. En algunos puntos cerca de la Península Itálica algunos geólogos creen que la falla conecta con una zona de subducción donde la placa Africana está subduciendo lentamente por debajo de la placa Euroasiática.

Si miramos en retrospectiva, podemos ver que el uniformismo de James Hutton tenía un impulso ideológico: era una reacción contra contra las interpretaciones religiosas de la naturaleza. Al final, ha resultado ser una doctrina notablemente tozuda. La evidencia de catástrófes geológicas y biológicas repentinas fue obvia durante mucho tiempo, y pese a todo fue generalmente ignorada. Quienes llamaban la atención sobre esto tendían a ser llamados charlatanes. Cuando el respetado astrónomo Edmon Halley conjeturó en 1694 que un cometa podría chocar ocasionalmente con un planeta, su sugerencia no mereció ninguna atención. El astrónomo H.A. Proctor fue lo bastante temerario para proponer que los cráteres de la Luna podrían ser el resultado de impactos de meteoritos.

        Sería raro que encontráramos un objeto espacial sin señales en su superficie

Si contemplamos la fotografía de planetas y lunas, todos, sin ecepción, nos muestran una imagen muy similar a la de la Luna con intensa formación de cráteres debidos a los impactos recibidos de cuerpos provenientes del espacio exterior: Mercurio y Marte proporcionan ejemplos excelentes. Estos cuerpos han conservado el de colisiones porque carecen de una atmósfera espesa y tienen poca actividad geológica. Por el contrario, la mayoría de los impactos en la Tierra…

                        Temible situación. El de Yucatan a los Dinosaurios les vino mal ,  a nosotros, se nos abrió una puerta

podréis observar si mirais imágenes de aquellos cráteres que se formaron en la Tierra en el pasado lejano, han sido borrados por la erosión. Pero no todos. Al menos veinticinco lugares de impactos han sido positivamente identificados tan sólo en Australia. Estados Unidos tiene una de los cráteres más famosos, próximo a la ciudad de Winslow, en Arizona. Conocido como el Cráter del Meteoro o Cráter Berringer, tiene 1,2 Kilómetros de diámetro, cien metros de profundidad y treinta mil años de antigüedad. Se conocen cráteres mucho más grandes y más viejos. Se sabe que, fue hace entre 4.000 y 3.800 milllones de años, cuando se paso una fase de intensa violencia que creó los cráteres lunares.

El periodo medio de la órbita del cometa Halley es de 76 años, pero no se pueden calcular las fechas con exactitud ya que la garvedad de los planetas mayores altera el periodo del cometa en cada vuelta. La órbita del Halley es retrógrada e inclinada 18 grados respecto de la eclíptica. Y, la de todos los cometas, altamente excéntrica.El núcleo del cometa Halley mide aproximadamente 16 x 8 x 8 kilómetros. El núcleo del Halley es muy oscuro: su albedo es de sólo 0.03, por lo que es más negro que el carbón y uno de los objetos más oscuros del sistema solar. La densidad del núcleo del Halley es muy baja: unos 0.1 gramos/cm3, indicando que probablemente es poroso, quizá debido a la gran cantidad de polvo que queda después de que los hielos se sublimen.

El Halley es casi único entre los cometas, ya que es a la vez grande y activo, y tiene una órbita regular y bien definida. Ésto lo convierte en un objetivo relativamente fácil los astrónomos, aunque no es el más representativo de los cometas. El cometa Halley volverá a acercarse al Sol en el año 2061.

Se especula con la idea de que el Sistema Solar entero pasó por una intensa fase de bombardeo de grandes meteoritos y que fue debido a la destrucción de una luna o de algún cometa monstruoso. el punto de vista de la vida, después de esta intensa andanada, la Tierra pudo quedar “sembrada” de sustancias orgánicas. Cuando la nave espacial Giotto pasó cerca del Cometa Halley en 1986, mostró un núcleo negro-alquitrán que contenía Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno y Azufre. Los análisis de los granos de polvo que manaban de su frontal probaron que hasta una tercerqa parte era material orgánico

El impacto de un asteroide hace 65 millones de años en la península de Yucatán, donde formó el cráter de Chicxulub. Esta colisión cósmica causó la extinción masiva que hizo desaparecer a los dinosaurios. Fred Hoyle pensaba que, además de destrucción, este de impactos pudieron traer la vida a la Tierra y, Arrenius propuso antes la misma idea y la llamó Panspermia.

El origen de la vida en la Tierra aún esconde secretos para la ciencia. Uno de los puntos de debate es si los bloques de la química de la vida se formaron in situ o si llegaron a bordo de meteoritos o cometas. De ser cierta esta segunda hipótesis, sería más fácil explicar cómo surgieron las enormes y complejas moléculas bioquímicas, ya que nuestro planeta se habría encontrado con parte del hecho, incluyendo componentes posiblemente escasos en la Tierra primitiva. Pero, además, esta siembra de semillas químicas pudo disparar la evolución de la vida no sólo aquí, sino en lugares como Marte, cuya primera infancia fue muy similar a la de la Tierra.

El descubrimiento de que la Tierra sufrió agotadoras andanadas cósmicas hace 3.800 millones de años nos pone delante de un auténtico rompecabezas. Si hay que creer en el fósil, la vida estaba floreciendo ciertamente hace 3.500 millones de años, y posiblemente ya hace 3.850 millones de años. Dadas las funestas consecuencias de un impacto importante, ¿podría la vida haber sobrevivido durante el último bombardeo intenso?

                Muchas son las cosas que no sabemos explicar y, cuando eso ocurre, imaginamos teorías

Por desgracia, el rastro de evidencia se acaba precisamente cuando este problema se hace más interesante. Aunque los geólogos han encontrado cristales de zirconio aislados de 4.200 millones de años de antigüedad, y han inferido que algún tipo de corteza sólida debía haber existido en dicha época, las más antiguas rocas intactas encontradas datan de hace 4.030 millones de años. Los procesos geológicos han eliminado casi toda la evidencia de lo que pudio haber sido nuestro planeta antes de hace aproximadamente unos 3.800 millones de años. La Tierra se muestra reacia a ofrecernos secretos de su juventud. Sin embargo, las evidencias indirectas de las que había antes de hace 3.800 millones de años puede estar justo debajo (¡incluso dentro!) de nuestras narices.

El ADN humano contiene a 6 mil millones de pares de bases de nucleótidos. Esto hace por lo menos dos metros de cadenas de ADN. Aquellas cadenas tienen que ser almacenadas dentro de ± 6 µ el núcleo clasificado de m de cada célula.: Claramente demasiado grande caber en el núcleo. Hace falta pues un mecanismo que permita almacenar todo. Este mecanismo debería permitir a ciertas proteínas para tener acceso a las partes específicas del ADN y el puesto en otras partes. Los eucariotas utilizan los nucleosomas. Un nucleosoma está constituido de:± 200 pb de DNA

2 moléculas de histona H₂a
2 moléculas de histona H₂b
2 moléculas de histona H₃
2 moléculas de histona H₄
1 molécula de histona H₁

El ADN de nuestros cuerpos contienen un del pasado, porque nuestros genes han sido moldeados por circunstancias ambientales. Aunque el registro genético, como el registro geológico, ha quedado envuelto y oscurecido por los estragos del tiempo, no está completamente borrado. Sonsacando información de los genes, los microbiólogos pueden decir mucho sobre el ancestro universal que pudo haber vivido hace unos 4.000 millones de años, y con esta infromación podemos conjeturar algo sobre las condiciones que imperaban en aquella época. El mensaje que se extrae es una auténtica sorpresa.

La primera forma de vida en la Tierra, flotando en la proverbial espuma de los mares primordiales que finalmente dio lugar a los árboles, abejas y humanos, no es sólo un popular concepto darwiniano, sino también una premisa biológica esencial de la que dependen muchos investigadores como parte de las bases de su .

En el siglo XIX, Charles Darwin yendo más allá que otros, que proponían que podría haber un ancestro común mamíferos u otros animales, y sugirió que había un ancestro común probablemente para toda la vida del planeta – plantas, animales y bacterias.

Un análisis estadístico lleva esta suposición al banco de pruebas y ha encontrado que no sólo se mantiene a flote, sino que es extremadamente sólida.

¿No era algo obvio, desde el descubrimiento y descifrado del ADN, que todas las formas de vida son descendientes de un único organismo común — o al menos una especie basal? No, dice Douglas Theobald, profesor ayudante de bioquímica en la Universidad de Brandeis y autor del estudio, detallado en el ejemplar del 13 de mayo de la revista Nature. De hecho, dice: “Cuando me propuse esto, realmente no sabía cuál sería la respuesta”.

Imaginémos que pasaba durante la época de intenso bombaredeo cósmico. Todo gran impacto provocaba una gran convulsión global. La magnitud del desbarajuste era mucho peor incluso que el golpe que destruyó a los dinosaurios. En una época tan tadía como 3.800 millones de años, la Luna fue golpeada por un objeto de noventa kilómetros de diámetro, lo que produjo una colosal cuenca del tamaño de las Islas Británicas. Varios cataclismos similares han dejado señales en de cercos de montañas. Al ser mucho más grande, la Tierra debe haber sufrido docenas de colisiones de esta magnitud, ademásd de algunas otras que eran incluso mayores.

              Si alguno se nos viene encima…, ¿qué podríamos hacer? ¡NADA! Estamos a merced de la Naturaleza y, lo demás es ficción

Podríamos continuar analizando más a fondo las consecuencias de lo que, un impacto de esta índole podría producir en la Tierra. Un cuerpo impactante de 500 kilómetros de diámetro escavaría un agujero de 1.500 kilómetros de diámetro y de unos 50 kilómetros de profundidad. Un enorme volumen de rocas quedaría vaporizado en una gigantesca bola de fuego que se extendería rápidamente por todo el planeta, desalojando la atmósfera y creando un global. La temperatura superficial ascendería a más de mil grados Celsius, lo que provocaría la ebullición de todos los océanos del mundo y fundiría las rocas hasta una profundidad de casi un kilómetro.

A medida que la atmósfera, aplastantemente densa de vapor de roca y vapor supercalentado se enfriaba lentamente durante un período de algunos meses, empezaría a llover gotas de roca fundida. Pasaría todo un milenio antes de que pudiera haber lluvia normal, preludio de un gran aguacero de dos mil años (Un Diluvio) que finalmente rellenaria los océanos y haría volver el planeta a algún tipo de normalidad.

Lo que un desastre de esta magnitud supondría para la vida tal como la conocemos… ¡Es impredicible! Y, nadie sabe si después de un suceso de este calibre, volveríamos a estar presentes en éste mundo que hoy es nuestra casa. Ya sabeis, amigos míos, que la Naturaleza cuando actúa, no tiene en cuenta que nosotros estemos aquí. Cuando dejemos de existir, ninguna estrella “llorará” nuestra desaparición, ninguna galaxia parará su ritmo y, el Universo seguirá expandiéndose y enfriándose hasta que todo, llegue a su fin.

emilio silvera

 « ¡Qué maravilla! Poder imaginar…y comprobar

Se que una vez Albert Einstein alagó al actor Charles Chaplin diciéndole: “Lo que siempre he admirado de usted es que su arte es universal, todo el mundo le comprende y admira”. A esto Chaplin respondió a Einstein: “Lo suyo es mucho más digno de respeto, todo el mundo le admira y prácticamente nadie le comprende”.

Es cierto lo que Chaplin decía, todos admiraban a Einstein y pocos comprendían sus postulados. De hecho, cuando estaba buscando la teoría de Todo, la gente se amontonaban, literalmente, ante los escaparates de la Quinta Avenida ver las Ecuaciones que pocos entendían…¡Así somos los Humanos! Lo que no comprendemos nos produce temor o admiración, o, las dos cosas a la vez.

                                        Gerad ´t Hooft

Hace algún tiempo, me desplace a Madrid invitado  asistir a una Conferencia que sobre el LHC y el Bosón de Higgs impartía el físico y premio Nobel de Física Gerad ´t Hooft. La charla de ‘t Hooft se inscribía en el ciclo La ciencia y el cosmos, y, entre otras cosas nos decía a los presentes que, La física, en concreto la física de partículas, ha sido siempre su gran pasión. “cuando era joven, la física estaba cambiando el mundo radicalmente: la energía nuclear, la televisión, los ordenadores, las primeras misiones espaciales….yo quería formar parte de todo eso”. Y las partículas elementales “eran el mayor misterio de todos”, añade. “En cierto modo aún lo son, aunque sabemos de ellas muchísimo más que entonces. Hoy los ordenadores siguen siendo emocionantes, la biología y el código del ADN, la astronomía y los vuelos espaciales… Sigue habiendo muchas cosas capaces de estimular la imaginación de jóvenes deseosos de aprender cosas nuevas impulsados por el deseo de estar ahí, en el momento en que se están haciendo los descubrimientos que cambian el mundo”.

Gerard ‘t Hooft explicó lo que significa, en los modelos teóricos, el famoso bosón: “El campo de la partícula de Higgs actúa como una especie de árbitro; proyectado contra otras partículas, este campo determina su comportamiento, si tienen carga o masa y hasta qué punto se diferencian de otras partículas. Si no encontramos el Higgs, si realmente no está, necesitaremos algo más que haga ese papel de árbitro”. Eso significaría, continuaba el Nobel, que “nuestras teorías ya no funcionan, y han funcionado tan bien hasta que eso es difícil de imaginar”.

            Sí al LHC se le resiste el Bosón de Higgs…, bueno, si es que anda por ahí

Fue en 199 cuando ‘t Hooft recibió el premio Nobel de Física 1999 (junto con su colega y director de tesis Martinus Veltman),  por “dilucidar la estructura cuántica de las interacciones electrodébiles” -según palabras de la Academia sueca- de la física de las partículas elementales.

Acera del Gran Colisionador de Hadrones (el acelerador LHC situado en el Laboratorio Europeo de Física de partículas, CERN, junto a Ginebra), el científico holandés explica que se trata “de una máquina única en el mundo” y continúa: “Esperamos descubrir nuevas cosas con él y poner a prueba teorías que, hasta donde hemos podido comprobar hasta , funcionan muy bien, pero necesitamos ir más allá”.

El descubrimiento de la partícula de Higgs, o bosón de Higgs, era el objetivo número uno del LHC, y tras un largo período de funcionamiento del acelerador, los miles de físicos que trabajan en los detectores, han logrado acotar el terreno de búsqueda, aunque, insisten, seguramente necesitarán tomar muchos más para descubrirlo. O tal vez descubrir que no existe, lo que supondría una revolución en la física de partículas, al obligar a replantear el llamado Modelo Estándar, que describe todas las partículas elementales y sus interacciones, y que hasta ahora funciona con altísima precisión aunque, dicen los expertos, está incompleto.

Al fin, tras largo búsqueda y trabajo, nos hicieron partícipe del esperado descubrimiento que viene a refrendar el Modelo Estándar que, incompleto aún, con el dichoso Bosón queda mejor conformado al desaparecer uno de los casi veinte parámetros aleatorios que en él están presentes.

Gerard ‘t Hooft, uno de los grandes físicos teóricos de partículas elementales, considera que será muy difícil desarrollar una teoría del todo, un cuerpo teórico capaz de explicar todas las fuerzas que actúan en la naturaleza aunando la Relatividad General de Einstein y la Mecánica Cuántica, tan eficaces por separado en la descripción del macrocosmos y el microcosmos, respectivamente. “Mi impresión es que esta teoría unificadora, una teoría del todo, aún requerirá el trabajo de muchas nuevas generaciones de investigadores jóvenes y listos”, afirma. “No llegaremos a ella de un momento a otro por la simple razón de que el universo es demasiado complejo para que una única teoría lo abarque todo. Vale, no digo que sea imposible, pero me parece muy improbable. Y mientras llega, queda mucho por , incluso hallazgos espectaculares”.

Por otra parte, el científico holandés ha señalado que el LHC realiza más actividades que intentar encontrar el bosón de Higgs. En este sentido, ha destacado que se buscan también partículas que podrían construir la materia oscura, un de materia de la que los físicos tienen la certeza de que es cinco veces más abundante que el universo que la materia ‘normal’, pero que no absorbe, refleja ni emite luz, lo que hace muy difícil su detección y, por tanto, estudiar su naturaleza. Del mismo modo, también se está desarrollando una teoría capaz de unificar la teoría de la relatividad general de Einstein y la mecánica cuántica que, según ha explicado Hooft, “permitiría lo que ocurre dentro de los átomos”.

Recuerdo un pasaje escrito por él al principio de su interesante e instructivo libro “Partículas Elemetales”, que decía:

“Mi intención es narrar los últimos 25 años de investigación sobre las partículas más pequeñas que constituyen la materia. Durante esos 25 años, yo empecé a ver la Naturaleza como un test de inteligencia para toda la humanidad en su conjunto, como un gigantesco con el que podemos jugar. Una y otra vez, nos tropezamos con nuevas piezas, grandes i pequeñas, que encajan maravillosamente con las que ya tenemos. Yo quiero compartir con ustedes la sensación de triunfo que sentimos en esos momentos.”

 

 

Tenía la intención (si se presentaba la oportunidad),  de preguntarle sobre “su Principio Holográfico” pero, no pudo ser. Sólo pude saludarlo e intercambiar unas breves palabras junto con Ignacio Cirac presente en el evento.

Publicó el principio holográfico, el cual explica que la información de una dimensión extra es visible una curvatura del espacio tiempo con una menos dimensiones. Por ejemplo, los hologramas son imágenes de 3 dimensiones colocadas en una superficie de 2 dimensiones, el cual da a la imagen una curvatura cuando el observador se mueve. Similarmente, en relatividad general, la cuarta dimensión manifestada en 3 dimensiones observables como la curvatura de un sendero de un movimiento de partícula (criterio) infinitesimal. Hooft ha especulado que la quinta dimensión es realmente la fábrica del espacio-tiempo.

Acordaos de que, a mediados del año 2,003 apareció la noticia de que la “información sería el componente fundamental de la naturaleza” postulada por un grupo de físicos entre los que se incluyen el Premio Nóbel danés Gerard t´Hooft y el físico de la Universidad de California Raphael Bousso, basadas en el “Principio Holográfico”. teoría, por singular y chocante que pareciese en su momento ha tenido a lo largo de estos siete años una influencia notable tanto en la sociedad científica como en los círculos alternativos.

Personajes tan influyentes Deepak Chopra sin ir más lejos habla del ámbito cuántico como el campo de información de donde todo lo conocido, materia, emociones, pensamientos. El controvertido joven físico Nassam Haramein defiende un universo basado en el holograma. Científicos japoneses -al igual que del resto del mundo- investigan con hologramas creando imágenes 3D o explican el funcionamiento del mundo físico basado en los campos de energía e información. Hay hasta “farmacología holográfica” a cargo de empresas farmaceúticas. El año pasado el físico Craig Hogan tras la detección de un extraño ruido en el detector de ondas gravitacionalesel GEO 600, afirma que podría probar que, efectivamente, vivimos en un holograma.

La información sería el componente fundamental de la naturaleza. Es la que especifica el cuándo, dónde, cómo y cuánto del espacio, del tiempo y de la materia. El Big Bang que dio lugar al nacimiento del Universo tendría más que ver con una gigantesca “bajada” de bytes de información por parte de un superordenador, que con una explosión masiva de materia, según una nueva teoría que establece que en su origen la naturaleza está formada únicamente por pequeños paquetes de información pura que son los que especifican el cuándo, dónde, cómo y cuánto del espacio, del tiempo y de la materia.

El ser humano continúa con su carrera particular para lo que siempre ha querido saber: quiénes somos y de dónde venimos. Esas dos preguntas esenciales son, en realidad, el motor gracias al cual se mueve gran parte de la investigación científica de todos los tiempos.

En carrera por buscar certezas, cosas tan inquebrantables para explicar el origen del mundo como son los átomos o los quarks están quedando relegados a segundo término para dar paso a nuevas teorías.

Una de las más interesantes, postulada por un grupo de físicos entre los que se incluyen el Premio Nóbel danés Gerard t´Hooft y el físico de la Universidad de California Raphael Bousso, afirma que en el origen de la naturaleza podría haber únicamente ultrapequeños paquetes de información pura.

Aunque parezca raro la información no viaja en un bloque como lo haría una carta, sino que se divide en pequeños paquetes de información, viajando a través de los diferentes  canales de la red y llegando todos al mismo punto. Para esto es preciso que todos los ordenadores hablen el mismo idioma, o lo que es decir el Protocolo TCP/IP, (que es el idioma) que en un principio empezó a usarse en 1983 para dirigir el tráfico de los paquetes de información por Arpanet, garantizando así que todos lleguen a su destino.

La @ que parece que nació a partir de internet se utilizaba en la antigüedad, como unidad de peso o incluso para decir a cuanto costaba algo en libros de contabilidad. Sin embargo se puso de moda gracias al ingeniero estadounidense Ray Tomilson, que diseñaba un sistema de correo electrónico para Arpanet, simplemente bajo los ojos al  teclado y eligió un signo que no se utilizara en los nombres de usuario.

Según explica al respecto Newsfactor, teoría, basada en el “Principio holográfico”, establece que la información (“información” en este caso significa bits fundamentales de materia y las leyes físicas que los gobiernan) especifica el cuándo, dónde, cómo y cuánto del espacio, del tiempo y de la materia. La información sería pues, una variable para llegar a una “teoría del todo”.

Y, más allá de las cuerdas…

Según la teoría cuerdas, el espacio está descrito por la vibración, en miles de maneras, de diminutas cuerdas de una dimensión. Una cuerda vibrando arriba y abajo a cierta frecuencia podría crear un átomo de helio o una ola gravitacional, tal y las cuerdas de una guitarra crean diferentes sonidos a diferentes frecuencias.

Los teóricos de teoría han mantenido hace mucho tiempo que estas cuerdas son el componente fundamental de la naturaleza. El “Principio Holográfico”, sin embargo, cambia esta noción y mantiene que, mirando más de cerca una cuerda, se ven bits cuánticos, llamados “baldosas de Planck”, que, engarzados, dicen a las cuerdas como tienen que vibrar.

Una de las más interesentes, postulada por un grupo de físicos entre los que se incluyen el Premio Nóbel danés Gerard t´Hooft y el físico de la Universidad de California Raphael Bousso, afirma que en el origen de la naturaleza podría haber únicamente ultrapequeños paquetes de información pura.

Estas “baldosas de Planck” son bits cuadrados que delimitan un “área de Planck”, o lo que es lo mismo, un trillón de un trillón, de un trillón de un trillón de un trillón de un trillón de un centímetro cuadrado. Una cuerda de baldosas de Plank sería la versión natural de un byte.

El “Principio Holográfico”, descrito por Gerard t´Hooft y Leonard Susskind y refinado por Bousso, nos permite saber cuántos (bits y bytes) son necesarios para decirnos en detalle cada cosa que ocurre en cualquier región del espacio.

¡Por imaginación que no quede!

emilio silvera

La fuerza gravitatoria que se produce en presencia de masas… ¡No parece variar!

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 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 13.700 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.

Mucho tiempo ha pasado que esta imagen era el presente, y, sin embargo, para el Universo supone una ínfima fracción marcada por el Tic Tac cósmico de las estrellas y galaxias que conforman la materia de la que provenimos. Es un gran misterio para nosotros que sean las estrellas las que fabrican los materiales que, más tarde, llegan a conformar a seres vivos que, en algunos caso, tienen consciencia.

“La ciencia no puede resolver el misterio final de la Naturaleza.  Y esto se debe a que, en el último análisis, nosotros somos del misterio que estamos tratando de resolver”.

Max Planck

De acuerdo con su perspectiva universal, en 1.899 Planck propuso que se construyeran unidades naturales de masa, longitud y tiempo a partir de las constantes más fundamentales de la naturaleza: la constante de gravitación G, la velocidad de la luz c y la constante de acción h, que ahora lleva el de Planck. La constante de Planck determina la mínima unidad de cambio posible en que pueda alterarse la energía, y que llamó “cuanto”. Las unidades de Planck son las únicas combinaciones de dichas constantes que pueden formarse en dimensiones de masa, longitud, tiempo y temperatura. Se conocen las Unidades de Planck.

Planck con sus unidades nos llevo al extremo de lo pequeño

Estas formulaciones con la masa, la longitud, el tiempo y la temperatura de Planck incorporan la G (constante de gravitación), la h (la constante de Planck) y la c, la velocidad de la luz. La de la temperatura incorpora además, la K de los grados Kelvin.

“Estas cantidades conservarán su significado natural mientras la Ley de Gravitación y la de Propagación de la luz en el vacío y los dos principios de la termodinámica sigan siendo válidos; por lo tanto, siempre deben encontrarse iguales sean medidas por las inteligencias más diversas con los métodos más diversos.”

 

 

 

Planck, en sus palabras finales alude a la idea de observadores en otro lugar del universo que definen y entienden estas cantidades de la misma manera que nosotros, ya que, al ser números naturales que no inventaron los hombres, todos los seres inteligentes del Universo  tendrían que hallar el mismo resultado. No importa en qué planeta pudieran habitar, si son seres inteligentes, empleando los grafos más extraños que a nosotros nada nos pudiera decir, lo cierto es que hay un lenguaje universal: ¡Las matemáticas! que, independientemente de los guarismos empleados, al final de todo 2 x 5 = 10 y 2 + 2 + 2 + 2 + = 10. Empleen las ecuaciones o fórmulas que puedan con los números que puedan utilizar, no podrán variar los resultados de los números puros y adimensionales creados por la Naturaleza: Esas constantes que persisten en el tiempo y nunca cambian y que hacen de nuestro universo el que podemos observar, además de posible la vida. A esos extraterrestres, también, la constante de estructura fina le daría 1/137.

“La creciente distancia entre la imagen del mundo físico y el mundo de los sentidos no significa otra cosa que una aproximación progresiva al mundo real.” Nos decía Planck. Su intuición le llevaba a comprender que, con el paso del tiempo, nosotros estaríamos adquiriendo por medio de pequeñas mutaciones, más amplitud en nuestros sentidos, de manera tal que, sin que nos diéramos nos estábamos acercando más y más al mundo real.

 

Una de las paradojas de nuestro estudio del universo circundante es que a medida que las descripciones de su funcionamiento se hacen más precisas y acertadas, también se alejan vez más de toda la experiencia humana.Nuestros sentidos nos traicionan y nos hacen ver, a través de nuestras mentes, un mundo distinto al real, es decir, nosotros configuramos nuestra propia “realidad” de esa otra realidad verdadera que está presente en la Naturaleza y que no siempre podemos contemplar y, cuando llegamos a contemplarla, no llegamos a comprenderla… del todo.

No debemos descartar la posibilidad de que seamos capaces de utilizar las unidades de Planck-Stoney para clasificar todo el abanico de estructuras que vemos en el universo, el mundo de las partículas elementales hasta las más grandes estructuras astronómicas.  Este fenómeno se puede representar en un gráfico que recree la escala logarítmica de tamaño desde el átomo a las galaxias. Todas las estructuras del universo existen porque son el equilibrio de fuerzas dispares y competidoras que se detienen o compensan las unas a las otras; la atracción y la repulsión. Ese es el equilibrio de las estrellas donde la repulsión termonuclear tiende a expandirla y la atracción (contracción) de su propia masa tiende a comprimirla; así, el resultado es la estabilidad de la estrella. En el caso del planeta Tierra, hay un equilibrio entre la fuerza atractiva de la gravedad y la repulsión atómica que aparece cuando los átomos se comprimen demasiado juntos. Todos estos equilibrios pueden expresarse aproximadamente en términos de dos números puros creados a partir de las constantes e, h, c, G y mprotón.

                                                                                                      Grandes cúmulos de galaxias

La identificación de constantes adimensionales de la naturaleza  α (alfa) y a_G, junto con los números que desempeñan el mismo papel definitorio para las fuerzas débil y fuerte de la naturaleza, nos anima a pensar por un momento en mundos diferentes del nuestro. Estos otros mundos pueden estar definidos por leyes de la naturaleza iguales a las que gobiernan el universo tal como lo conocemos, pero estarán caracterizados por diferentes valores de constantes adimensionales. Estos cambios numéricos alterarán toda la fábrica de los mundos imaginarios. Los átomos pueden tener propiedades diferentes. La gravedad tener un papel en el mundo a pequeña escala.  La naturaleza cuántica de la realidad puede intervenir en lugares insospechados.

Todos los físicos del mundo, sin excepción, deberían tener en el lugar más prominente de sus casas, un letrero con un número: 137. Así les recorfdaría lo que no sabemos. Dentro de ese número puro adimensional están escondidos los secretos del electromagnetismo (e), del cuanto de acción de Planck (h), es decir, la mecánica cuántica, y, también, la misteriosa y fantástica relatividad (c), la velocidad de la luz. Para los científicos de un mundo remoto, perdido en una galaxia en los confines del universo, sin importar qué signos pudieran emplear para hallar la respuesta, al final de sus estudios, tambhién a ellos, les surgiría el número 137, la constante de estrucutra fina que tantos secretos esconde.

Lo único que en la definición del mundo son los valores de las constantes adimensionales de la naturaleza (así lo creían Einstein y Planck).  Si se duplica el valor de todas las masas no se llegar a saber, porque todos los números puros definidos por las razones de cualquier par de masas son invariables.

                                             Extraños mundos que pudieran ser

Después llegó Dirac (el que predijo la existencia del positrón) y, por una serie de números y teorías propuestas  Eddintong en aquellos tiempos, decidió abandonar la constancia de la constante de gravitación de Newton, G. Sugirió que estaba decreciendo en proporción directa a la edad del universo en escalas de tiempo cósmicas. Es decir, la Gravedad en el pasado era mucho más potente y se debilitaba con el paso del tiempo.

Así pues, en el pasado G era mayor y en el futuro será menor que lo que mide hoy. veremos que  la enorme magnitud de los tres grandes números (10⁴⁰, 10⁸⁰ y 10¹²⁰) es una consecuencia de la gran edad del universo: todas aumentan con el paso del tiempo.

La propuesta de Dirac provocó un revuelo entre un grupo de científicos vociferantes que inundaron las páginas de las revistas especializadas de cartas y artículos a y en contra. Dirac, mientras tanto, mantenía su calma y sus tranquilas costumbres, pero escribió sobre su creencia en los grandes números cuya importancia encerraba la comprensión del universo con palabras que podrían haber sido de Eddington, pues reflejan muy estrechamente la filosofía de la fracasada “teoría fundamental”.

“¿No cabría la posibilidad de que todos los grandes sucesos presentes correspondan a propiedades de este Gran [10⁴⁰] y, generalizando aún más, que la historia entera del universo corresponda a propiedades de la serie entera de los números naturales…? Hay así una posibilidad de que el viejo sueño de los filósofos de conectar la naturaleza con las propiedades de los números enteros se realice algún día”.

 

La propuesta de Dirac levantó controversias entre los físicos, y Edward Teller en 1.948, demostró que si en el pasado la gravedad hubiera sido como dice Dirac, la emisión de la energía del Sol habría cambiado y la Tierra habría mucho más caliente en el pasado de lo que se suponía normalmente, los océanos habrían estado hirviendo en la era precámbrica, hace doscientos o trescientos millones de años, y la vida tal como la conocemos no habría sobrevivido, pese a que la evidencia geológica entonces disponible demostraba que la vida había existido hace al menos quinientos millones de años.

                              George Gamow

                               Edward Teller

El eufórico George Gamow era buen amigo de Teller y respondió al problema del océano hirviente sugiriendo que podía paliarse si se suponía que las coincidencias propuestas por Dirac eran debidas a una variación temporal en e, la carga del electrón, con e² aumentando con el tiempo requiere la ecuación.

Por desgracia, la propuesta de Gamow de una e variable tenía todo de consecuencias inaceptables para la vida sobre la Tierra. Pronto se advirtió que la sugerencia de Gamow hubiera dado como resultado que el Sol habría agotado hace tiempo todo su combustible nuclear, no estaría brillando hoy si e² crece en proporción a la edad del universo. Su valor en el pasado demasiado pequeño habría impedido que se formaran estrellas como el Sol. Las consecuencias de haber comprimido antes su combustible nuclear, el hidrógeno, hubiera sido la de convertirse primero en gigante roja y después en enana blanca y, por el camino, en el proceso, los mares y océanos de la Tierra se habrían evaporado y la vida habría desaparecido de la faz del planeta.

Gamow tuvo varias discusiones con Dirac sobre estas variantes de su hipótesis de G variable. Dirac dio una interesante respuesta a Gamow con respecto a su idea de la carga del electrón, y con ello la constante de estructura fina, pudiera estar variando.

Recordando sin duda la creencia inicial de Eddington en que la constante de estructura fina era un racional, escribe a Gamow en 1.961 hablándole de las consecuencias cosmológicas de su variación con el logaritmo de la edad del universo.

“Es difícil formular cualquier teoría firme sobre las etapas primitivas del universo porque no sabemos si hc/e² es constante o varía proporcionalmente a log(t). Si hc/e² fuera un entero tendría que ser una constante, pero los experimentadores dicen que no es un entero, de modo que bien podría estar variando. Si realmente varía, la química de las etapas primitivas sería completamente diferente, y la radiactividad también estaría afectada. Cuando empecé a trabajar sobre la gravedad esperaba encontrar alguna conexión ella y los neutrinos, pero esto ha fracasado.”

 

 

En mecánica cuántica, el comportamiento de un electrón en un átomo se describe por un orbital, que es una distribución de probabilidad más que una órbita. En la figura, el sombreado indica la probabilidad relativa de «encontrar» el electrón en punto cuando se tiene la energía correspondiente a los números cuánticos dados. Pensemos que si la carga del electrón variara, aunque sólo fuese una diezmillonésima , los átomos no se podrían constituir, las moléculas consecuentemente tampoco y, por ende, ni la materia… ¡Tampoco nosotros estaríamos aquí! ¡Es tan importante el electrón!

Dirac no iba a suscribir una e variable fácilmente, como solución al problema de los grandes números. Precisamente, su científico más importante había hecho comprensible la estructura de los átomos y el comportamiento del electrón, y dijo que existía el positrón. Todo ello basado en la hipótesis, compartida por casi todos, de que e era una verdadera constante, la misma en todo tiempo y todo lugar en el universo, un electrón y su carga negativa eran exactas en la Tierra y en el más  alejado planeta de la más alejada estrella de la galaxia Andrómeda. Así que Gamow pronto abandonó la teoría de la e variable y concluyo que:

“El valor de e se mantiene en pie el Peñón de Gibraltar durante los últimos 6×10⁹ años.”

 

 

                         El Peñón de Gibraltar, tan familiar e inamovible decía Dirac

Pero lo que está claro es que, ocurre siempre en ciencia, la propuesta de Dirac levantó una gran controversia que llevó a cientos de físicos a realizar pruebas y buscar más a fondo en el problema, lo que dio lugar a nuevos detalles importantes sobre el tema.

Alain Turing, pionero de la criptografía, estaba fascinado por la idea de la gravedad variable de Dirac, y especuló sobre la posibilidad de probar la idea a partir de la evidencia fósil, preguntando si “un paleontólogo podría decir, a partir de la huella de un animal extinto, si su peso era el que se suponía”.

El gran biólogo J.B.S. Haldane se sintió también atraído por las posibles consecuencias biológicas de las teorías cosmológicas en que las “constantes” tradicionales cambian con el paso del tiempo o donde los procesos gravitatorios se despliegan de acuerdo con un reloj cósmico diferente del de los procesos atómicos (¿será precisamente por eso que la relatividad general – el cosmos –, no se lleva con la mecánica cuántica – el átomo –?).

Tales universos de dos tiempos habían sido propuestos por Milne y fueron las primeras sugerencias de que G podría no ser constante. Unos procesos, la desintegración radiactiva o los ritmos de interacción molecular, podrían ser constantes sobre una escala de tiempo pero significativamente variables con respecto a la otra. Esto daba lugar a un escenario en el que la bioquímica que sustentaba la vida sólo se hacía posible después de una particular época cósmica, Haldane sugiere que:

“Hubo, de hecho, un momento en el que se hizo posible por primera vez vida de cualquier tipo, y las formas superiores de vida sólo pueden haberse hecho posibles en una posterior.  Análogamente, un cambio en las propiedades de la materia puede explicar algunas de las peculiaridades de la geología precámbrica.”

Este imaginativo escenario no es diferente del que se conoce como “equilibrio interrumpido”, en el que la evolución ocurre en una sucesión discontinua de brotes acelerados entre los que se intercalan largos periodos de cambio lento. Sin embargo, Haldane ofrece una explicación para los cambios.

Lo que tienen en común todas estas respuestas a las ideas de Eddington y Dirac es una apreciación creciente de que las constantes de la naturaleza desempeñan un papel cosmológico vital:

Existe un lazo entre la estructura del universo en conjunto y las locales internas que se necesitan para que la vida se desarrolle y persista. Si las constantes tradicionales varían, entonces las teorías astronómicas tienen grandes consecuencias para la biología, la geología y la propia vida.

No podemos descartar la idea ni abandonar la posibilidad de que algunas “constantes” tradicionales de la naturaleza pudieran estar variando muy lentamente el transcurso de los miles de millones de años de la historia del universo. Es comprensible por tanto el interés por los grandes números que incluyen las constantes de la naturaleza. Recordemos que Newton nos trajo su teoría de la Gravedad Universal, que más tarde mejora Einstein y que, no sería extraño, en el futuro mejorará algún otro con una nueva teoría más completa y ambiciosa que explique lo grande (el cosmos) y lo pequeño (el átomo), las partículas (la materia) y la energía por interacción de las cuatro fuerzas fundamentales.

¿Será la teoría de Supercuerdas ese futuro?

emilio silvera