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Archivo de septiembre de 2014

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Sep

21

De la vida y la muerte de las partículas y…otros

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (0)

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Por aquel tiempo pudimos leer en la prensa de todo el mundo:  ESTOCOLMO, Suecia.- El premio Nobel de Física (2.008) fue atribuido hoy al norteamericano Yoichiro Nambu y a los japoneses Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa por sus trabajos separados sobre la física de las partículas que mejoraron la comprensión de la materia, Demos un repaso hoy aquí a esos componentes de la materia, y, profundicemos en sus propiedades., en sus “vidas”.

 

             Todo lo que vemos, está formado por partículas elementales

Cuando hablamos del tiempo de vida de una partícula nos estamos refiriendo al tiempo de vida media, una partícula que no sea absolutamente estable tiene, en cada momento de su vida, la misma probabilidad de desintegrarse. Algunas partículas viven más que otras, pero la vida media es una característica de cada familia de partículas.

También podríamos utilizar el concepto de “semivida”. Si tenemos un gran número de partículas idénticas, la semivida es el tiempo que tardan en desintegrarse la mitad de ese grupo de partículas. La semivida es 0,693 veces la vida media.

Si miramos una tabla de las partículas más conocidas y familiares (fotón, electrón muón tau, la serie de neutrinos, los mesones con sus piones, kaones, etc., y, los Hadrones bariones como el protón, neutrón, lambda, sigma, ksi y omega, en la que nos expliquen sus propiedades de masa, carga, espín, vida media (en segundos) y sus principales manera de desintegración, veríamos como difieren las unas de las otras.

Quarks Antiquarks
Nombre Símbolo[1] Generación Carga eléctrica
(e)		 Masa en reposo
(MeV/c²)		 Nombre Símbolo Generación Carga eléctrica
(e)		 Masa en reposo
(MeV/c²)
Arriba \mathrm{u}\,\! Primera \begin{matrix} +\frac{2}{3} \end{matrix} — Antiarriba \mathrm{\bar{u}}\,\! Primera \begin{matrix} -\frac{2}{3} \end{matrix} —
Abajo \mathrm{d}\,\! Primera \begin{matrix} -\frac{1}{3} \end{matrix} — Antiabajo \mathrm{\bar{d}}\,\! Primera \begin{matrix} +\frac{1}{3} \end{matrix} —
Encanto \mathrm{c}\,\! Segunda \begin{matrix} +\frac{2}{3} \end{matrix} — Antiencanto \mathrm{\bar{c}}\,\! Segunda \begin{matrix} -\frac{2}{3} \end{matrix} —
Extraño \mathrm{s}\,\! Segunda \begin{matrix} -\frac{1}{3} \end{matrix} — Antiextraño \mathrm{\bar{s}}\,\! Segunda \begin{matrix} +\frac{1}{3} \end{matrix} —
Cima \mathrm{t}\,\! Tercera \begin{matrix} +\frac{2}{3} \end{matrix} — Anticima \mathrm{\bar{t}}\,\! Tercera \begin{matrix} -\frac{2}{3} \end{matrix} —
Fondo \mathrm{b}\,\! Tercera \begin{matrix} -\frac{1}{3} \end{matrix} — Antifondo \mathrm{\bar{b}}\,\! Tercera \begin{matrix} +\frac{1}{3} \end{matrix} —
Las iniciales de los símbolos los toma del inglés: u: up, arriba; d: down, abajo; c: charmed, encantado; s: strange, extraño; t: top, alto, superior, cima; b: bottom bajo, fondo.

Algunas partículas tienen una vida media mucho más larga que otras. De hecho, la vida media difiere enormemente. Un neutrón por ejemplo, vive 10¹³ veces más que una partícula Sigma⁺, y ésta tiene una vida 10⁹ veces más larga que la partícula sigma cero. Pero si uno se da cuenta de que la escala de tiempo “natural” para una partícula elemental (que es el tiempo que tarda su estado mecánico-cuántico, o función de ondas, en evolucionar u oscilar) es aproximadamente 10ˉ²⁴ segundos, se puede decir con seguridad que todas las partículas son bastantes estables. En la jerga profesional de los físicos dicen que son “partículas estables”.

Diagrama de partículas elementales

Todas las partículas elementales vistas hasta ahora en esta serie, incluido el neutrino. Claro que, aquí no está todavía el Bosón de Higgs que será confirmado en breve…al parecer. Esas son las últimas noticias, el Bosón de Higgs está “casi” localizado y sólo está a la espera de confirmar el hallazgo no una, sino miles de veces.

CMS detector
The CMS detector.Image © CERN
ATLAS detector
The ATLAS detector. Image © CERN

Por fin, los físicos empiezan a recoger los frutos de una búsqueda que dura ya casi cincuenta años. Dos de los principales detectores del LHC, el gran acelerador europeo de partículas (el Atlas y el muones“>CMS) han encontrado señales que podrían delatar la presencia del esquivo Higgs“>bosón de Higgs, la última particula subatómica que queda por descubrir para completar el Modelo Estandar de la Física y la que encierra, además, el secreto de por qué las demás partículas tienen masa.

Pero sigamos. ¿Cómo se determina la vida media de una partícula? Las partículas de vida larga, tales como el neutrón y el muón, tienen que ser capturadas, preferiblemente en grandes cantidades, y después se mide electrónicamente su desintegración. Las partículas comprendidas entre 10ˉ¹⁰ y 10ˉ⁸ segundos solían registrarse con una cámara de burbujas, pero actualmente se utiliza con más frecuencia la cámara de chispas. Una partícula que se mueve a través de una cámara de burbujas deja un rastro de pequeñas burbujas que puede ser fotografiado. La Cámara de chispas contiene varios grupos de de un gran número de alambres finos entrecruzados entre los que se aplica un alto voltaje. Una partícula cargada que pasa cerca de los cables produce una serie de descargas (chispas) que son registradas electrónicamente. La ventaja de esta técnica respecto a la cámara de burbujas es que la señal se puede enviar directamente a una computadora que la registra de manera muy exacta.

Una colisión entre un prtón y un antiprotón registrada mediante una cámara de chispas del experimento UA5 del CERN.

 

Una partícula eléctricamente neutra nunca deja una traza directamente, pero si sufre algún tipo de interacción que involucre partículas cargadas (bien porque colisionen con un átomo en el detector o porque se desintegren en otras partículas), entonces desde luego que pueden ser registradas. Además, realmente se coloca el aparato entre los polos de un fuerte imán. Esto hace que la trayectoria de las partículas se curve y de aquí se puede medir la velocidad de las partículas. Sin embargo, como la curva también depende de la masa de la partícula, es conveniente a veces medir también la velocidad de una forma diferente.

Leptones cargados Neutrinos
Nombre Símbolo Carga Masa en reposo Nombre Símbolo Carga Masa en reposo
1ª generación Electrón \mathrm{e^-}\,\! −1 0,511
\mathrm{\nu_e}\,\! 0 < 3·10−6
Positrón \mathrm{e^+}\,\! +1 Neutrino electrónico
 \mathrm{\overline{\nu_e}} 0
2ª generación Muón \mathrm{\mu^-}\,\! −1 105,658 Neutrino muónico \mathrm{\nu_\mu}\,\! 0 < 0,19
Antimuón \mathrm{\mu^+}\,\! +1 Antineutrino muónico \mathrm{\overline{\nu_\mu}} 0
3ª generación Tauón \mathrm{\tau^-}\,\! −1 1776,99 Neutrino tauónico \mathrm{\nu_\tau}\,\! 0 < 18,2
Antitauón \mathrm{\tau^+}\,\! +1 Antineutrino tauónico \mathrm{\overline{\nu_\tau}} 0

En un experimento de altas energías, la mayoría de las partículas no se mueven mucho más despacio que la velocidad de la luz. Durante su carta vida pueden llegar a viajar algunos centímetros y a partir de la longitud media de sus trazas se puede calcular su vida. Aunque las vidas comprendidas entre 10ˉ¹³ y 10ˉ²⁰ segundos son muy difíciles de medir directamente, se pueden determinar indirectamente midiendo las fuerzas por las que las partículas se pueden transformar en otras. Estas fuerzas son las responsables de la desintegración y, por lo tanto, conociéndolas se puede calcular la vida de las partículas, Así, con una pericia ilimitada los experimentadores han desarrollado todo un arsenal de técnicas para deducir hasta donde sea posible todas las propiedades de las partículas. En algunos de estos procedimientos ha sido extremadamente difícil alcanzar una precisión alta. Y, los datos y números que actualmente tenemos de cada una de las partículas conocidas, son los resultados acumulados durante muchísimos años de medidas  experimentales y de esa manera, se puede presentar una información que, si se valorara en horas de trabajo y coste de los proyectos, alcanzaría un precio descomunal pero, esa era, la única manera de ir conociendo las propiedades de los pequeños componentes de la materia.

Que la mayoría de las partículas tenga una vida media de 10ˉ⁸ segundos significa que son ¡extremadamente estables! La función de onda interna oscila más de 10²² veces/segundo. Este es el “latido natural de su corazón” con el cual se compara su vida. Estas ondas cuánticas pueden oscilar 10ˉ⁸ x 10²², que es 1¹⁴ o 100.000.000.000.000 veces antes de desintegrarse de una u otra manera. Podemos decir con toda la seguridad que la interacción responsable de tal desintegración es extremadamente débil.

Bariones

 

Partícula Símbolo[1] Quarks[2] Spin Masa en reposo
(MeV/c²)		 S C B Vida media
(s)		 Desintegraciones más importantes
Protón \mathrm{p}\,\! \mathrm{uud}\,\! \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} 938,27 0 0 0 Estable [3] —
Neutrón \mathrm{n}\,\! \mathrm{udd}\,\! \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} 939,56 0 0 0 885,7 [4] \begin{matrix} {}_{n\,\rightarrow\,p + e^- + \bar{\nu}_e} & {}_{100%} \end{matrix}
Delta doble positiva \mathrm{\Delta^{++}}\,\! \mathrm{uuu}\,\! \begin{matrix} \frac{3}{2} \end{matrix} ≈1.232 0 0 0 6·10-24 \begin{matrix} {}_{\Delta^{++}\,\rightarrow\,p + \pi^+} & {}_{100%} \end{matrix}
Delta positiva \mathrm{\Delta^+}\,\! \mathrm{uud}\,\! \begin{matrix} \frac{3}{2} \end{matrix} ≈1.232 0 0 0 6·10-24 \begin{matrix} {}_{\Delta^{+}\,\rightarrow\,Nucle\acute{o}n + pi\acute{o}n} & {}_{100%} \end{matrix}
Delta neutra \mathrm{\Delta^0}\,\! \mathrm{udd}\,\! \begin{matrix} \frac{3}{2} \end{matrix} ≈1.232 0 0 0 6·10-24 \begin{matrix} {}_{\Delta^{0}\,\rightarrow\,Nucle\acute{o}n + pi\acute{o}n} & {}_{100%} \end{matrix}
Delta negativa \mathrm{\Delta^{-}}\,\! \mathrm{ddd}\,\! \begin{matrix} \frac{3}{2} \end{matrix} ≈1.232 0 0 0 6·10-24 \begin{matrix} {}_{\Delta^{-}\,\rightarrow\,n + \pi^-} & {}_{100%} \end{matrix}
Lambda neutra \mathrm{\Lambda^0}\,\! \mathrm{uds}\,\! \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} 1.115,68 −1 0 0 2,63·10-10 \begin{matrix} {}_{\Lambda^{0}\,\rightarrow\,p + \pi^-} & {}_{63,9%} \\ {}_{\Lambda^{0}\,\rightarrow\,n + \pi^0} & {}_{35,8%} \end{matrix}
Sigma positiva \mathrm{\Sigma^+}\,\! \mathrm{uus}\,\! \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} 1.189,37 −1 0 0 8,01·10-11 \begin{matrix} {}_{\Sigma^{+}\,\rightarrow\,p + \pi^0} & {}_{51,57%} \\ {}_{\Sigma^{+}\,\rightarrow\,n + \pi^+} & {}_{48,31%} \end{matrix}
Sigma neutra \mathrm{\Sigma^0}\,\! \mathrm{uds}\,\! \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} 1.192,64 −1 0 0 7,4·10-20 \begin{matrix} {}_{\Sigma^{0}\,\rightarrow\,\Lambda^0 + \gamma} & {}_{100%} \end{matrix}
Sigma negativa \mathrm{\Sigma^-}\,\! \mathrm{dds}\,\! \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} 1.197,45 −1 0 0 1,48·10-10 \begin{matrix} {}_{\Sigma^{-}\,\rightarrow\,n + \pi^-} & {}_{99,84%} \\ {}_{\Sigma^{-}\,\rightarrow\,n + e^- + \bar{\nu}_e} & {}_{0,1%} \end{matrix}
Xi neutra \mathrm{\Xi^0}\,\! \mathrm{uss}\,\! \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} 1.314,83 −2 0 0 2,90·10-10 \begin{matrix} {}_{\Xi^{0}\,\rightarrow\,\Lambda^0 + \pi^0} & {}_{99,52%} \\ {}_{\Xi^{0}\,\rightarrow\,\Sigma^0 + \gamma} & {}_{0,33%} \end{matrix}
Xi negativa \mathrm{\Xi^-}\,\! \mathrm{dss}\,\! \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} 1.321,31 −2 0 0 1,64·10-10 \begin{matrix} {}_{\Xi^{-}\,\rightarrow\,\Lambda^0 + \pi^-} & {}_{99,88%} \end{matrix}
Omega \mathrm{\Omega^-}\,\! \mathrm{sss}\,\! \begin{matrix} \frac{3}{2} \end{matrix} 1.672,45 −3 0 0 8,21·10-11 \begin{matrix} {}_{\Omega^{-}\,\rightarrow\,\Lambda^0 + K^-} & {}_{67,8%} \\ {}_{\Omega^{-}\,\rightarrow\,\Xi^0 + \pi^-} & {}_{23,6%} \\ \end{matrix}
Omega encantada \mathrm{\Omega^0_c}\,\! \mathrm{ssc}\,\! \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} 2.697,5 −2 +1 0 6,90·10-14 \begin{matrix} {}_{\Omega^0_c\,\rightarrow\,\Sigma^+ + K^- + K^- + \pi^+} & {}_{??\,%} \\ {}_{\Omega^0_c\,\rightarrow\,\Xi^0 + K^- + \pi^+} & {}_{??\,%} \\ \end{matrix}
Xi positiva encantada \mathrm{\Xi^+_c}\,\! \mathrm{usc}\,\! \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} 2.468 −1 +1 0 4,42·10-13 \begin{matrix} {}_{\Xi^+_c\,\rightarrow\,\Xi^0 + \pi^+ + \pi^0} & {}_{??\,%} \\ {}_{\Xi^+_c\,\rightarrow\,\Xi^0 + e^+ + \nu_e} & {}_{??\,%} \\ \end{matrix}
Xi neutra encantada \mathrm{\Xi^0_c}\,\! \mathrm{dsc}\,\! \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} 2.471 −1 +1 0 1,12·10-13 \begin{matrix} {}_{\Xi^0_c\,\rightarrow\,p + K^- + K^- + \pi^+} & {}_{??\,%} \\ {}_{\Xi^0_c\,\rightarrow\,\Lambda^0 + K^0_S} & {}_{??\,%} \\ \end{matrix}
Lambda encantada \mathrm{\Lambda^+_c}\,\! \mathrm{udc}\,\! \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} 2.284,9 0 +1 0 2,00·10-13 \begin{matrix} {}_{\Lambda^+_c\,\rightarrow\,p + K^- + \pi^+} & {}_{??\,%} \\ {}_{\Lambda^+_c\,\rightarrow\,p + \bar{K^0} + \pi^0} & {}_{??\,%} \\ \end{matrix}
Xi doble encantada \mathrm{\Xi^+_{cc}}\,\! \mathrm{dcc}\,\! \begin{matrix} ? \end{matrix} 3.519 0 +2 0 <3,30·10-14 —
Lambda inferior \mathrm{\Lambda^0_b}\,\! \mathrm{udb}\,\! \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} 5.624 0 0 −1 1,23·10-12 \begin{matrix} {}_{\Lambda^0_b\,\rightarrow\,p + D^0 + \pi^-} & {}_{??\,%} \\ {}_{\Lambda^0_b\,\rightarrow\,\Lambda^+_c + \pi^-} & {}_{??\,%} \\ \end{matrix}
[1] El símbolo de los antibariones es el mismo pero con una barra superpuesta.
[2] Los antibariones están formados por los respectivos antiquarks.
[3] Debe ser superior a 1030 años.
[4] Vida media de los neutrones libres. En los núcleos atómicos son estables.
Se ha conseguido observar por primera vez la desintegración radiactiva del neutrón. Dentro de los núcleos de los átomos hay neutrones y protones. En condiciones normales y mientras que están ahí los neutrones son estables. Sin embargo los neutrones libres son inestables, tienen una vida media de unos 10 minutos, y se desintegran produciendo un protón un electrón y un antineutrino. Pero los físicos nucleares teóricos predijeron que una de cada mil veces los neutrones decaerían en todas esas partículas y además en un fotón.

Aunque la vida de un neutrón sea mucho más larga (en promedio un cuarto de hora), su desintegración también se puede atribuir a la interacción débil. A propósito, algunos núcleos atómicos radiactivos también se desintegran por interacción débil, pero pueden necesitar millones e incluso miles de millones de años para ello. Esta amplia variación de vidas medias se puede explicar considerando la cantidad de energía que se libera en la desintegración. La energía se almacena en las masas de las partículas según  la bien conocida fórmula de Einstein E = Mc². Una desintegración sólo puede tener lugar si la masa total de todos los productos resultantes es menor que la masa de la partícula original. La diferencia entre ambas masas se invierte en energía de movimiento. Si la diferencia es grande, el proceso puede producirse muy rápidamente, pero a menudo la diferencia es tan pequeña que la desintegración puede durar minutos o incluso millones de años. Así, lo que determina la velocidad con la que las partículas se desintegran no es sólo la intensidad de la fuerza, sino también la cantidad de energía disponible.

Si no existiera la interacción débil, la mayoría de las partículas serían perfectamente estables. Sin embargo, la interacción por la que se desintegran las partículas π°, η y Σ° es la electromagnética. Se observará que estas partículas tienen una vida media mucho más corta, aparentemente, la interacción electromagnética es mucho más fuerte que la interacción débil.

Bosones

Nombre Símbolo Carga eléctrica
(e)		 Carga de color Spin Masa en reposo
(GeV/c²)		 Existencia Vida media Desintegraciones más importantes
Fotón \mathrm{\gamma}\,\! Neutra Neutra 1 Nula Confirmada Estable —
Bosón W \mathrm{W^{\pm}}\,\! ± 1 Neutra 1 80,425 Confirmada 3·10-25 \begin{matrix} {}_{W^{+}\,\rightarrow\,q + \bar{q}} & {}_{\approx67%} \\ {}_{W^{+}\,\rightarrow\,\ell^+ + \nu_\ell} & {}_{\approx33%} \end{matrix} [1]
Bosón Z \mathrm{Z^{0}}\,\! Neutra Neutra 1 91,187 Confirmada 3·10-25 —
Gluón \mathrm{g}\,\! Neutra Color + Anticolor 1 Nula Confirmada Estable —
Gravitón \mathrm{G}\,\! Neutra Neutra 2 Nula Hipotética Estable —
Higgs“>Bosón de Higgs \mathrm{H}\,\! Neutra Neutra 0 > 114 Hipotética Inestable \begin{matrix} {}_{H\,\rightarrow\,t + \bar{t}} & {}_{???\,%} \\ {}_{H\,\rightarrow\,b + \bar{b}} & {}_{???\,%} \end{matrix}

Durante la década de 1950 y 1960 aparecieron tal enjambre de partículas que dio lugar a esa famosa anécdota de Fermi cuando dijo: “Si llego a adivinar esto me hubiera dedicado a la botánica.”

Foto

Típicamente el neutrón decae en un protón, un antineutrino y un electrón. Muy raramente lo hace radiativamente emitiendo además un fotón. Diagrama: Zina Deretsky, National Science Foundation.  Fue difícil observar los fotones porque el haz está contaminado con fotones que fondo que producen mucho “ruido” en las medidas, por lo que era como buscar una aguja en un pajar. El decaimiento radiativo del neutrón es importante porque conecta directamente con el modelo estándar de partículas.

Si la vida de una partícula  es tan corta como 10ˉ²³ segundos, el proceso de desintegración tiene un efecto en la energía necesaria para producir las partículas ante de que se desintegre. Para explicar esto, comparemos la partícula con un diapasón que vibra en un determinado modo. Si la “fuerza de fricción” que tiende a eliminar este modo de vibración es fuerte, ésta puede afectar a la forma en la que el diapasón oscila, porque la altura, o la frecuencia de oscilación, está peor definida. Para una partícula elemental, esta frecuencia corresponde a su energía. El diapasón resonará con menor precisión; se ensancha su curva de resonancia. Dado que para esas partículas extremadamente inestable se miden curvas parecidas, a medida se las denomina resonancias. Sus vidas medias se pueden deducir directamente de la forma de sus curvas de resonancia.

Un ejemplo típico de una resonancia es la delta (∆), de la cual hay cuatro especies ∆ˉ, ∆⁰, ∆⁺ y ∆⁺⁺(esta última tiene doble carga eléctrica). Las masas de las deltas son casi iguales 1.230 MeV. Se desintegran por la interacción fuerte en un protón o un neutrón y un pión.

Existen tanto resonancias mesónicas como bariónicas . Las resonancias deltas son bariónicas. Las resonancias deltas son bariónicas. (También están las resonancias mesónicas rho, P).

            En el Universo existen muchas clases de resonancias…inesperadas

Las resonancias parecen ser solamente una especie de versión excitada de los Hadrones estable. Son réplicas que rotan más rápidamente de lo normal o que vibran de diferente manera. Análogamente a lo que sucede cuando golpeamos un gong, que emite sonido mientras pierde energía hasta que finalmente cesa de vibrar, una resonancia termina su existencia emitiendo piones, según se transforma en una forma más estable de materia.

Por ejemplo, la desintegración de una resonancia ∆ (delta) que se desintegra por una interacción fuerte en un protón o neutrón y un pión, por ejemplo:

∆⁺⁺→р + π⁺;  ∆⁰→р + πˉ; o п+π⁰

En la desintegración de un neutrón, el exceso de energía-masa es sólo 0,7 MeV, que se puede invertir en poner en movimiento un protón, un electrón y un neutrino. Un Núcleo radiactivo generalmente tiene mucha menos energía a su disposición.

El estudio de los componentes de la materia tiene una larga historia en su haber, y, muchos son los logros conseguidos y muchos más los que nos quedan por conseguir, ya que, nuestros conocimientos de la masa y de la energía (materia), es aún limitado. Los cuadros que aparecen arriba, están referidos a las partículas más usuales como los Quarks y los Leptones (verdaderos componentes de la materia) que a su vez, son: Los Quarks los que forman a los Hadrones y los Leptones los que completan el núcleo atómico de la materia para conformar los átomos. He dejado a los mesones y a las supuestas partículas supersimétricas centrándome en las que me parecen principales en la conformación de la materia.

emilio silvera

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Sep

20

Nuevas maneras de mirar al Universo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en el futuro    ~    Comentarios Comments (0)

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Quedó, hace algún tiempo, instalado el espectrógtafo de Infrarrojo Cercano en el Telescopio James Webb. Veremos que maravillas nos depara.

02.04.14.- En Marzo, el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano (NIRSpec) del Telescopio Espacial James Webb fue instalado en el módulo de instrumentos. El NIRSpec se une a la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam), un sensor de guiado de precisión y una cámara en el infrarrojo cercano y un espectrógrafo sin ranura (FGS-NIRISS), y una cámara y espectrógrafo en el infrarrojo medio (MIRI), que ya se encuentran integrados en el Módulo de Instrumentos Científicos, por lo que el módulo de intrumentos está completo.

 Instalacion de espectrógrafo de infrarrojo cercano en el telescopio espacial James Webb
 Instalación de espectrógrafo de infrarrojo cercano en el telescopio espacial James Webb. Image Credit: NASA/Chris Gunn

El Telescopio Espacial James Webb es un gran telescopio espacial, optimizado para longitudes de onda infrarrojas. Su lanzamiento está previsto a finales de esta década. Webb encontrará las primeras galaxias que se formaron en el universo temprano, conectando el Big Bang a nuestra propia galaxia la Vía Láctea. El telescopio espacial James Webb y sus instrumentos están optimizados para captar la luz infrarroja y así poder estudiar la radiación emitida por galaxias remotas y observar a través del denso velo de polvo que envuelve a algunos objetos, como los embriones de estrellas.

Este telescopio alcanzará un nivel de sensibilidad sin precedentes, ya que se encontrará a 1.5 millones de kilómetros de la Tierra en dirección opuesta al Sol y protegido por un parasol del tamaño de una cancha de tenis, que le mantendrán alejado de las influencias de la atmósfera terrestre, a baja temperatura, y en la más absoluta oscuridad. El Telescopio Espacial James Webb es un proyecto conjunto de la ESA, la NASA y la Agencia Espacial Canadiense diseñado para tomar el relevo del exitoso telescopio espacial Hubble.

El Telescopio Espacial James Webb (en inglés James Webb Space Telescope o JWST), es un observatorio espacial en fase de desarrollo que estudiará el cielo en frecuencia infrarroja, sucesor científico del telescopio espacial Hubble y del Spitzer. Las principales características técnicas son un gran espejo de 6,5 metros de diámetro, una posición de observación lejos de la Tierra, en órbita alrededor del punto L2 del sistema Sol- Tierra, y cuatro instrumentos especializados. La combinación de estas características le dará una resolución sin precedentes y sensibilidad de larga longitud de onda visible al infrarrojo medio, permitiendo sus dos principales objetivos científicos –estudiar el nacimiento y evolución de las galaxias y la formación de estrellas y planetas.

От Большого взрыва к Нобелевской премии и границам Вселенной, Джон Мазер, 27 ноября 2009

Si ellos pudieran contemplar hasta donde hemos llegado en la sostificación de los ingenios que podemos fabricar y que son capaces de captar galaxias y estrellas situadas al filo de su nacimiento, hace ahora más de 12.000 millones de años-luz… ¡Se morían del susto!

hubble_vs_Jwst_black2.jpg

Paso a paso, sin que apenas nos demos cuenta, cada día nos acercamos un poco más al futuro que vendrá y, aunque nosotros seguimos instalados en el presente, estamos haciendo todo lo preciso para que ese futuro sea muy diferente al hoy, y, en relación al Universo y a la Naturaleza misma (también la nuestra), estamos avanzando de manera imparable. Cada nuevo conocimiento conquistado, nos posibilitan la apertura de nuevas puertas, antes cerradas, y, detrás de ellas, encontramos respuestas nuevas.

¿Que nos dira el James Webb Space Telescope?

Esperémos que mucho de lo que ahora no sabemos.

 

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Sep

19

¿Cómo será el futuro?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El futuro tecnológico    ~    Comentarios Comments (0)

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mitocondria

 

¿Qué nos espera en los próximos 10 años?

Lo cierto es que, cada vez que ha salido alguien, que como el precursor de la ciencia ficción, el entrañable Julio Verne, nos hablaba de viajes imposibles y de mundos insólitos, nadie pudo creer, en aquellos momentos, que todas aquellas “fantasías” serían una realidad en el futuro más o menos lejano. Todo lo que él imagino hace tiempo que se hizo realidad y, en algunos casos, aquellas realidades fantásticas, han sido sobrepasadas como podemos contemplar, en nuestras vidas cotidianas. Ingenios espaciales surcan los espacios siderales y, otros, lo hacen por el misterioso fondo oceánico como fue predicho hace más de un siglo.

Los profetas modernos resultan ser Físicos que nos hablan de sucesos cuánticos que no llegamos a comprender y que, son ¡tan extraños! que nos resultan poco familiares y como venidos de “otro mundo”, aunque en realidad, son fenómenos que ocurren en las profundidades del mundo de la materia.

Cada vez van siendo menor los visionarios y más los estudiosos científicos, tanto teóricos como experimentadores que, en todos los campos, nos llevan, sin que nos demós cuanta , hacia el futuro que, ¡puede ser de tántas maneras! Precisamente por eso, será bueno que nuestras mentes, no se resignen a que estémos confinados aquí, en esta nave espacial que llamamos Tierra y que surca el espacio interestelar a muy buena velocidad aunque no todos sean conscientes de ello.

Ascensor espacial. Erkki Halkka

              Ascensor Espacial Erkki Halkka

Los avances que veremos en este mismo siglo, en todos los ámbitos del saber humano, serán sorprendentes y cambiaran nuestras vidas, nuestra Sociedad para el próximo siglo, será ya muy diferentes a ésta que conocemos. Nuestras propias vidas darán un salto cuantitativo y cualitativo en su período de duración y en su calidad de bienestar, podremos vivir un siglo y medio y tendremos menos enfermedades que . las posibles innovaciones tecnológicas en campos tan dispares como la salud, la economía, la demografía, la energía, la robótica, el espacio, las telecomunicaciones y los transportes, darán un vuelco a nuestra forma de vida y entraremos en otra fase del futuro que viene y del pasado que dejamos atrás.

File:Types of Carbon Nanotubes.png

Estos serán los materiales con los que se construi´ra ese ascensor “imposible” que nos llevará 500 Km lejos de la Tierra, las Estaciones Espaciales con las que se podrá acoplar, sin ninguno de los riesgos que conllevan los transbordadores actuales impulsados por Hidrógeno líquido de fácil combustión, es decir, los pasajeros van montados sobre una bomba volante y, al mejor fallo…

Los ascensores espaciales eran hasta hace muy poco materia de ficción pura, pues ningún material conocido podía soportar la enorme tensión producida por su propio peso. Actualmente ciertos materiales comienzan a parecer viables materia prima: los expertos en nuevos materiales consideran que teóricamente los nanotubos de carbono pueden soportar la tensión presente en un ascensor espacial.3 Debido a este avance en la resistencia de los nuevos materiales, varias agencias están estudiando la viabilidad de un futuro ascensor espacial:

En Estados Unidos, un antiguo ingeniero de la NASA llamado Bradley C. Edwards ha elaborado un proyecto preliminar que también están estudiando científicos de la NASA.3 Edwards afirma que ya existe la tecnología necesaria, que se necesitarían 20 años construirlo y que su costo sería 10 veces menor que el de la Estación Espacial Internacional. El ascensor espacial de Edwards no se parece a los presentes en las obras de ficción, al ser mucho más modesto y a la vez innovador en lo que concierne a su eventual método de construcción.

Este sería el final del recorrido y estaría preparado para conectar con bases espaciales. nos parece un suelo paero hace tiempo ya que se está trabajando, de manera muy seria, en su construcción en un futuro próximo y, desde luego, conseguirlo será un buen logro.

Existen algunos tratamientos con células madre, pero la mayoría todavía se encuentran en una etapa experimental. Investigaciones médicas, anticipan que un día con el uso de la tecnología, derivada de investigaciones para las células madre adultas y embrionarias, se podrá tratar el cáncer, , heridas en la espina dorsal y daño en los músculos, como también se podrán tratar otras enfermedades. Se les presupone un destino lleno de aplicaciones, que van desde patologías neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer o de Parkinson, hasta la fabricación de tejidos y órganos destinados al trasplante, pasando por la diabetes y los trastornos cardíacos.

En un futuro se espera utilizar células madre de cordón umbilical en terapia génica: podemos así tratar enfermedades causadas por la deficiencia o defecto de un determinado gen, introduciendo un determinado gen en la proliferación de las células madre In Vitro y trasplantar tales células en el paciente receptor. El uso de otros tipos de células como portadores de genes buenos en pacientes con enfermedades causadas por deficiencias o déficits genéticos, está siendo testeado a nivel clínico. El primer trasplante de órgano bioartificial en humanos, por su , confían en que pueda ver la luz dentro de “unos cinco o diez años”.

La bioinformática o la biotecnología consiste en la aplicación de tecnología informática en el análisis de biológicos . Los principales esfuerzos de investigación en estos campos incluyen el alineamiento de secuencias , la predicción de genes , predicción de la expresión génica y modelado de la evolución . Algunos ejemplos son el diseño de organismos para producir antibióticos , el desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos, los diagnósticos moleculares, las terapias regenerativas y el desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a través de la manipulación génica. Veamos algunas de ellas…

                  Formas nuevas de comunicarse y de adquirir datos e información

                         La fusión, energía limpia y barata y, sobre todo, inagotable

Y mientras el mundo está pendiente de la crisis económica internacional, científicos e ingenieros trabajan intensamente en lo que podría ser la solución a los problemas energéticos del futuro. La palabra clave es “fusión”. Al contrario que la tradicional energía nuclear, la energía de fusión es limpia y no contamina y, sus resifuos, es el Helio fácilmente aprovechable. El Proyecto ITER sigue adelante.

Últimos avances en medicina

La ciencia de la medicina está avanzando a pasos agigantados. Los últimos avances en medicina que se dieron en estos diez o quince años pasados han sido sorprendentes, y podemos esperar un salto muy grande en la medicina dentro de los próximos años.

Algunos descubrimientos todavía no están al alcance de los pacientes, a pesar de que ya se han revelado grandes avances científicos son necesarios muchos estudios y pruebas antes de que se puedan aplicar. No perdamos de vista en ámbito del saber humano, ni la genética ni las nuevas nanotecnologías, lo que llaman el ojo biónico, la sangre artificial…

Cambiaran nuestras ciudades y nuestras Sociedades serán diferentes, los nuevos conocimientos llegarán también, a la vida cotidiana del habitat humano y a su forma de trabajo, de viajar, e, incluso los alimentos del futuro no muy lejano, nos harán recordar con cierta nostalgia, estos que criticamos.

            Los modernos celulares irán insertados en el brazo

     Cualquier vivienda será controlada por mecanimos informáticos

Este programa va más allá de los avances actuales para revelar la tecnología e inventos que nos permitirán ver a través de las paredes, viajar en el tiempo y en el espacio y colonizar planetas distantes. La tecnología inteligente que llevará ayudantes robóticos a los hogares, ciudades enteras a la Internet, y sistemas de entretenimiento que harán los sueños realidad en virtual. Sí, virtual hoy pero… ¿Y mañana?

¡Tantas galaxias y estrellas, tantos mundos, tantas maravillas! Si no podemos en un futuro más o menos lejano, visitarlas, ¿ qué tanta diversidad y tanta belleza? Si están ahí, por algo será y, nosotros, aunque parezca que somos una ínfima cuestión en tan vasto Universo, seguramente serémos, unos privilegiados llamados a realizar grandes cosas. A pesar de nuestras muchas faltas y carencias…¡Lo estamos logrando!

Ya hemos dado los primeros pasos y, nuestros ingenios espaciales tecnológicos robotizados, han realizado nosotros las tareas que, de momento nos están vedadas pero, demslé tiempo al tiempo y, sin duda alguna, en ese futuro soñado, estaremos en las estrellas y en esos otros mundos que presentimos hermanos de la Tierra y que podrán acoger a la Humanidad que, dentro de otros cincuenta años, llegará a la cifra de 8.000 millones de seres y, nuestro planeta, no puede con todo.

El futuro convive ya con nosotros y, al tenerlo tan cercano, no le prestamos atención a esos muchos cambios que con nosotros conviven. Lo cierto es que debe ser así, de otra manera, los cambios tan bruscos que se están produciendo, nos traumatizaría y, sin embargo, lo tomamos -unas veces por comprenderlos y otras por ignorarlos- con toda la normalidad. Esa es la manera en la que se desenvuelve el mundo de nuestra especie.

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                                                                                            Sueños convertidos en realidad

¿Cómo no podemos predecir que le puede pasar a la Tierra en el futuro?, mejor será ir “preparando las maletas” que, como decía mi padre, un viejo marinero curtido en mil tempestades: ¡”Más vale, un por si acaso, que un yo creí”!

emilio silvera

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Sep

18

Sistemas Complejos

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en La Complejidad    ~    Comentarios Comments (3)

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Todos hemos oído hablar, con más o menos frecuencia, de “Sistemas Complejos”, aquí mismo en estas páginas, la palabra sale a relucir con cierta frecuencia y, no me extraña que “la palabreja” cree una barrera, dado que, para muchas personas, “complejo” significa “complicado” y suponen automáticamente que, si un sistema es complicado, será difícil de comprender. La naturaleza posee una fuerte tendencia a estructurarse en forma de entes discretos excitables que interactúan y que se organizan en niveles jerárquicos de creciente complejidad, por ello, los sistemas complejos no son de ninguna manera casos raros ni curiosidades sino que dominan la estructura y función del universo.

Claro que, no siempre ese temor a lo difícil y complicado, está justificado y, tal suposición no es, necesariamente correcta. En realidad, un sistema complejo es tan solo un sistema que está formado por varios componentes más sencillos que ejercen entre sí una interacción mutua que, naturalmente, tiene sus consecuencias. Si miramos la imagen de arriba, vemos una inmensa y hermosa Nebulosa que está formada por una serie de “cosas” sencillas como lo son el gas hidrógeno y el polvo interestelar entre otros y, en presencia de energías, la gravedad y otros parámetros, ahí ocurren cosas tales como, el nacimiento de estrellas y la aparición de mundos…entre otras.

Los grandes triunfos de la Ciencia se han logrado, en gran medida, descomponiendo los sistemas complejos en sus componentes simples, es decir, estudiar por partes lo que allí está presente (en caso necesario, como primera aproximación, dando el paso suplementario de pretender que todos los componentes son más sencillos de lo que son en realidad) para llegar a comprender el todo.

En el ejemplo clásico del éxito que ha logrado este planteamiento para conocer el mundo que nos rodea, buena parte de la química puede entenderse mediante un modelo en el que los componentes simples son átomos, y para eso importa poco de qué están formados los núcleos. Ascendiendo un nivel, las leyes que describen el comportamiento del dióxido de Carbono encerrado en una caja pueden entenderse pensando en unas moléculas más o menos esféricas que rebotan unas contra otras y contra las paredes de su contenerdor, y poco importa que cada una de estas moléculas esté formada por un átomo de Carbono y dos de Oxígeno unidos entre sí. Ambos sistemas son complejos, en sentido científico, pero fáciles de entender.

Fijémonos, por ejemplo, en el Campo Magnético Terrestre. En esencia, los planetas generan un campo magnético por efecto dinámo. Para ello se requiere que el planeta rote; debe contener una región con un fluido conductor de la electricidad y debe existir convección en dicho fluido. No se puede asegurar pero parece ser que si en la Tierra no hubiese tectónica de placas el transporte convectivo hacia la superficie podría no tener lugar, la dinamo no funcionaría y el campo magnético terrestre sería prácticamente nulo o, al menos, mucho menor que el actual. Sin la protección que nos brinda el campo magnético, la atmósfera podría desaparecer a causa del continuo bombardeo de las partículas de alta energía procedentes del viento solar. Todos estos componentes son estudiados por separado y, más tarde, los juntamos en un todo que nos lleva a la comprensión de este Sistema Complejo.

Claro que la clave para poder llegar al conocimiento del “sistema complejo” consiste en saber elegir los componentes adecuados sencillos que conforman el todo para poder realizar el análisis necesario que nos lleve hasta las respuestas que buscamos. En muchas ocasiones hemos explicado aquí, lo que hay en  las  Nebulosas como la de arriba y lo que ocurre en ellas para que, finalmente, nazcan estrellas nuevas.

            Hermann Minkowski

Hay cuestiones, a un nivel más abstracto del que hemos oído hablar también con cierta frecuencia. Acordaos de que, poco después de que Einstein publicara sus trabajos sobre relatividad especial, el matemático alemán que arriba podeis ver se dio cuenta de que, en cierto modo, el tiempo debía ser considerado como la cuarta coordenada complementaria de las tres coordenadas del espacio. En su discurso de inauguración de la 80 reunión de la Asamblea general alemana de científicos naturales y físicos el 21 de septiembre de 1908 pronunció una célebre frase:

“Las ideas sobre el espacio y el tiempo que deseo mostrarles hoy descansan en el suelo firme de la física experimental, en la cual yace su fuerza. Son ideas radicales. Por lo tanto, el espacio y el tiempo por separado están destinados a desvanecerse entre las sombras y tan sólo una unión de ambos puede representar la realidad”.

Desde entonces el espacio-tiempo cuatridimensional pasó a llamarse espacio de Minkowski. Si empleamos x,y y z para las tres coordenadas del espacio, tomaremos ct para la cuarta coordenada de tiempo, siendo c la velocidad de la luz. Sin embargo debemos multiplicar ct por otro factor que, sin destrozar la armonía del sistema tetradimensional de las coordenadas haga a la coordenada de tiempo físicamente diferente de las tres coordenadas espaciales. La matemática nos suministra precisamente este factor conocido como una “unidad imaginaria” que se designa con el símbolo i (i= raíz cuadrada de -1).

Cono de luz en el espacio-tiempo de <a href=Minkowski

      Es un hecho notorio que los procesos que ocurren en el universo observable son irreversibles, mientras que las ecuaciones que expresan las leyes fundamentales de la física son invariantes bajo inversión temporal. La emergencia de la irreversibilidad a partir de la física fundamental ha sido un tema que ha preocupado a físicos, astrónomos y filósofos desde que Boltzmann formulara su famoso teorema “H”.

        ¿Es un sistema complejo un fotón? La propiedad del fotón, de la luz, es que es algo que oscila tan rápidamente que en realidad es como si estuviera en dos sitios a la vez, o sea algo que está pero que no está ¿

Cómo se entiende algo así


        “¿Tengo que reconocer que está ha sido la incógnita que más me ha costado despejar, todo un desafío a la lógica, a la matemática. Aunque en realidad era sencillo, porque lo cierto es que lo tenía en las narices. ¡Claro! esa es la esencia de nuestra mágica ecuación, e =m.c2, ¡”

masa en movimiento

        !,es decir, más de lo mismo. Digamos que la mecánica cuántica en realidad no es más que la Vida llevada a su mínima expresión.

Los números complejos, con una parte real y otra imaginaria, también juegan un papel esencial en los formulismos de la mecánica cuántica. La propia probabilidad de los sucesos cuánticos llega a expresarse en función de números complejos llamados amplitudes de probabilidad. La probabilidad real se halla a partir de estos números, sumando el cuadrado de su parte real y el cuadrado de su parte imaginaria.

Esto nos da una idea de la importancia de los estos números, tanto en la teoria de la relatividad como en la mecánica cuántica y nos ayuda a introducirnos en la teoría de Hartle-Hawking sobre los comienzos del universo, que supone un universo sin límites y con un tiempo imaginario, como se entiende la parte no real de un número complejo.

En cierta forma los ceros y los infinitos que aparecen en la física clásica son suavizados por la mecánica cuántica: La energía más baja en el vacío no es nunca cero, como tampoco es nunca cero la extensión de un punto físico . La existencia del cuanto de acción impide una energía cero del vacío, como impide la medida exacta, a la vez, de una variación de energía y del tiempo asociado a dicha variación.El punto físico menor sería la llamada longitud de Planck, del orden de 10-35 metros, lo que también elimina el infinito que resultaría de considerar las partículas subatómicas como puntuales: su densidad sería infinita y resultarían microscópicos agujeros negros.

Según alguna teoría que circula por ahí, si comenzamos en el momento presente y vamos hacia atrás en el tiempo, lo que aparentemente sería el punto origen de la descripción del tiempo real convencional, la naturaleza del tiempo cambia: la componente imaginaria del tiempo se hace más y más prominente hasta que, en último término, lo que debería ser la singularidad de la teoría clásica se desvanece. El Universo existiría porque es una estructura matemática autoconsistente. Puede imaginarse el tiempo real como una línea que va del principio al final del Universo. Pero también puede considerarse otra dirección del tiempo en ángulo recto al tiempo real. Esta última se denomina la dirección imaginaria del tiempo. En el tiempo imaginario, no habría ninguna singularidad en la que dejaran de regir las leyes de la Ciencia, ni ninguna frontera del Universo tras la cual tuviera que apelarse a Dios. El Universo no sería creado ni destruído. Simplemente existiría. Quizás el tiempo imaginario sea el auténtico tiempo real y lo que llamamos tiempo real sea sólo un producto de nuestra imaginación. En el tiempo real, el Universo tiene un principio y un fin. En el tiempo imaginario no hay singularidades ni límites.

Hartle: “Tiempo imaginario no se refiere a la imaginación: hace referencia a los números complejos. Como demostraron Einstein y Minkowsky, el espacio-tiempo constituye una geometría cuatridimensional. Es posible ir aún más lejos de estos conceptos. Si se miden las direcciones del tiempo utilizando números complejos, se obtiene una simetría total entre espacio y tiempo, que es, matemáticamente, un concepto muy bello y natural”. Don N. Page: ” En la formulación de la ausencia de límites de Hartle-Hawking, el tiempo es imaginario, y en vez de tener un borde es como si se tratara de la superficie del planeta Tierra. Suponiendo tiempo imaginario, el Universo no tuvo comienzo, no tiene límite, es una totalidad en sí mismo”.

He tenido la oportunidad de leer el Libro de Roger Penrose (uno de los físicos actuales más brillantes), titulado,  El camino a la realidad, y él nos comenta:  “… los números complejos componen una notable unidad con la naturaleza. Es como si la propia naturaleza estuviera tan impresionada por el alcance y consistencia del sistema de los números complejos como lo estamos nosotros, y hubiera confiado a estos números las operaciones detalladas de su mundo en sus escalas más minúsculas”. Se refiere a la mecánica cuántica, pero realmente su importancia se refleja en toda la naturaleza, porque la cosmología, en los primeros instantes del universo se confunde con el mundo microscópico de las partículas elementales.

Claro que, los “Sistemas Complejos” están por todas partes y, tanto ers así que, nosotros mismos somos un buen ejemplo y llevamos con nosotros, el “sistema” más complejo de todos: Nuestro cerebro es, sin dudarlo y hasta donde puede llegar nuestros conocimientos actuales, el más complejo de los sistemas.

Claro que, si hablamos de complejidad de sistemas, el universo sería el mejor de los ejemplos. Con respecto a sus propios patrones, el universo es viejo. El tiempo de vida natural de un mundo gobernado por la gravedad, la relatividad y la mecánica cuántica es el fugaz breve tiempo de Planck.  Parece que es mucho más viejo de lo que debería ser.

Pero, pese a la enorme edad del universo en “tics” de Tiempo de Planck,  hemos aprendido que casi todo este tiempo es necesario para producir estrellas y los elementos químicos que traen la vida.

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            La vida que surgió en el planeta Tierra a partir del polvo de estrellas

¿Por qué nuestro universo no es mucho más viejo de lo que parece ser? Es fácil entender por qué el universo no es mucho más joven. Las estrellas tardan mucho tiempo en formarse y producir elementos más pesados que son las que requiere la complejidad biológica. Pero los universos viejos también tienen sus problemas. Conforme para el tiempo en el universo el proceso de formación de estrellas se frena. Todo el gas y el polvo cósmico que constituyen las materias primas de las estrellas habrían sido procesados por las estrellas y lanzados al espacio intergaláctico donde no pueden enfriarse y fundirse en nuevas estrellas. Pocas estrellas hacen que, a su vez, también sean pocos los sistemas solares y los planetas. Los planetas que se forman son menos activos que los que se formaron antes, la entropía va debilitando la energía del sistema para realizar trabajo. La producción de elementos radiactivos en las estrellas disminuirá, y los que se formen tendrán semividas más largas. Los nuevos planetas serán menos activos geológicamente y carecerán de muchos de los movimientos internos que impulsan el vulcanismo, la deriva continental y la elevación de las montañas en el planeta. Si esto también hace menos probable la presencia de un campo magnético en un planeta, entonces será muy poco probable que la vida evolucione hasta formas complejas.

             En lugares como este se forman los elementos de la vida

Las estrellas típicas como el Sol, emiten desde su superficie un viento de partículas cargadas eléctricamente que barre las atmósferas de los planetas en órbitas a su alrededor y, a menos que el viento pueda ser desviado por un campo magnético, los posibles habitantes de ese planeta lo podrían tener complicado soportando tal lluvia de radiactividad. En nuestro sistema solar el campo magnético de la Tierra ha protegido su atmósfera del viento solar, pero Marte, que no está protegido por ningún campo magnético, perdió su atmósfera hace tiempo.

Probablemente no es fácil mantener una larga vida en un planeta del Sistema solar. Poco a poco hemos llegado a apreciar cuán precaria es. Dejando a un lado los intentos que siguen realizando los seres vivos de extinguirse a sí mismos, agotar los recursos naturales, propagar infecciones letales y venenos mortales y emponzoñar la atmósfera, también existen serias amenazas exteriores.

¿No es inmensamente complejo todo esto?

En realidad, los Sistemas complejos constituyen y se manifiestan en la inmensa mayoría de los fenómenos observables. Sin embargo, y aquí radica una de sus propiedades más interesantes, la abundancia y diversidad de los sistemas complejos (sean de tipo físicos, químicos, biológicos, sociales, etc.) no implica una innumerable e inclasificable diversidad de conductas dinámicas diferentes. Todo lo contrario, los sistemas complejos poseen propiedades genéricas, independientemente de los detalles específicos de cada sistema o de la base material del mismo. De esta manera, por ejemplo, una computadora construida con bulbos, otra con transistores y una más con relevadores electromagnéticos; serían capaces de realizar, en principio, las mismas tareas de procesamiento de datos. Podríamos incluso ir mas lejos con este ejemplo y agregar que el sistema nervioso humano posee propiedades tales como memoria difusa y reconocimiento de patrones que funcionan de la misma manera en como funciona una computadora de bulbos o de transistores. Lo que comparten, son una estructura interconectada y formada por elementos individuales (neuronas o circuitos electrónicos) que interactúan para intercambiar información y modificar sus estados internos. Ello hace posible la emergencia de fenómenos globales y colectivos semejantes, sin que los detalles materiales del sistema sean del todo relevantes. De esta manera, es posible identificar propiedades dinámicas similares entre una computadora, el sistema nervioso, el sistema inmunológico, la tectónica de placas, una sociedad de insectos, el crecimiento urbano, las economías de mercado, el tráfico vehicular, etc. a pesar de la aparente disparidad entre estos sistemas.

La aportación fundamental de la ciencia de los sistemas complejos en la tarea de conocer y transformar nuestra realidad, es identificar los principios y fundamentos generales de la operación de dichos sistemas sin importar los detalles particulares de su realización material. Así por ejemplo, podemos imaginar un biólogo del futuro que estudiaría el fenómenos llamado “vida” desde una perspectiva de principios (tal vez leyes?) generales. Tal biólogo tendría conciencia de que el fenómeno “vida” tal y como existe en la Tierra es tan sólo un caso particular de como “la vida” se ha manifestado bajo las condiciones particulares de la Tierra, expresándose bajo la forma de una realización material muy específica (una bioquímica de carbono dominantemente levógira). Sin embargo, este biólogo estaría preparado para identificar el fenómeno “vida” si acaso fuera detectado en otro planeta o parte del universo bajo otras realizaciones materiales especificas, de la misma manera que un físico hoy en día sabe que la ley de gravitación lo mismo es valida para la superficie de la Tierra que para la superficie de Marte o cualquier otra parte del universo. El ejemplo puede ir aún más lejos. Podemos imaginar un sociólogo del futuro que será capaz de identificar los principios generales del fenómeno “social” independientemente de que este ocurra en grupos humanos, animales, microbios, plantas, robots o incluso, si su colega biólogo tiene suerte, en grupos sociales fuera de nuestro planeta.

¿Estaremos capacitados alguna vez determinar las partes “sencillas” de los Sistemas Complejos para llegar a saber?

emilio silvera

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Sep

18

Lo cierto es que…, nunca dejáremos de hacernos preguntas.

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El divagar de la Mente    ~    Comentarios Comments (0)

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Aunque es cierto que “sobre gustos no hay nada escrito”, los humanos nos sentimos más a gusto con las caras más simétricas. En la cultura popular, y salvo alguna rara excepción, las caras asimétricas están relacionadas con la maldad. Los biólogos encontraron rápidamente una explicación evolutiva: los individuos más evolucionados pueden mantener sus formas simétricas inclusive cuando están expuestos al estrés y las enfermedades. Es decir, cuando las partes del cuerpo que tienden a la simetría no lo son, costará más pasar esos genes porque será rechazado por potenciales parejas. De esta manera la evolución distingue a la simetría como una característica valiosa.

David (1501-1504), de Miguel Ángel, Galería de la Academia de Florencia.

El desnudo de una figura presenta una simetría bilateral casi perfecta. Ciertamente, parte del atractivo del mismo, tanto en la realidad como en el arte, reside en la identificación de los lados derecho e izquierdo del cuerpo mediante mediante una simetría especular. La figura femenina raramente presenta asimetrías. La asimetría de un varón se rompe solamente por la curiosa circunstancia de que su testículo izquierdo cuelga más bajo que el derecho.

(1532), de Lucas Cranach el Viejo, Städelsches Kunstinstitut, Fráncfort del Meno, censurada por el Metro de Londres en 2008.

Evidentemente, cada cuerpo, considerado de forma individual, puede otras desviaciones menores de su simetría: un hombro más alto que otro, un pecho mayor que su pareja, una ligera desviación de la columna, una peca o un antojo en un costado…, pero tales anomalías, en su mayor parte, pueden encontrarse tanto a un lado como al otro.

La simetría bilateral se mantiene en el interior del cuerpo, en en los músculos y en el esqueleto, pero queda rota por la disposición fuertemente asimétrica de algunos órganos. El corazón, el estómago y el  páncreas están desviados hacia la izquierda; el hígado y el apéndice, hacia la derecha. El pulmón derecho es mayor que el izquierdo. Los retorcimientos y vueltas de los intestinos son completamente asimétricos. El cordón umbilical humano, una magnifica hélice triple formada por dos arterias y una vena, puede enrollarse en cualquiera de los dos sentidos.

Los mellizos que se desarrollan por la fecundación simultánea de dos óvulos separados, pueden tener detalles asimétricos en un sentido en uno de ellos, y en el contrario en el otro, pero esto no ocurre con mayor frecuencia que la que cabría esperar como fruto del azar. Es una creencia generalizada que los gemelos (formados a partir de un único óvulo, que se divide inmediatamente después de la fecundación) tiene una marcada tendencia a aparentar especulares recíprocas. Por desgracia, las estadísticas al respecto son confusas y muchos expertos creen que los gemelos idénticos no se presentan como imágenes especulares uno de otro en mayor medida que cualquier otro tipo de hermanos.

En el caso de gemelos siameses (gemelos idénticos, unidos uno a otro a causa de un a partición tardía e incompleta del óvulo), el tema no ofrece duda alguna. Son exactamente enantiomorfos en casi todos los detalles: si uno es diestro, el otro es zurdo; si uno tiene el remolino del pelo que va en el sentido de las agujas del reloj, el de su hermano/hermana irá en el sentido contrario. Diferencias en los oídos, los dientes…, aparecen en ambos como especulares unas respecto de otras (hasta en eso es perfecta la Naturaleza). Las huellas dactilares o de la palma de la mano derecha de uno serán muy parecidas a las correspondientes a la mano izquierda del otro.

Todavía más: un gemelo siamés tendrá “vísceras transpuestas”; sus órganos internos estarán colocados de manera inversa, el corazón a la derecha, el hígado a la izquierda. Esta transposición de órganos, o inverse situs, como se denomina a veces, se da siempre en cualquier par de gemelos siameses, pero puede aparecer también en no incluidas en estas circunstancias.

Merece la pena hacer notar que Lewis Carroll, en A través del espejo (Alianza Editorial, 1990), pretende tomar los gemelos idénticos Tararí y Tarará como imágenes especulares uno de otro. Cuando los hermanos Tara ofrecen enlazar sus manos con Alicia, uno de ellos alarga su derecha; el otro la izquierda. Si observamos detenidamente las ilustraciones de Tenniel, especialmente la que muestra los dos gemelos uno frente a otro, para la batalla, veremos que los ha dibujado como si fueran enantiomorfos.

   Claro que, algunos son completos

En el comportamiento y los hábitos de los seres humanos hay muchos ejemplos de marcada asimetría; los más evidentes son consecuencia de que la mayoría de las personas son diestras. La mano derecha está controlada por la parte izquierda del cerebro, y la parte derecha de éste controla la mano izquierda, por lo que la condición de diestro es, en realidad, un fenómeno de lateralidad izquierda del cerebro. Hubo un tiempo en el que se creía que los bebés nacían sin tendencia alguna de tipo genético que favoreciera el uso de una mano concreta, que la lateralidad de un niño era exclusivamente el resultado de las enseñanzas de sus padres. Platón era un notable defensor de esta opinión.

“En el uso de las manos estamos, y estábamos, viciados por las manías de nuestras intitutrices y madres -escribe Platón en sus Leyes-, pues aunque nuestros miembros están compensados por naturaleza, creamos una diferencia entre ellos como consecuencia de un mal hábito.”

 

Sabemos hoy en día que Platón estaba equivocado. Como hace notar Aristóteles con buen criterio. De todas las maneras, la tendencia innata para muchas personas de usar preferentemente la mano derecha es común desde que la puede constatarlo de manera evidente.

Losantropólogs culturales no han encontrado todavía ni una sola sociedad, o incluso una tribu , en la que la norma sea la lateralidad izquierda: los esquimos, los indios americanos, los maoríes y los africanos son todos diestros. Los antiguos egipcios, griegos y romanos eran diestros. Naturalmente, si retrocemos todavía más en la Historia, la evidencia de la lateralidad diestra es ya escasa e indirecta y hay que dilucidarla a partir del estudio de la forma de sus utensilios y armas, así como de las pinturas que muestran los hombres trabajando o en la batalla.

Las  propias palabras que se usan en muchas lenguas para designar la izquierda y la derecha dan testimonio de un sesgo universal hacia el lado derecho. En , ir a derechas es hacer las cosas correctamente, mientras que no dar una a derechas, es sinónimo de hacerlo todo mal.

Ser diestro en algo es lo mismo que poseer una habilidad especial para ello, mientras que una cosa siniestra (del latín sinester, izquierda) es una cosa hecha con mala intención. En otras lenguas el significado viene a ser más o menos el mismo. Los italianos, tan suyos ellos, llaman a la mano izquierda stanca, fatigada, o manca, la que no se tiene. Lo cierto es que, por lo , los zurdos son ambidiestros.

Para tener una buena visión histórica de mlos prejuicios virulentos contra los zurdos en cualquier parte del mundo, veáse el séptimo capítulo de The Dragons of Eden, de Carl Sagan (Random House, 1977), y el delicioso de Jack Fincher, Sinister People (Putnam, 1977). Este último da una lista de más de cien personajes famosos que fueron zurdos.

Por lo demás, y…,  hasta donde sabemos, la especie humana tiene la tendencia a utilizar la mano derecha. Claro que no sabemos. La mayoría de los mamíferos subhumanos son ambidiestros y, ¿cómo serán las especies que viven en otros mundos? El personaje de arriba, al menos, parece que es zurdo.

Lo cierto es que, poco importa si somos zurdos o no, la igualdad en lo esencial es casi idéntica. La verdadera diferencia está en el cerebro, en la manera de ver las cosas, en cómo cada cual enfoca los problemas y qué soluciones aplica a cada situación, en que perspectiva podamos tener de nuestra Sociedad, de nuestras leyes, de nuestros derechos, de la moral y la ética… Todo lo demás, son circunstancias anecdóticas que poco influyen en el devenir del mundo.

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