jueves, 29 de julio del 2021 Fecha
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¿La Vida? Creo que está presente por todo el Universo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo y la Vida    ~    Comentarios Comments (0)

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                              En muchos mundos, como en el nuestro… ¡La Vida estará presente!
La lógica nos dice, según las observaciones y comprobaciones, estudios y misiones realizadas hacia el espacio, lo que hemos podido captar de las regiones más profundas con los magnificos telescopios de los que disponermos, los mismos experimentos realizados con los aceleradores de partículas y otros muchas misiones y Proyectos y también, complejos experimentos que, nos llevan a pensar que, el Universo, es igual en todas partes y en todos los lugares del Cosmos están presentes las mismas leyes fundamentales y, si eso es así (que lo es), en cualquier planeta bien situado y que reúna la condiciones necesarias, la vida habrá surgido como lo hizo en la Tierra

Vida inteligente fuera de la Tierra, ¿podríamos contactar con ella?

             Todos recordamos escena de la película de Spielberg “Encuentros en la Tercera Fase”

“La idea de que la vida en el Universo sólo existe en la Tierra es básicamente precopernicana. La experiencia nos ha enseñado de repetida que este tipo de pensamiento es probablemente erróneo. ¿Por qué nuestro pequeñísimo asentamiento debe ser único? Al igual que ningún país ha sido el centro de la Tierra, tampoco la Tierra es el centro del Universo.”

Así se expresaba Fred Hoyle.

En la luna Europa, un satélite de Júpiter, los científicos han encontrado la mejor prueba hasta de la existencia de una gran masa de agua líquida justo bajo la helada superficie de esta intrigantes luna. Los análisis indican que se trata de agua tan  caliente, como para fracturar la gruesa piel de hielo que recubre Europa. Y que ese agua está a menos de 3 km. bajo la corteza del satélite. Los resultados, que se publicaron en Nature, fueron anunciados por la NASA. Las numerosas fracturas en el hielo superficial de Europa, perfectamente visibles desde el espacio, llevan más de una década intrigando a los astrónomos.

Los icebergs, esas enormes montañas de hielo desgajado que flotan en el mar y que se hicieron famosas por causar el hundimiento del Titanic, ya no son patrimonio exclusivo de la Tierra. Gracias a la nave espacial Galileo, 1997 sabemos que también existen en Europa, uno de los cuatro satélites principales de Júpiter, que con sus 3.138 Km de diámetro tiene un tamaño muy similar al de la Luna. Si exceptuamos Marte, puede que no exista ningún otro lugar próximo a la Tierra sobre el que la ciencia tenga depositadas tantas esperanzas de que pueda haber formas de vida, con el aliciente de que en esta luna joviana ha ocurrido un proceso opuesto al del planeta rojo merced a su exploración.

              Y pensar que un día, lejano ya en el pasado, Marte pudo ser la Tierra…

Mientras que los ingenios espaciales enviados por el hombre revelaron que la naturaleza marciana es mucho más hostil la vida de lo que insinuaban los telescopios de Schiaparelli, Lowell y Pickering, las sondas Voyager y Galileo han encontrado en Europa el mejor candidato del Sistema solar para albergar la vida extraterrestre (sin olvidar Encelado).

Para los exobiólogos, esos científicos que estudian la existencia de la vida en otros lugares del Universo, Europa ha sido la gran revelación del siglo XX, y Titán, una luna de Saturno que es la segunda más grande del Sistema Solar, constituye una gran incógnita que, poco a poco, se va desvelando gracias a la misión Cassini-Huygens, uno de los más ambiciosos proyectos de la NASA.

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Referencia: Chyba, C. F. (2000). Energy for microbial life on Europa. Nature. Las observaciones de Sodio (Na) en la atmósfera de Europa (M. E. Brown and R. E. Hill 1996, Nature 380, 229–231), y un modelo analítico se utilizó determinar la tasa de perdida de Na en Europa.  El resultado final nos indica que la tasa de perdida es mayor que la tasa de implantación, lo que determina, que como la Luna,Europa ser una fuente neta de Sodio (Na). Recordar que el Na es uno de los elementos más presentes en un océano líquido…

Europa y Titán, esos dos satélites de Júpiter y Saturno conforman, junto a Marte (y Encelado), los principales puntos de atención en la búsqueda de la vida extraterrestre, aunque eso no significa que vayamos a encontrarla allí, según todos los que se van acumulando, el índice de probabilidades de que ciertamente exista alguna clase de vida en el planeta y las lunas mencionadas, es muy alto. Es decir, si al margen del caso privilegiado de la Tierra existen tres nombres propios en el Sistema Solar donde no está descartada su existencia, esos son, Marte, Europa y Titán.

Sobre Marte, el planeta más parecido a la Tierra, a pesar de sus notables diferencias, nuestros conocimientos actuales son extensos y muy valiosos, nos falta desvelar lo fundamental. Y es que, a pesar de los grandes avances conseguidos durante las exploraciones espaciales, los astrónomos actuales siguen obligados a contestar con un “no lo sé” cuando alguien le pregunta sobre la existencia de vida en aquel planeta.

                  ¿Quién decir lo que hay o no hay en aquel pequeño mundo?

En lo concerniente a Europa, pocas fotografías entre las centenares de miles logradas que se inició la era espacial han dejado tan atónitos a los científicos como las transmitidas en 1997 por la nave Galileo. Desde 1979 se sospechaba, gracias a las imágenes de la Voyager 2, que la superficie del satélite joviano estaba formada por una sorprendente costra de hielo. Su predecesora, la Voyager 1, llegó al sistema de Júpiter en marzo de ese año, pero no se aproximó lo necesario a Europa y sólo envió fotografías de apariencia lisa como una bola de billar surcada por una extraordinaria red de líneas oscuras de naturaleza desconocida. En julio de 1979, poco después, la Voyager 2 obtuvo imágenes más detalladas, que desconcertaron a los científicos porque sugerían que la helada superficie podía ocultar un océano líquido, un paisaje inédito hasta el momento en el Sistema Solar.

Pero lo más asombroso estaba por ver, y transcurrieron dieciocho años que una nueva misión espacial les mostró a los científicos que Europa es una luna tan extraordinaria que incluso parece albergar escenarios naturales como los descritos por Arthur C. Clarke en su novela 2010, Odisea dos. En enero de 1997, la NASA presentó una serie de imágenes en las que la helada superficie de Europa aparecía fragmentada en numerosos puntos. La increíble red de líneas oscuras que había mostrado una década antes la nave Voyager apareció en estas imágenes con notable detalle, que permitió ver surcos, cordilleras y, sobre todo, hielos aparentemente flotantes, algo así como la réplica joviana a los icebergs terrestres.

               Lo que podemos encontrar de que termine el siglo es… ¡Impredecible!

Lo más importante de la exploración sobre Europa, a pesar de su enorme interés científico, no fueron sus fotografías, sino los indicios inequívocos de su océano líquido bajo la superficie que, además, tiene todas las características de ser salado. La NASA ha tenido que reconocer que todos los estudios realizados en Europa dan a entender la posibilidad y muestran una notable actividad geológica y fuentes intensas de calor. Las posibilidades de vida en la superficie parecen prácticamente nulas, puesto que se halla a una distancia media del Sol de unos ochocientos millones de kilómetros y su temperatura es inferior a los 150 grados bajo cero. Sin embargo, si bajo la helada corteza existe un océano de agua líquida como creen la mayor parte de los investigadores y expertos, nos encontramos ante la mayor oportunidad la vida en el Sistema Solar después de la Tierra.

Los sensores de las naves exploradoras han detectado un campo magnético en Europa que cambia de constante de dirección, hecho que sólo puede explicarse si este mundo en miniatura posee elementos conductores muy grandes. Como quiera que el hielo, presente en la corteza, no sea un buen conductor, la NASA ha sugerido que esas fluctuaciones del campo magnético de Europa estarían asociadas a la existencia de un océano de agua salada bajo la superficie.

La química de la vida puede estar presente en cualquiera de esos pequeños mundos que nos rodean y, conforme a los estudios realizados y los que continúan en marcha actualmente, en cualquier momento dentro de este mismo siglo en el que nos ha vivir, se podría dar la noticia sorprendente de que han detectado ¡al fin!, formas de vida extraterrestres.

Quizá no debamos dejarnos llevar por la imaginación pero, incluso muchos de los científicos de la NASA, tras haber visto los Icebergs fotografiados por la Galileo, recordaron emocionados el pasaje de 2010, Odisea dos, en el que el profesor Chang lanza a la Tierra un estremecedor grito los lejanos abismos del Sistema Solar: “¡Hay vida en Europa!” Repito: “¡Hay vida en Europa!”.

Del extraordinario emprendido para dar un merecido homenaje a Cassini y Huygens y financiado de manera conjunta por la NASA y la ESA, todos tenemos un conocimiento aceptable a través de las noticias y de nuestras lecturas científicas. En el año 2004 la nave nodriza Cassini, lanzada en 1997, inició la exploración de Saturno y su corte de satélites y, la información recibida hasta el momento es de tan alto valor científico que nunca podremos agradecer bastante aquel esfuerzo.

imagen sorprendente nos debería maravillar y, sin embargo, la vemos como algo cotidiano

No cabe dudas de que la NASA tenía su principal interés puesto en la nave Cassini y Saturno, Titán ha tenido una atención especial que los americanos compartieron con la Agencia Europea ESA, la nave principal o nodriza Cassini se desprendió del módulo Huygens de la ESA, cuya misión será caer sobre Titán, pero antes tenía que estudiar su atmósfera, su superficie y otros elementos científicos de interés que nos dijeran como era aquel “mundo”.

Io nos muestra su furia volcánica y Tritón que es una bola de roca y hielo de 2.700 Km. de diámetro, una superficie bastante suave y con pocos cráteres, y está envuelta por una finísima atmósfera de nitrógeno.

Titán es, de hecho, la luna más enigmática que se conocía. Junto a Io y Tritón en Neptuno forma el trío de únicos satélites del Sistema Solar que mantiene atmósfera apreciable; pero Titán es radicalmente diferente, puesto que mientras en aquellos dos la densidad atmosférica es muy baja, en la luna mayor de Saturno supero, incluso a la de la Tierra. Esto es algo insólito que dejó pasmado a los científicos del Jet Propulsión Laboratory de la NASA cuando obtuvieron los primeros a través de la Voyager. La presión atmosférica es 1,5 veces la de la Tierra, un hecho sorprendente para su tamaño, puesto que en otros lugares más grandes como el mismo Marte, la Gravedad ha sido insuficiente para retener una atmósfera apreciable.

Titán tiene 5 150 Km de diámetro, es la segunda luna mas grande conocida y supera en tamaño a Mercurio, pero en comparación con nuestro planeta es un mundo en miniatura, por lo que resulta excepcional algunas de las características en el halladas. Orbita Saturno en 15,945 días a una distancia de 1 221 830 Km. Es conocido desde 1655, cuando Huygens lo descubrió. De ahí que la NASA, pusiera su a la sonda que acompañó a la Cassini para investigar Titán. Aunque está compuesto por rocas y hielos a partes iguales, aproximadamente. De sus océanos de metano, ¿qué podemos decir? Sabemos que es el único satélite del Sistema Solar que tiene una atmósfera sustancial, de una gran densidad y que su composición es muy parecida a la de la Tierra, ya que el elemento fundamental, como aquí, es el nitrógeno. El papel secundario -aunque primordial- que en la Tierra desempeña el oxígeno, le corresponde en Titán al metano y también se han hallado trazas de hidrógeno. Se tienen muchas esperanzas de que, ésta luna de características tan especiales, sino ahora, algún día más lejano en el futuro podría contener formas de vida y, más adelante, incluso ser un hábitat para nosotros.

La Cassini dejó caer en Titán a la sonda Huygens para que nos hablara de aquel pequeño mundo. Las maniobras llevadas a cabo por esos ingenios, son verdaderamente increibles para poder conseguir imágenes y contarnos algo de lo que por aquellas regiones está pasando. Pequeños mundos que estando en nuestro propio “barrio” eran un misterio y que , gracias al ingenio del hombre, comenzamos a desvelar.

La Huygens nos ha enviado imágenes más que suficientes para poder estudiar el enorme conglomerado de que en ellas aparecen y, tantos las fotografías como otros datos de tipo técnico tomados por los censores de la Huygens y enviados a la Tierra, tendrán que ser estudiados durante mucho tiempo hasta estar seguros de muchos de los enigmas que con ellos podamos desvelar.

La verdadera incógnita de Titán está en su superficie que aún, no se ha estudiado debidamente y, aparte de esos océanos de metano, ¿podrían existir océanos de agua? Científicamente nada lo impide.

¡Ya veremos!

emilio silvera

Los núcleos, la masa, la energía…¡La Luz!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (1)

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Hay veces en las que nos cuentan cosas y hechos de los que nunca hemos tenido noticias y, resultan del máximo interés. Nuestra curiosidad nos llama a desentrañar los misterios y secretos que, tanto a nuestro alrededor, como en las regiones más lejanas del Universo, puedan haber ocurrido, puedan estar sucediendo ahora, o, en el futuro pusidieran tener lugar, ya que, de alguna manera, todas ellas tienen que ver con nosotros que, de alguna manera, somos parte de la Naturaleza, del Universo y, lo que sucedió, lo que sucede y lo que sucederá… ¡Nos importa!

El saber ocupa un lugar en nuestras mentes

No podemos saber si la Humanidad como tal, estará aquí mucho tiempo más y, si con el tiempo y los cambios que se avecinan, nosotros los humanos, mutaremos hacia seres más completos y de mayor poder de adaptación al medio. Y, desde luego, nuestros descendientes, llegara un dia lejano en el futuro en el cual, habrán dejado la Tierra antes de que se convierta en Gigante Roja y calcine el Planeta y, habrán colonizado otros mundos. Para eso faltan mucho miles de millones de años. En la actualidad, solo estamos dando los inseguros primeros pasos por los alrededores de nuestro hogar, plantearnos ir mucho mas allá, es impensable. No tenemos ni la capacidad tecnológica ni la inteligencia necesaria para desarrollar los medios que se necesitan para poder desplazarnos a otros mundos lejanos que, posiblemente, estando situados en zona habitable como la misma Tierra, nos podrían dar el cobijo necesario para su colonización y hacer de ellos nuestros futuros hogares.

El futuro: Siempre será incierto

Pero, hablemos de Física

La partícula emitida por un núcleo radiactivo, por lo general lleva una considerable cantidad de energía. Y, ¿de dónde procede esa energía? Es el resultado de la conversión en energía de una pequeña parte del núcleo (E = mc2); en otras palabras, el núcleo siempre pierde un poco de masa en el acto de expeler la partícula.

Los físicos se vieron durante mucho tiempo turbados por el hecho de que, a menudo, la partícula beta emitida en una desintegración del núcleo no alberga energía suficiente para compensar la masa perdida por el núcleo. En realidad, los electrones no eran igualmente deficitarios. Emergían con un amplio espectro de energías, y el máximo (corregido por muy pocos electrones) era casi correcto, pero todos los demás no llegaban a alcanzarlo en mayor o menos grado. Las partículas alfa emitidas por un nucleido particular poseían iguales energías en cantidades inesperadas. En ese caso, ¿qué era erróneo en la emisión de partículas beta?, ¿qué había sucedido con la energía perdida?

En 1.922, Lise Maitner se hizo por primera vez esta pregunta, y hacia 1.936 Niels Bohr estaba dispuesto a abandonar el gran principio de conservación de la energía, al menos en lo concerniente a partículas subatómicas. En 1.931 Wolfgang Pauli sugirió una solución para el enigma de la energía desaparecida. Tal solución era muy simple: junto con la partícula beta del núcleo se desprendía otra, que se llevaba la energía desaparecida. Esa misteriosa segunda partícula tenía propiedades bastante extrañas; no poseía carga ni masa. Lo único que llevaba mientras se movía a la velocidad de la luz era cierta cantidad de energía. A decir verdad, aquello parecía un cuerpo ficticio creado exclusivamente para equilibrar el contraste de energías.

Habitualmente aceptamos que la física es la ciencia que estudia la estructura y propiedades de la materia y la energía, las formas de existencia de las mismas en el espacio y el tiempo, así como las leyes de rigen sus interacciones. En este definición no hay limitaciones precisas entre la naturaleza viviente e inanimada, y aunque ello no implica la reducción de todas las ciencias a la física, se deduce que las bases teóricas finales de cualquier dominio de las ciencias naturales tienen una naturaleza física.

Pero, sigamos…

Sin embargo, tan pronto como se propuso la posibilidad de su existencia, los físicos creyeron en ella ciegamente. Y esta certeza se incrementó al descubrirse el neutrón y al saberse que se desintegraba en un protón y liberaba un electrón que, como en la decadencia beta, portaba insuficientes cantidades de energía. Enrico Fermi dio a esta partícula putativa el nombre de neutrino, palabra italiana que significa “pequeño neutro”.

El neutrón dio a los físicos otra prueba palpable de la existencia del neutrino. Como ya he comentado en otra página de este trabajo, casi todas las partículas describen un movimiento rotatorio. Esta rotación se expresa, más o menos, en múltiplos de una mitad, según la dirección del giro. Ahora bien, el protón, el neutrón y el electrón tienen rotación de una mitad. Por tanto, si el neutrón con rotación de una mitad origina un protón y un electrón, cada uno con rotación de una mitad, ¿qué sucede con la ley sobre conservación del momento angular? Aquí hay algún error. El protón y el electrón totalizan una mitad con sus rotaciones (si ambas rotaciones siguen la misma dirección) o cero (si sus rotaciones son opuestas); pero sus rotaciones no pueden sumar jamás una mitad. Sin embargo, por otra parte, el neutrino viene a solventar la cuestión. Supongamos que la rotación del neutrón sea +½, y admitamos también que la rotación del protón sea +½ y la del electrón -½, para dar un resultado neto de cero. Demos ahora al neutrino una rotación de +½ y la balanza quedará desequilibrada.

+½ (n) = +½ (p) – ½ (e) + ½ (neutrino)

Detectando Neutrinos

En otras palabras, la existencia de neutrinos y antineutrinos debería salvar no una, sino tres, importantes leyes de conservación: la conservación de la energía, la de conservación del espín y la de conservación de partícula/antipartícula.

Pero aún queda algo por desequilibrar. Una sola partícula (el neutrón) ha formado dos partículas (el protón y el electrón), y si incluimos el neutrino, tres partículas. Parece más razonable suponer que el neutrón se convierte en dos partículas y una antipartícula. En otras palabras: lo que realmente necesitamos equilibrar no es un neutrino, sino un antineutrino.

El propio neutrino surgiría de la conversión de un protón en un neutrón. Así pues, los productos serían un neutrón (partícula), un positrón (antipartícula) y un neutrino (partícula). Esto también equilibra la balanza.

La Vía Láctea sobre Mauna Kea

Impresionante vista de la Vía Láctea desde el Manua Kea. La Galaxia, el Universo…Todo es energía.

Es importante conservar esas leyes puesto que parece estar presentes en toda clase de relaciones nucleares que no impliques electrones o positrones, y sería muy útil si también se hallasen presentes en reacciones que incluyesen esas partículas. Las más importantes conversiones protón-neutrón son las relacionadas con las reacciones nucleares que se desarrollan en el Sol y en los astros. Por consiguiente, las estrellas emiten radiaciones rápidas de neutrinos, y se calcula que tal vez pierdan a causa de esto el 6 u 8% de su energía. Pero eso sería meternos en otra historia y, por mi parte, con la anterior explicación sólo trataba de dar una muestra del ingenio del hombre que, como habréis visto, no es poco.

Desde que puedo recordar, he sido un amante de la física. Me asombran cuestiones como la luz, su naturaleza de un conglomerado de colores, ondas y partículas, su velocidad que nos marca el límite del máximo que podemos correr en nuestro universo, y en fin, muchos otros misterios que encierra esa cosa tan cotidiana que nos rodea y lo inunda todo haciendo posible que podamos ver por donde vamos, que las plantas vivan y emitan oxígeno o que nos calentemos. Realmente, sin luz, nuestra vida no sería posible. Entonces, ¿qué es realmente la luz?

Muchos (casi todos) opinan que es algo inmaterial. Los objetos materiales grandes o muy pequeños como las galaxias o los electrones, son materia. La luz, sin embargo, se cree que es inmaterial; dos rayos de luz se cruzan sin afectarse el uno al otro. Sin embargo, yo creo que la luz es simplemente una forma de energía lumínica, una más de las diversas formas en las que puede presentarse la materia. Nosotros mismos, en última instancia, somos luz.

Está claro que los estudiosos de la época antigua y medieval estaban por completo a oscuras acerca de la naturaleza de la luz. Especulaban sobre que consistía en partículas emitidas por objetos relucientes o tal vez por el mismo ojo. Establecieron el hecho de que la luz viajaba en línea recta, que se reflejaba en un espejo con un ángulo igual a aquel con el que el rayo choca con el espejo, y que un rayo de luz se inclina (se refracta) cuando pasa del aire al cristal, al agua o a cualquier otra sustancia transparente.

Cuando la luz entra en un cristal o en alguna sustancia transparente, de una forma oblicua (es decir, en un ángulo respecto de la vertical), siempre se refracta en una dirección que forma un ángulo menor respecto de la vertical. La exacta relación entre el ángulo original y el ángulo reflejado fue elaborada por primera vez en 1.621 por el físico neerlandés Willerbrord Snell. No publicó sus hallazgos y el filósofo francés René Descartes descubrió la ley, independientemente, en 1.637.

¿Nos suplirán un día? Seguro que en el futuro, serán otros los que hagan experimentos con la luz y busquen su verdadera naturaleza.

Los primeros experimentos importantes acerca de la naturaleza de la luz fueron llevados a cabo por Isaac Newton en 1.666, al permitir que un rayo de luz entrase en una habitación oscura a través de una grieta de las persianas, cayendo oblicuamente sobre una cara de un prisma de cristal triangular. El rayo se refracta cuando entra en el cristal y se refracta aún más en la misma dirección cuando sale por una segunda cara del prisma (las dos refracciones en la misma dirección se originan porque los lados del prisma se encuentran en ángulo en vez de en forma paralela, como sería el caso de una lámina ordinaria de cristal).

Newton dedujo que la luz blanca corriente era una mezcla de varias luces que excitaban por separado nuestros ojos para producir las diversas sensaciones de colores. La amplia banda de sus componentes se denominó spectrum (palabra latina que significa “espectro” fantasma).

Newton atrapó el rayo emergente sobre una pantalla blanca para ver el efecto de la refracción reforzada. Descubrió que, en vez de formar una mancha de luz blanca, el rayo se extendía en una gama de colores: rojo, anaranjado, amarillo verde, azul y violeta, en este orden. Newton dedujo de ello que la luz blanca corriente era una mezcla de varias luces que excitaban por separado nuestros ojos para producir las diversas sensaciones de colores. La amplia banda de sus componentes se denominó spectrum (palabra latina que significa espectro o fantasma). Newton llegó a la conclusión de que la luz se componía de diminutas partículas (“corpúsculos”), que viajaban a enormes velocidades. Le surgieron y se planteó algunas inquietantes cuestiones: ¿por qué se refractaban las partículas de luz verde más que las de luz amarilla? ¿Cómo se explicaba que dos rayos de luz se cruzaran sin perturbarse mutuamente, es decir, sin que se produjeran colisiones entre partículas?

En 1.678, el físico neerlandés Christian Huyghens (un científico polifacético que había construido el primer reloj de péndulo y realizado importantes trabajos astronómicos) propuso una teoría opuesta: la de que la luz se componía de minúsculas ondas. Y si sus componentes fueran ondas, no sería difícil explicar las diversas difracciones de los diferentes tipos de luz a través de un medio refractante, siempre y cuando se aceptara que la luz se movía más despacio en ese medio refractante que en el aire. La cantidad de refracción variaría con la longitud de las ondas: cuanto más corta fuese tal longitud, tanto mayor sería la refracción. Ello significaba que la luz violeta (la más sensible a este fenómeno) debía de tener una longitud de onda más corta que la luz azul; ésta, más corta que la verde, y así sucesivamente.

Lo que permitía al ojo distinguir los colores eran esas diferencias entre longitudes de onda. Y como es natural, si la luz estaba integrada por ondas, dos rayos podrían cruzarse sin dificultad alguna (las ondas sonoras y las del agua se cruzan continuamente sin perder sus respectivas identidades).

Pero la teoría de Huyghens sobre las ondas tampoco fue muy satisfactoria. No explicaba por qué se movían en línea recta los rayos luminosos, ni por qué proyectaban sombras recortadas, ni aclaraba por qué las ondas luminosas no podían rodear los obstáculos, del mismo modo que pueden hacerlo las ondas sonoras y de agua. Por añadidura, se objetaba que si la luz consistía en ondas, ¿cómo podía viajar por el vacío, ya que cruzaba el espacio desde el Sol y las estrellas? ¿Cuál era esa mecánica ondulatoria?

Con el éxito de Newton de su ley de la Gravitación Universal, no es extraño que afirmara de forma tajante que la luz es corpuscular. Newton se opuso violentamente a la naturaleza ondulatoria de la luz, ya que no veía cómo se podía explicar con ella la propagación rectilínea de la misma. Por otro lado estaba Christian Huygens, 13 años mayor que Newton que defendía la naturaleza ondulatoria con algunas ventajas.

Ambas teorías explicaban perfectamente la reflexión y refracción de la luz. Pero diferían en una cosa. La teoría corpuscular afirmaba que las partículas de luz se acelerarían al pasar por un material de mayor densidad óptica y las ondas a menor. Esto no era comprobable por aquella época. Debido a la influencia de Newton y a la poca habilidad de Huygens para desarrollarla matemáticamente, la teoría ondulatoria quedó descartada durante un siglo.

Aproximadamente durante un siglo, contendieron entre sí estas teorías. La teoría corpuscular de Newton fue, con mucho, la más popular, en parte porque la respaldó el famoso nombre de su autor. Pero hacia 1.801, un físico y médico inglés, de nombre Thomas Young, llevó a cabo un experimento que arrastró la opinión pública al campo opuesto. Proyectó un fino rayo luminoso sobre una pantalla, haciéndolo pasar antes por dos orificios casi juntos; si la luz estuviera compuesta por partículas, cuando los dos rayos emergieran de ambos orificios, formarían presuntamente en la pantalla una región más luminosa donde se superpusieran, y regiones menos brillantes, donde no se diera tal superposición. La pantalla mostró una serie de bandas luminosas, separadas entre sí por bandas oscuras; pareció incluso que en esos intervalos de sombra, la luz de ambos rayos contribuía a intensificar la oscuridad.

Sería fácil explicarlo mediante la teoría ondulatoria; la banda luminosa representaba el refuerzo prestado por las ondas de un rayo a las ondas del otro, dicho de otra manera, entraban “en fase” dos trenes de ondas, es decir, ambos nodos, al unirse, se fortalecían el uno al otro. Por otra parte, las bandas oscuras representaban puntos en los que las ondas estaban “desfasadas” porque el vientre de una neutralizaba el nodo de la otra. En vez de aunar sus fuerzas, las ondas se interferían mutuamente, reduciendo la energía luminosa neta a las proximidades del punto cero.

Considerando la anchura de las bandas y la distancia entre los dos orificios por lo que surgen ambos rayos, se pudo calcular la longitud de las ondas luminosas, por ejemplo, de la luz roja a la violeta o de los colores intermedios. Las longitudes de onda resultaron ser muy pequeñas. Así, la de la luz roja era de unos 0’000075 cm. Hoy se expresan las longitudes de las ondas luminosas mediante una unidad muy práctica ideada por Ángstrom; esta unidad, denominada igualmente Ángstrom (Å) en honor a su autor, es la cienmillonésima parte de un centímetro. Así pues, la longitud de onda de la luz roja equivale más o menos a 7.500 Å, y la de la luz violeta a 3.900 Å, mientras que las de colores visibles en el espectro oscilan entre ambas cifras.

La cortedad de estas ondas es muy importante. La razón de que las ondas luminosas se desplacen en línea recta y proyecten sombras recortadas se debe a que todas son incomparablemente más pequeñas que cualquier objeto; pueden contornear un obstáculo sólo si este no es mucho mayor que la longitud de onda. Hasta las bacterias, por ejemplo, tienen un volumen muy superior al de una onda luminosa, y por tanto, la luz puede definir claramente sus contornos bajo el microscopio. Sólo los objetos cuyas dimensiones se asemejan a la longitud de onda luminosa (por ejemplo, los virus y otras partículas subatómicas) son lo suficientemente pequeños como para que puedan ser contorneados por las ondas luminosas.

Un físico francés, Agustin-Jean Fresnel, fue quien demostró por vez primera en 1.818 que si un objeto es lo suficientemente pequeño, la onda luminosa lo contorneará sin dificultad. En tal caso, la luz determina el llamado fenómeno de “difracción”. Por ejemplo, las finísimas líneas paralelas de una “reja de difracción” actúan como una serie de minúsculos obstáculos, que se refuerzan entre sí. Puesto que la magnitud de la difracción va asociada a la longitud de onda, se produce el espectro. A la inversa, se puede calcular la longitud de onda midiendo la difracción de cualquier color o porción del espectro, así como la separación de las marcas sobre el cristal.

La mano del Universo juguetea con unos puntos luminosos que quieren llegar a ser cegadores…Son nuestras Mentes, productos de la evolución del Universo que, a partir de la materia inerte, ha podido alcanzar el estadio bio-químico de la consciencia y, al ser conscientes, hemos podido descubrir que existen “números misteriosos” dentro de los cuales subyacen mensajes que tenemos que desvelar.

Fraunhofer exploró dicha reja de difracción con objeto de averiguar sus finalidades prácticas, progreso que suele olvidarse, pues queda eclipsado por su descubrimiento más famoso, los rayos espectrales. El físico americano Henry Augustus Rowland ideó la reja cóncava y desarrolló técnicas para regularlas de acuerdo con 20.000 líneas por pulgada. Ello hizo posible la sustitución del prisma por el espectroscópio.

Ante tales hallazgos experimentales, más el desarrollo metódico y matemático del movimiento ondulatorio, debido a Fresnel, pareció que la teoría ondulatoria de la luz había arraigado definitivamente, desplazando y relegando para siempre a la teoría corpuscular.

No sólo se aceptó la existencia de ondas luminosas, sino que también se midió su longitud con una precisión cada vez mayor. Hacia 1.827, el físico francés Jacques Babinet sugirió que se empleara la longitud de onda luminosa (una cantidad física inalcanzable) como unidad para medir tales longitudes, en vez de las muy diversas unidades ideadas y empleadas por el hombre. Sin embargo, tal sugerencia no se llevó a la práctica hasta 1.880 cuando el físico germano-americano Albert Abraham Michelson inventó un instrumento denominado “interferómetro”, que podía medir las longitudes de ondas luminosas con una exactitud sin precedentes. En 1.893, Michelson midió la onda de la raya roja en el espectro del cadmio y determinó que su longitud era de 1/1.553.164 m.

Archivo:Krypton discharge tube.jpg

Tubo de descarga lleno de kriptón puro


Pero la incertidumbre reapareció al descubrirse que los elementos estaban compuestos por isótopos diferentes, cada uno de los cuales aportaba una raya cuya longitud de inda difería ligeramente de las restantes. En la década de 1.930 se midieron las rayas del criptón 86. Como quiera que este isótopo fuera gaseoso, se podía abordar con bajas temperaturas, para frenar el movimiento atómico y reducir el consecutivo engrosamiento de la raya.

En 1.960, el Comité Internacional de Pesos y Medidas adoptó la raya del criptón 86 como unidad fundamental de la longitud. Entonces se reestableció la longitud del metro como 1.650.763’73 veces la longitud de onda de dicha raya espectral. Ello aumentó mil veces la precisión de las medidas de longitud. Hasta entonces se había medido el antiguo metro patrón con un margen de error equivalente a una millonésima, mientras que en lo sucesivo se pudo medir la longitud de onda con un margen de error equivalente a una milmillonésima.

emilio silvera

¡Conocer la Naturaleza! Hoy sólo un sueño ¿Realidad mañana?

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“A partir de sus principios en Sumeria alrededor del 3500 a. C., en Mesopotamia, los pueblos del norte comenzaron a intentar registrar la observación del mundo con cuantitativos y numéricos sumamente cuidados. Pero sus observaciones y medidas aparentemente fueron tomadas con otros propósitos más que la ley científica. Un caso concreto es el del teorema de Pitágoras, que fue registrado, aparentemente en el siglo XVIII a. C.: la tabla mesopotámica Plimpton 322 registra un número de trillizos pitagóricos (3,4,5) (5,12,13)…., datado en el 1900 a. C., posiblemente milenios antes de Pitágoras,1 pero no era una formulación abstracta del teorema de Pitágoras.

Los avances significativos en el Antiguo Egipto son referentes a la astronomía, a las matemáticas y a la medicina.2 Su geometría era una consecuencia necesaria de la topografía, con el fin de intentar conservar la disposición y la propiedad de las tierras de labranza, que fueron inundadas año por el Nilo. La regla del triángulo rectángulo y otras reglas básicas sirvieron para representar estructuras rectilíneas, el pilar principal de la arquitectura dintelada egipcia. Egipto era el centro de la química y la investigación para la mayor del Mediterráneo.”

Nuevas paradigmas en la Física Moderna

Isabel Pérez Arellano y Róbinson Torres Villa, publicaron un artículo en 2009, sobre la física moderna y sus paradigmas y, comenzaban diciendo:


siempre el hombre ha intentado dar respuesta a los interrogantes más profundos que lo inquietan; preguntas que van desde ¿Quién soy?, ¿de dónde vengo? ¿y hacia dónde voy?, los intentos por explicar el origen y final universo en qué vive. Muchas son las prepuestas que se han dado a esos interrogantes, dependiendo de la corriente de pensamiento seguida por quien aborda esas preguntas; es así como se ven aproximaciones místicas, esotéricas, religiosas y científicas entre otras; pero todas con el objetivo de dilucidar alguna respuesta a esas preguntas fundamentales.

Desde el punto de vista científico y concretamente de la física moderna, se han planteado algunas explicaciones del universo en el que vivimos que algunas veces rozan con lo fantástico, dado el nivel de abstracción o especulación que llevan implícito, todo obviamente avalado por sofisticados modelos matemáticos que al parecer soportan las hipótesis planteadas.”

 

 

 

Si repasamos la historia de la ciencia, seguramente encontraremos muchos motivos para el optimismo. Por mencionar a un científico de nuestro tiempo, escojamos a E. Witten que está convencido de que la ciencia será algún día capaz de sondear las energías de Planck. Como ya he contado en otras ocasiones, él dijo:

“No siempre es tan fácil decir cuáles son las preguntas fáciles y cuáles las difíciles. En el siglo XIX, la pregunta de por qué el agua hierve a 100 grados era desesperadamente inaccesible. Si usted hubiera dicho a un físico del siglo XIX que hacia el siglo XX sería capaz de calcularlo, le habría parecido un cuento de hadas… La teoría cuántica de campos es tan difícil que nadie la creyó completamente 25 años.”

 

En su opinión, las buenas ideas siempre se verifican. Los ejemplos son innumerables: la gravedad de Newton, el campo eléctrico de Faraday y el electromagnetismo de Maxwell, la teoría de la relatividad de Einstein en sus dos versiones y su demostración del efecto fotoeléctrico, la teoría del electrón de Paul Dirac, el principio de incertidumbre de Heisenberg, la función de ondas de Schrödinger, y tantos otros. Algunos de los físicos teóricos más famosos, sin embargo, protestaban de tanto empeño en la experimentación.

El astrónomo arthur Eddington se cuestionaba incluso si los científicos no estaban forzando las cosas insistían en que todo debería ser verificado. El premio Nobel Paul dirac incluso llegó a decir de forma más categórica: “Es más importante tener belleza en las ecuaciones que tener experimentos que se ajusten a ellas“, o en palabras del físico John Ellis del CERN, “Como decía en una envoltura de caramelos que abrí hace algunos , «Es sólo el optimista el que consigue algo en este mundo».

Yo, como todos ustedes, un hombre normal y corriente de la calle, escucho a unos y a otros, después pienso en lo que dicen y en los argumentos y motivaciones que les han llevado a sus respectivos convencimientos, y finalmente, decido según mis propios criterios y emito mi opinión de cómo es el mundo que, no obligatoriamente, coincidirá con alguna de esas opiniones, y que en algún caso, hasta difieren radicalmente.

Suponiendo que algún físico brillante nos resuelva la teoría de campos de cuerdas y derive las propiedades conocidas de nuestro universo, con un poco de suerte, podría ocurrir en mismo siglo, lo que no estaría nada mal considerando las dificultades de la empresa. El problema fundamental es que estamos obligando a la teoría de supercuerdas a responder preguntas sobre energías cotidianas, su “ámbito natural” está en la energía de Planck. Esta fabulosa energía fue liberada sólo en el propio instante de la creación, lo que quiere decir que la teoría de supercuerdas su explicación allí, en aquel lugar y tiempo donde se produjeron las mayores energías conocidas en nuestro Universo y que, nosotros, no podemos alcanzar -de momento-.

Fuimos capaces de predecir que el Big Bang produjo un “eco” cósmico reverberando en el universo y que podría ser mesurable por los instrumentos adecuados. De hecho, Arno Penzias y Robert Wilson de los Bell Telephone Laboratories ganaron el premio Nobel en 1.978 por detectar eco del Big Bang, una radiación de microondas que impregna el universo conocido.

         una onda, podemos detectar el eco del big bang

El que el eco del Big Bang debería estar circulando por el universo miles de millones de años después del suceso fue predicho por primera vez por George Gamow y sus discípulos Ralpher y Robert Herman, pero nadie les tomó en serio. La propia idea de medir el eco de la creación parecía extravagante cuando la propusieron por primera vez poco después de la segunda guerra mundial. Su lógica, sin embargo, era aplastante. Cualquier objeto, cuando se calienta, emite radiación de forma gradual. Ésta es la razón de que el hierro se ponga al rojo vivo cuando se calienta en un , y cuanto más se calienta, mayor es la frecuencia de radiación que emite. Una fórmula matemática exacta, la ley de Stefan-Boltzmann, relaciona la frecuencia de la luz (o el color en este caso) con la temperatura. De hecho, así es como los científicos determinan la temperatura de la superficie de una estrella lejana; examinando su color. Esta radiación se denomina radiación de cuerpo negro.

Podemos ver en plena oscuridad

Esta radiación, ¡cómo no!, ha sido aprovechada por los ejércitos, que mediante visores nocturnos pueden operar en la oscuridad. De noche, los objetos relativamente calientes, tales como soldados enemigos o los carros de combate, pueden estar ocultos en la oscuridad, pero continúan emitiendo radiación de cuerpo negro invisible en forma de radiación infrarroja, que puede ser captada por gafas especiales de infrarrojo. Ésta es la razón de que nuestros automóviles cerrados se calientes en verano, ya que la luz del Sol atraviesa los cristales del coche y calienta el interior. A medida que se calienta, empieza a emitir radiación de cuerpo negro en forma de radiación infrarroja. Sin embargo, esta clase de radiación no atraviesa muy bien el vidrio, y por lo tanto queda atrapada en el interior del automóvil, incrementando espectacularmente la temperatura y, cuando regresamos para proseguir el camino… ¿quién es el guapo que entra?

Reacción química con CO2

Análogamente, la radiación de cuerpo negro produce el efecto invernadero. Al igual que el vidrio, los altos niveles de dióxido de carbono en la atmósfera, causados por la combustión sin control de combustibles fósiles, pueden atrapar la radiación de cuerpo negro infrarroja en la Tierra, y de este modo calentar gradualmente el planeta.

Gamow razonó que el Big Bang era inicialmente muy caliente, y que por lo tanto sería un cuerpo negro ideal emisor de radiación. Aunque la tecnología de los cuarenta era demasiado primitiva para captar esta débil señal de la creación, Gamow pudo calcular la temperatura de dicha radiación y predecir con fiabilidad que un día nuestros instrumentos serían lo suficientemente sensibles como para detectar esta radiación “fósil”.

La lógica que había detrás de su razonamiento era la siguiente: alrededor de 300.000 años después del Big Bang, el universo se enfrió el punto en el que los átomos pudieron empezar a componerse; los electrones, entonces,  pudieron empezar a rodear a los protones y neutrones formando átomos estables, que ya no serían destruidos por la intensa radiación que estaba impregnando todo el universo. Antes de este , el universo estaba tan caliente que los átomos eran inmediatamente descompuestos por esa radiación tan potente en el mismo acto de su formación. Esto significa que el universo era opaco, como una niebla espesa absorbente e impenetrable.

Pasados 300.000 años, la radiación no era tan potente; se había enfriado y por lo tanto la luz podía atravesar grades distancias sin ser dispersada. En otras palabras, el universo se hizo repentinamente negro y transparente.

Así se hizo la luz en el Universo

Terminaré esta parte comentando que un auténtico cuerpo negro es un concepto imaginario; un pequeño agujero en la pared de un recinto a temperatura es la mejor aproximación que se puede tener de él en la práctica. La radiación de cuerpo negro es la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro. Se extiende sobre todo el rango de longitudes de onda y la disminución de energías sobre este rango tiene una forma característica con un máximo en una cierta longitud de onda, desplazándose a longitudes de onda más cortas al aumentar las temperaturas*.

Hablar, sin más especificaciones, de radiación, es estar refiriéndonos a una energía que viaja en de ondas electromagnéticas o fotones por el universo. nos podríamos estar refiriendo a un chorro de partículas, especialmente partículas alfa o beta de una fuente radiactiva o neutrones de un reactor nuclear.

             Radiación y magnetismo presentes en todas partes

La radiación actínida es la electromagnética que es capaz de iniciar una reacción química. El término es usado especialmente la radiación ultravioleta que emiten las estrellas jóvenes y azuladas en las bellas nebulosas.

Muchos son los tipos conpocidos: Radiación blanda, radiación cósmica, radiación de calor, radiación de fondo, de fondo de microondas, radiación dura, electromagnética, radiación gamma, infrarroja, ionizante, monocromática, policromática, de sincrotón, ultravioleta, de la teoría cuántica, de radiactividad… y, se puede ver, la radiación en sus diversas formas es un universo en sí misma.

El físico alemán Max Planck (1.858 – 1.947), responsable otros muchos logros de la ley de radiación de Planck, que da la distribución de energía radiada por un cuerpo negro. Introdujo en física el concepto novedoso de que la energía es una cantidad que es radiada por un cuerpo en pequeños paquetes discretos, en vez de una emisión continua. Estos pequeños paquetes se conocieron como cuantos y la ley formulada es la base de la teoría cuántica.

Einstein se inspiró en este para a su vez presentar el suyo propio sobre el efecto fotoeléctrico, donde la energía máxima cinética del fotoelectrón, Em, está dada por la ecuación que lleva su : Em = hf – Φ.

Planck publicó en 1.900 un artículo sobre la radiación de cuerpo negro que sentó las bases para la teoría de la mecánica cuántica que más tarde desarrollaron otros, el mismo Einstein, Heisenberg, Schrödinger, Dirac, Feymann, etc. Todos los físicos son conocedores de la enorme contribución que Max Planck hizo en física: la constante de Planck, radiación de Planck, longitud de Planck, unidades de Planck, etc. Es posible que sea el físico de la historia que más veces ha dado su nombre a conceptos de física. Pongamos un par te ejemplos de su ingenio:

1.  escala de longitud ( 10-35 m ) veinte órdenes de magnitud menor que el tamaño del protón, de 10-15 m, es a la que la descripción clásica de gravedad cesa de ser válida y debe ser tenida en la mecánica cuántica. En la fórmula que la describe, G es la constante gravitacional, ħ es la constante de Planck racionalizada y c en la velocidad de la luz.

2.    Es la masa de una partícula cuya longitud de onda Compton es igual a la longitud de Planck. En la ecuación, ħ es la constante de Planck racionalizada, c es la velocidad de la luz y G es la constante gravitacional.

La descripción de una partícula elemental de masa, o partículas que interaccionan con energías por partículas equivalentes a ellas (a través de E = mc2), requiere de una teoría cuántica de la gravedad. la masa de Planck es del orden de 10-8 Kg (equivalente a una energía de 1019 GeV) y, por ejemplo, la masa del protón es del orden de 10-27 Kg y las mayores energías alcanzables en los aceleradores de partículas actuales son del orden de 14 TeV, los efectos de gravitación cuántica no aparecen en los laboratorios de física de partículas.

Únicamente en un laboratorio aparecieron partículas que tenían energías del orden de la masa de Planck: en el universo primitivo, de acuerdo con la teoría del Big Bang, motivo éste por el que es necesaria una teoría cuántica de la gravedad para estudiar aquellas . Esta energía de la que estamos hablando, del orden de 1019 GeV (inalcanzable nosotros), es la que necesitamos para verificar la teoría de supercuerdas.

Siempre, que puedo recordar, me llamó la atención los misterios y secretos encerrados en la naturaleza, y la innegable batalla mantenida a lo largo de la historia por los científicos para descubrirlos.

emilio silvera