miércoles, 20 de octubre del 2021 Fecha
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¡Los materiales para la vida! Y, de los mundos

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

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plasma vivo? ¿De dónde venimos?

¿Será así la espuma cuántica?

                   Los elementos se crean en las estrellas y en las explosiones supernovas

¡La Física! Cuando se asocia a otras disciplinas ha dado siempre un resultado espectacular y, en el caso de la Astronomía, cuando se juntó con la Física, surgió esa otra disciplina que llamamos Astrofísica. La Astrofísica es esa nueva rama de la Astronomía que estudia los procesos físicos y químicos en los que intervienen los fenómenos astronómicos. La Astrofísica se ocupa de la estructura y evolución estelar (incluyendo la generación y transporte de energía en las estrellas), las propiedades del medio interestelar y sus interacciones en sus sistemas estelares y la estructura y dinámica de los sistemas de estrellas (como cúmulos y galaxias) y sistemas de galaxias. Se sigue con la Cosmología que estudia la naturaleza, el origen y la evolución del universo. Existen varias teorías sobre el origen y evolución del universo (big bang, teoría del estado estacionario, etc.

Las estrellas, como todo en el Universo, no son inmutables y, con el paso del Tiempo, cambian para convertirse en objetos diferenters de los que, en un principio eran. Por el largo trayecto de sus vidas, transforman los materiales simples en materiales complejos sobre los que se producen procesos biológico-químicos que, en algunos casos, pueden llegar hasta la vida.

Una de las cosas que siempre me han llamado poderosamente la atención, han sido las estrellas y las transformaciones que, dentro de ellas y los procesos que en su interior se procesan, dan lugar a las transiciones de materiales sencillos hacia materiales más complejos y, finalmente, cuando al final de sus vidas expulsan las capas exteriores al espacio interestelar dejando una extensa región del espacio interestelar sembrada de diversas sustancias que, siguiendo los procesos naturales e interacciones con todo lo que en el lugar está presente, da lugar a procesos químicos que transforman esas sustancias primeras en otras más complejas, sustancias orgánicas simples como, hidrocarburos y derivados que, finalmente, llegan a ser los materiales necesarios para que, mediante la química-biológica del espacio, den lugar a moléculas y sustancias que son las propicias para hacer posible el surgir de la vida.

La Química de los Carbohidratos es una parte de la Química Orgánica que ha tenido cierta entidad propia desde los comienzos del siglo XX, probablemente debido a la importancia química, biológica (inicialmente como sustancias de reserva energética) e industrial (industrias alimentaria y del papel) de estas sustancias. Ya muy avanzada la segunda mitad del siglo XX han ocurrido dos hechos que han potenciado a la Química de Carbohidratos como una de las áreas con más desarrollo dentro de la Química Orgánica actual.

Todos los animales, plantas y microbios están compuestos fundamentalmente, por las denominadas sustancias orgánicas. Sin ellas, la vida no tiene explicación (al menos que sepamos). De esta manera, en el primer período del origen de la vida tuvieron que formarse dichas sustancias, o sea, surgimiento de la materia prima que más tarde serviría para la formación de los seres vivos.

La característica principal que diferencia a las sustancias orgánicas de las inorgánicas, es que en el contenido de las primeras se encuentra como elemento fundamental el Carbono.

En las sustancias orgánicas, el carbono se combina con otros elementos: hidrógeno y oxígeno (ambos elementos juntos forman agua), nitrógeno (este se encuentra en grandes cantidades en el aire, azufre, fósforo, etc. Las distintas sustancias orgánicas no son más que las diferentes combinaciones de los elementos mencionados, pero en todas ellas, como elemento básico, siempre está el Carbono.

EDUCACIÓN AMBIENTAL PARA EL TRÓPICO DE COCHABAMBA

En el primer nivel (abajo) están los productores, o sea las plantas como maíz, frijol, papaya, cupesí, mora, yuca, árboles, hierbas, lianas, etc., que producen hojas, frutas, raíces, semillas, que comen varios animales y la gente.

En el segundo nivel están los primeros consumidores, que comen hierbas, hojas (herbívoros) y frutas (frugívoros). Estos primeros consumidores incluyen a insectos como hormigas, aves como loros y mamíferos como ratones, urina, chanchos, chivas, vacas.

En el tercer nivel están los segundos consumidores (carnívoros), es decir los que se comen a los animales del segundo nivel: por ejemplo el oso bandera come hormigas, el jausi come insectos y la culebra come ratones.

Nosotros, los humanos, somos omnívoros, es decir comemos de todo: plantas y animales. Algunos de los carnívoros comen, a veces, plantas también, como los perros. Otros, como el chancho, comen muchas plantas y a veces también carne.

Las sustancias orgánicas más sencillas y elementales son los llamados hidrocarburos o composiciones donde se combinan el Oxígeno y el Hidrógeno. El petróleo natural y otros derivados suyos, como la gasolina, el keroseno, etc., son mezcolanzas de varios hidrocarburos. Con todas estas sustancias como base, los químicos obtienen sin problemas, por síntesis, gran cantidad de combinados orgánicos, en ocasiones muy complejos y otras veces iguales a los que tomamos directamente los seres vivos, como azúcares, grasas, aceites esenciales y otros. Debemos preguntarnos como llegaron a formarse en nuestro planeta las sustancias orgánicas.

Está claro que, para los iniciados en estos temas, la cosa puede parecer de una complejidad inalcanzable, nada menos que llegar a comprender ¡el origen primario de las sustancias orgánicas!

Es nuestro planeta y el único habitado (hasta donde podemos saber). Está en la ecosfera, un espacio que rodea al Sol y que tiene las condiciones necesarias para que exista vida. Claro que, ¡son tantos los mundos! Cómo vamos a ser nosotros nos únicos que poblemos el Universo? ¡Que despercidicio de espacio!

 

 

La observación directa de la Naturaleza que nos rodea nos puede facilitar las respuestas que necesitamos. En realidad, si ahora comprobamos todas las sustancias orgánicas propias de nuestro mundo en relación a los seres vivos podemos ver que, todas, son producidas hoy día en la Tierra por efecto de la función activa y vital de los organismos.

Las plantas verdes absorben el carbono inorgánico del aire, en calidad de anhídrido carbónico, y con la energía de la luz crean, a partir de éste, sustancias orgánicas necesarias para ellas. Los animales, los hongos, también las bacterias y el resto de organismos, menos los de color verde, se alimentan de animales o vegetales vivos o descomponiendo estos mismos, una vez muertos, pueden proveerse de las sustancias orgánicas que necesitan. Con esto, podemos ver como todo el mundo actual de los seres vivos depende de los dos hechos análogos de fotosíntesis y quimiosíntesis, aplicados en las líneas anteriores.

Incluso las sustancias orgánicas que se encuentran bajo tierra como la turba, la hulla o el petróleo, han surgido, básicamente, por efecto de la acción de diferentes organismos que en un tiempo remoto se encontraban en el planeta Tierra y que con el transcurrir de los siglos quedaron ocultos bajo la maciza corteza terrestre.

Todo esto fue causa de que muchos científicos de finales del siglo XIX y principios del XX, afirmaran que era imposible que las sustancias orgánicas produjeran en la Tierra, de forma natural, solamente mediante un proceso biogenético, o sea, con la única intervención de los organismos. Esta opinión predominante entre los científicos de hace algunas décadas, constituyó un obstáculo considerable para hallar una respuesta a la cuestión del origen de la vida.

Para tratar esta cuestión era indispensable saber cómo llegaron a constituirse las sustancias orgánicas; pero ocurría que éstas sólo podían ser sintetizadas por organismos vivos. Sin embargo, únicamente podemos llegar a esta síntesis si nuestras observaciones no van más allá de los límites del planeta Tierra. Si traspasamos esa frontera nos encontraremos con que en diferentes cuerpos celestes de nuestra Galaxia se están creando sustancias orgánicas de manera abiogenética, es decir, en un ambiente que excluye cualquier posibilidad de que existan seres orgánicos en aquel lugar.

    Estrella de carbono (estrella gigante roja) R. Lepori

Con un espectroscopio podemos estudiar la fórmula química de las atmósferas estelares, y en ocasiones casi con la misma exactitud que si tuviéramos alguna muestra de éstas en el Laboratorio. El Carbono, por ejemplo, se manifiesta ya en las atmósferas de las estrellas tipo O, que son las que están a mayor temperatura, y su increíble brillo es lo que las diferencia de los demás astros (Ya os hablé aquí de R. Lepori, la estrella carmesí, o, también conocida como la Gota de Sangre, una estrella de Carbono de increíble belleza).

En la superficie de las estrellas de Carbono existe una temperatura que oscila los 20.000 y los 28.000 grados. Es comprensible, entonces, que en esa situación no pueda prevalecer aún alguna combinación química. La materia está aquí en forma relativamente simple, como átomos libres disgregados, sueltos como partículas minúsculas que conforman la atmósfera incandescente de estos cuerpos estelares.

La atmósfera de las estrellas tipo B, característica por su luz brillante blanco-azulada y cuya corteza tiene una temperatura que va de 15.000 a 20.000 grados, también tienen vapores incandescentes de carbono. Pero aquí este elemento tampoco puede formar cuerpos químicos compuestos, únicamente existe en forma atómica, o sea, en forma de pequeñísimas partículas sueltas de materia que se mueven a una velocidad de vértigo.

Sólo la visión espectral de las estrellas Blancas tipo A, en cuya superficie hay una temperatura de unos 12.000º, muestras unas franjas tenues, que indican, por primera vez, la presencia de hidrocarburos –las más primitiva combinaciones químicas de la atmósfera de estas estrellas. Aquí, sin que existan antecedentes, los átomos de dos elementos (el carbono y el hidrógeno) se combinan resultando un cuerpo más perfecto y complejo, una molécula química.

Observando las estrellas más frías, las franjas características de los hidrocarburos son más limpias cuando más baja es la temperatura y adquieren su máxima claridad en las estrellas rojas, en cuya superficie la temperatura nunca es superior a los 4.000º.

Es curioso el resultado obtenido de la medición de Carbono en algunos cuerpos estelares por su temperatura:

  • Proción: 8.000º
  • Betelgeuse: 2.600º
  • Sirio: 11.000º
  • Rigel: 20.000º

Como es lógico pensar, las distintas estrellas se encuentran en diferentes períodos de desarrollo. El Carbono se encuentra presente en todas ellas, pero en distintos estados del mismo.

Las estrellas más jóvenes, de un color blanco-azulado son a la vez las más calientes. Éstas poseen una temperatura muy elevada, pues sólo en la superficie se alcanzan los 20.000 grados.

Los científicos descubrieron una enorme cantidad de silicatos cristalinos e hidrocarburos policíclicos aromáticos, dos sustancias que indican la presencia de oxígeno y de carbono, respectivamente. Así todos los elementos que las componen, incluido el Carbono, están en forma de átomos, de diminutas partículas sueltas. Existen estrellas de color amarillo y la temperatura en su superficie oscila entre los 6.000 y los 8.000º. En estas también encontramos Carbono en diferentes combinaciones.

El Sol, pertenece al grupo de las estrellas amarillas y en la superficie la temperatura es de 6.000º. El Carbono en la atmósfera incandescente del Sol, lo encontramos en forma de átomo, y además desarrollando diferentes combinaciones: Átomos de Carbono, Hidrógeno y Nitrógeno, Metino, Cianógeno, Dicaerbono, es decir:

  1. Átomos sueltos de Carbono, Hidrógeno y Nitrógeno.
  2. Miscibilidad combinada de carbono e hidrógeno (metano)
  3. Miscibilidad combinada de carbono y nitrógeno (cianógeno); y
  4. Dos átomos de Carbono en combinación (dicarbono).

En las atmósferas de las estrellas más calientes, el carbono únicamente se manifiesta mediante átomos libres y sueltos. Sin embargo, en el Sol, como sabemos, en parte, se presenta ya, formando combinaciones químicas en forma de moléculas de hidrocarburo de cianógeno y de dicarbono.

Para hallar las respuestas que estamos buscando en el conocimiento de las sustancias y materiales presentes en los astros y planetas, ya se está realizando un estudio en profundidad de la atmósfera de los grandes planetas del Sistema solar. Y, de momento, dichos estudios han descubierto, por ejemplo, que la atmósfera de Júpiter está formada mayoritariamente por amoníaco y metano. Lo cual hace pensar en la existencia de otros hidrocarburos. Sin embargo, la masa que forma la base de esos hidrocarburos, en Júpiter permanece en estado líquido o sólido a causa de la abaja temperatura que hay en la superficie del planeta (135 grados bajo cero). En la atmósfera del resto de grandes planetas se manifiestan estas mismas combinaciones.

Ha sido especialmente importante el estudio de los meteoritos, esas “piedras celestes” que caen sobre la Tierra de vez en cuando, y que provienen del espacio interplanetario. Estos han representado para los estudiosos los únicos cuerpos extraterrestres que han podido someter a profundos análisis químico y mineralúrgico, de forma directa. Sin olvidar, en algunos casos, los posibles fósiles.

Estos meteoritos están compuestos del mismo material que encontramos en la parte más profunda de la corteza del planeta Tierra y en su núcleo central, tanto por el carácter de los elementos que los componen como por la base de su estructura. Es fácil entender la importancia capital que tiene el estudio de los materiales de estas piedras celestes para resolver la cuestión del origen de las primitivas composiciones durante el período de formación de nuestro planeta que, al fin y al cabo, es la misma que estará presente en la conformación de otros planetas rocosos similares al nuestro, ya que, no lo olvidemos, en todo el universo rigen las mismas leyes y, la mecánica de los mundos y de las estrellas se repiten una y otra vez aquí y allí, a miles de millones de años-luz de nosotros.

Así que, se forman hidrocarburos al contactar los carburos con el agua. Las moléculas de agua contienen oxígeno que, combinado con el metal, forman los hidróxidos metálicos, mientras que el hidrógeno del agua mezclado con el carbono forman los hidrocarburos.
Los hidrocarburos originados en la atmósfera terrestre se mezclaron con las partículas de agua y amoníaco que en ella existían, creando sustancias más complejas. Así, llegaron a hacerse presentes la formación de cuerpos químicos. Moléculas compuestas por partículas de oxígeno, hidrógeno y carbono.

Todo esto desembocó en el saber sobre los Elementos que hoy podemos conocer y, a partir de Mendeléiev (un eminente químico ruso) y otros muchos…se hizo posible que el estudio llegara muy lejos y, al día de hoy, podríamos decir que se conocen todos los elementos naturales y algunos artificiales que, nos llevan a tener unos valiosos datos de la materia que en el universo está presente y, en parte, de cómo funciona cuando, esas sustancias o átomos, llegan a ligarse los unos con los otros para formar, materiales más complejos que, aparte de los naturales, están los artificiales o transuránicos.

Aquí en la Tierra, las reacciones de hidrocarburos y sus derivados oxigenados más simples con el amoníaco generaron otros cuerpos con distintas combinaciones de átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON) en su moléculas llamadas paras la vida una vez que, más tarde, por distintos fenómenos de diversos tipos, llegaron las primeras sustancias proteínicas y grasas que, dieron lugar a los aminoácidos, las Proteínas y el ADN y RDN que, finalmente desembocó en eso que llamamos vida y que, evolucionado, ha resultado ser tan complejo y, a veces, en ciertas circunstancias, peligroso: ¡Nosotros!

emilio silvera

De vez en cuando…¡Hay que relajarse!

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Mix – Celtic Woman The Voice Lisa Kelly

 

Lisa Kelly

 

 


May it Be – Lisa Kelly – YouTube

 


May it Be – Lisa Kelly – YouTube

 

 

 


Chloe Agnew – Nella Fantasia – YouTube


No sólo de pan vive el hombre, y, de vezx en cuando nos debemos retirar y, en soledad, disfrutar viendo de lo que somos capaces los seres humanos que, dotados de especiales dotes, podemos transportarnos a otros mundos sin salir de este, simplemente con oir una bella canción.

emilio silvera

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En otras ocasiones hemos presentado aquí trabajos yque, entre los temas que fueron tratados, entraba el Universo estacionario y también la posibilidad de un final con la presencia del Big Crunch, lo cual, según todos los datos de la cosmología moderna, no será posible dado que, el Universo euclideo y la Densidad Crítica que se observa no sería suficiente para producir tal final. Por el contrario, la dinámica observada de expansión es cada vez más acelerada y, aunque algunos hablan de la “materia oscura”, en realidad no sabemos a qué se puede deber tal expansión pero, lo cierto es que no habrá colapso final y sí, en cambio, una expansión ilimitada que nos llevará hacia un “enfriamiento térmico” que llegará a alcanzar un máximo de entropía dS = dQ/T, así habrá una gran parte de la energía del Universo que no podrá producir trabajo. Sin embargo, es curioso que siendo eso lo que se deduce de los datos que tenemos, cuando miramos lo que predicen las nuevas teorías basadas en las cuerdas y la mecánica cuántica nos indica que tal escenario es poco creíble.

 

Todo parece indicar que nada podrá impedir que en las galaxias se sigan produciendo explosiones supernovas que formaran hermosas Nebulosas de las que nacerán nuevas estrellas, toda vez que las galaxias, quedarán aisladas y detendrán su expansiòn y tal hecho, no parece que pueda incidir en la mecánica galáctica de formación de nuevas estrellas. Así, las estrellas más masivas devolveran parte de la materia que las conforman al medio interestelar y la gravedad y la radiación se encargarán de que nuevos ciclos se sigan produciendo. Y, las estrellas menos masivas, como nuestro Sol y otras seguirán sus vidas durante miles de millones de años y, si tiene planetas en su entorno, ¿quién sabe si estando en la zona habitable no podrá hacer surgir alguna clase de vida? Claro que, el proceso de la dinámica del universo es llegar al frío absoluta de los -273 ºC y, en ese momento, las masas de las estrellas quedarían bloqueadas, los átomos presentes en las Nebulosas perderían su dinámica y nada, en nuestro Universo, tendría movimiento ni energía para crear trabajo, la Entropía sería la dueña y señora de todo y una última estrella habría nacido para quedar colapsada sin poder cumplir su misión de transmutar elementos.

Pero no pocas de todas estas conclusiones son conjeturas que se hacen conforme a los datos observados que llevan a esas consecuencias. En otros panoramas se podría contemplar como en el futuro, las estrellas escaparían lentamente de las galaxias y según algunos cálculos el 90% de la masa estelar de una galaxia habría huído al espacio en unos 10^19 años. El 10% restante habría sido engullido por agujeros negros supermasivos centrales. El mismo mecanismo haría que los planetas escaparan de su soles y vagaran por el espacio como planetas errantes hasta perderse en el espacio profundo y, los que no lo hagan caeran hacia el centro de sus soles en unos  0^20 años.

Un último estudio ha indicado que el Universo es curvo, no plano como se creía y tal resultado, aunque tendrá que ser verificado, es importante para saber el final que realmente espera a nuestro Universo en ese futuro muy lejano en el que, no sabemos siquiera si nuestra especie andará aún por aquí.

Esa imagen de arriba no sería repetida y las galaxias, los cúmulos se disgregarían debido a interacciones gravitatorias en unos 10^23 años y, en un momento determinado el universo estaría formado por enanas negras, estrellas de neutrones y agujeros negros junto con planetas y pequeñas cantidades de gas y polvo, todo ello, sumergido en una radiación de fondo a 10^-13K. Hay modelos que predicen que los agujeros negros terminarán evaporándose mediante la emisión de la radiación de  Hawking. Una vez evaporado el agujero negro, los demás objetos se convertirían en Hierro en unos 10^1500 años pero también, pasado mucho tiempo, se evaporaran y a partir de este momento el universo se compone de partículas aisladas (fotones, electrones, neutrinos, protones). La densidad tenderá a cero y las partículas no podrán interactuar. Entonces, como no se puede llegar al cero absoluto, el universo sufrirá fluctuaciones cuánticas y podría generar otro universo. ¿Qué locura!

Claro que toda esa teoría podría modificarse si  la “energía oscura” -si finalmente existe- resultara ser negativa, con lo cual el fin se produciría antes. Tampoco se ha contado con la posible inestabilidad del protón. Todo esto está descrito según la física que hoy día se conoce, lo cual nos puede llevar a conclusiones erróneas. Como vereis, tenemos respuestas para todo y, aunque ninguna de ellas pueda coincidir con la realidad, lo cierto es que, el panorama de la cosmología está lleno de historias que, algunas podrán gustar más que otras pero todas, eso sí, están cargadas de una imaginación desbordante.

Como mi intelecto es más sencillo y no alcanza a ver en esas profundas lejanías, me quedo con lo más tangible y cercano como lo es el hecho cierto de que el Universo tiene que tener miles de millones de años para que haya podido tener tiempo suficiente para que los ladrillos de la vida sean manifacturados en las estrellas.

Las leyes de la gravitación nos dice que la edad del universo está directamente ligada a otras propiedades que manifiesta, como su densidad, su temperatura y el brillo del cielo. Puesto que el Universo debe expandirse durante miles de millones de años, debe tener una extensión visible de miles de millones de años-luz. Puesto que su temperatura y densidad disminuyen a medida que se expande, necesariamente se hace más frío y disperso. Ahora sabemos que la densidad del Universo es hoy día de poco más de 1 átomo por m3 de espacio.

Traducida en una medida de las distancias medias entre estrellas o galaxias, esta densidad tan baja muestra porque no es tan sorprendente que otros sistemas estelares estén tan alejados y sea difícil el contacto con extratreterrestres. Si existen en el Universo otras formas de vida avanzada (como creo), entonces, al igual que los seres de la Tierra habrán evolucionado sin ser perturbadas por los seres de otros mundos hasta que puedan llegar a lograr una fase tecnológica avanzada.

Además, la muy baja temperatura de la radiación hace algo más que asegurar que  el espacio sea un lugar frío: también garantiza la oscuridad del cielo nocturno. Durante siglos los científicos se han preguntado por esta sorprendente característica del Universo. Si ahí fuera en el espcio hubiera un número enorme de estrellas, entonces cabría pensar que mirar hacia arriba al cielo nocturno sería un poco como mirar un bosque denso.

                                                 Millones de estrellas en un sólo cúmulo globular

Cada linea de visión debería terminar en una estrella. Sus superficies brillantes cubrirían cada parte del cielo haciénsolo parecido a la superficie del Sol. Lo que nos salva de ese cielo brillante es la expansión del Universo y la lejanía a la que se encuentran las estrellas entre sí. Para encontrar las condiciones necesarias que soporte la complejidad viviente hicieron falta diez mil millones de años de expansión y enfriamiento.

La Densidad de materia ha caido hasta un valor tan bajo que aun sim toda la materia se transformase repentinamente en energía radiante no advertiríamos ningún resplandor importante en el cielo nocturno. La radiación es demasiado pequeña y el espacio a llenar demasiado grande para que el cielo parezca brillante otra vez. Hubo un tiempo cuando el Universo era mucho más jovencito, menos de cien mil años, en que todo el cielo era brillante, tan brillante que ni estrellas ni átomos ni moléculas podían existir, la podría radiación los destruía. Y, en ese tiempo, no podrían haber exististido observadores para ser testigo de ello.

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             Con algunas estrellas por aquí y por allá, alguna que otra Nebulosa (incluso algunas brujas), el Universo es oscuro y frío.

Pero estas consideraciones tienen otros resultados de una Naturaleza mucho más filosófica. El gran tamaño y la absoluta oscuridad del Universo parecen ser profundamente inhóspitos para la vida. La apariencia del cielo nocturno es responsable de muchos anhelos religiosos y estéticos surgidos de nuestra aparente pequeñez e insignificancia frente a la grandeza e inmutabilidad (aparente) de las estrellas lejanas. Muchas Civilizaciones rindieron culto a las estrellas o creyeron que gobernaban su futuro, mientras otras, como la nuestra, a menudo anhelan visitarlas.

Mucho se ha escrito sobre el efecto emocional que produce la contemplación de la insignificancia de la Tierra ante esa inmensidad del cielo salpicado de estrellas, inmersa en una Galaxia que tiene más de cien mil millones y que ahora sabemos, que también tiene, miles de millones de mundos. En efecto, la idea de ese conocimiento es impresionante y puede llegar (en algunos casos) a ser intensamente desagradable y producir sensación de ahogo y hasta miedo. Nuestra imaginación matemática se ve atormentada ante esa inconmensurable grandeza que, nuestras mentes, no llegan a poder asimilar.

 mundo

Claro que, en eso de lo grande y lo pequeño…, todo puede ser muy subjetivo y, no pocas veces dependerá de la perspectiva con que lo podamos mirar. Podríamos considerar la Tierra como enorme, al mirarla bajo el punto de vista que es el mundo que nos acoge, en el que existen inmensos océanos y grandes montañas y volcanes y llanuras y bosques y ríos y, una inmensa lista de seres vivos. Sin embargo, se nos aparecerá en nuestras mentes como un minúsculo grano de arena y agua si la comparamos a la inmensidad del Universo. Igualmente, podemos ver un átomo como algo grande en el sentido de que, al juntarse con otros, pueden llegar a formar moléculas que juntas, son capaces de formar mundos y galaxias.

Si comparamos una galaxia con un átomo, éste nos parecerá algo ínfimo. Si comparamos esa misma galaxia con el Universo, lo que antes era muy grande ahora resulta ser también muy poca cosa. Si el mundo que nos acoge, en el que la Humanidad ha escrito toda su historia y costado milenios conocer, dado su “inmensidad” para nosotros, lo comparamos con la Nebulosa Orión, nos parecerá ridículo en tamaño y proporción y, sin embargo, cuán importante es para nosotros. Todo puede ser grande o pequeño dependiendo de la perspectiva con que lo miremos y según con qué lo podamos comparar.

Nada es objetivamente grande; las cosas son grandes sólo cuando consiguen tocar la sensibilidad del observador que las contempla, encontrar los caminos hacia su corazón y su cerebro. La idea de que el Universo es una multitud de esferas minúsculas circulando como motas de polvo en un vacío oscuro e ilimitado, podría dejarnos fríos e indiferentes, si no acomplejados y deprimidos, si no fuera porque nosotros identificamos este esquema hipotético con el esplendor visible, la intensidad conmovedora del desconcertante número de estrellas que están ahí, precisamente, para hacer posible nuestra presencia aquí y, eso amigos míos, nos hace ser importantes, dado que demuestra algo irrefutable, formamos parte de toda esta grandeza.

 

 

Bueno, no es por nada pero, ¿quién me puede decir que una imagen como la que arriba podemos contemplar, no es tan hermosa como la más brillante de las estrellas del cielo? Incluso diría que más, ya que, se trata del producto o esencia del marterial que allí se fabricó y que ha podido llegar a su más alto nivel de belleza.

Yo, si tengo que deciros la verdad, no me considero nada insignificante, soy consciente de que formo parte del Universo, como todos ustedes, ni más ni menos, somos una parte de la Naturaleza y, como tales productos de algo tan grande, debemos estar orgullosos y, sobre todo procurar, conocer bien qué es lo que realmente hacemos aquí, para qué se nos ha traído y, para ello amigos, el único camino que conozco es, llegar a conocer a fondo la Naturaleza y procurar desvelar sus secretos, ella nos dirá todo cuanto queramos saber.

emilio silvera

En busca de las partículas más esquivas del universo

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

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Física en…

El Español

 

Cientos de partículas teóricas esperan su confirmación real en experimentos.

Un trabajador en el CERN. CERN

 

 

 

 

Reportaje: Javier Peláez
 

 

“Estimados, y radioactivos, señores y señoras… He encontrado una manera desesperada para salvar la Ley de conservación de la energía si suponemos que en el núcleo existen otras partículas sin carga eléctrica…”. De esta forma, curiosa y humorística, comenzaba Wolfgang Pauli en 1930 una de las cartas más célebres de la Historia de la Ciencia. En ella, y para resolver un problema pendiente de la Física de su época, proponía un nuevo tipo de partícula a la que hoy conocemos como neutrinos.

Pauli tuvo que esperar 26 años hasta que una mañana de junio de 1956 recibió un telegrama de dos investigadores, Reines y Cowan, en el que le anunciaban que por fin habían conseguido detectar por primera vez en un experimento sus ansiados neutrinos. Al día siguiente, el científico les respondió: “Gracias por la noticia. Todo llega a quien sabe esperar”

Telegrama de Reines y Cowan.

Telegrama de Reines y Cowan.

Algo muy similar ocurrió con el célebre bosón de Higgs. En la década de 1960, no sólo Peter Higgs, sino un nutrido grupo de físicos, comenzaron a especular con la posibilidad de que las partículas fundamentales adquiriesen su masa mediante la interacción con un campo cuántico presente en todo el universo. Desde la formulación teórica del Higgs hasta el reciente anuncio de su detección en 2012 ha tenido que pasar casi medio siglo.

La Física de partículas tiene un grave problema. El ritmo de aparición de nuevas y extrañas partículas teóricas es muy superior a nuestra capacidad tecnológica para comprobar si realmente existen. Para detectar neutrinos necesitamos instalaciones cada vez más sofisticadas y costosas, como el Super Kamiokande en Japón o el Telescopio Ice Cube en la Antártida. Para atrapar el bosón de Higgs hemos tenido que diseñar la mayor máquina jamás creada por el hombre: un supercolisionador de hadrones con 27 kilómetros de circunferencia.

La caza de las siguientes partículas teóricas, asociadas a la Supersimetría, la Materia oscura o la Energía oscura, se plantea como el siguiente paso natural de la Física moderna. Desde EL ESPAÑOL hemos contactado con tres científicos españoles para conocer el mayor desafío al que se enfrenta la Física moderna: ¿Qué hacer con las nuevas, y cada vez más esquivas, partículas que quedan por descubrir? ¿Cómo podemos confirmar que existen?

Observatorio de neutrinos Superkamiokande.

 

Observatorio de neutrinos Superkamiokande.

 

Para Mario Herrero, miembro del Instituto de Física Teórica UAM/CSIC que en la actualidad prepara su tesis doctoral precisamente sobre gravedad cuántica, este problema es más serio de lo que parece no solo por la velocidad con la que se proponen nuevas partículas sino porque para detectar experimentalmente algunas de ellas necesitaríamos colisionadores que trabajasen a energías increíblemente superiores a las que podemos conseguir en el LHC.

Para visualizar mejor lo que significaría un posible artefacto de estas características, y salvo que se descubran nuevas tecnologías de detección, tendríamos que pensar que el anillo de colisiones bien podría tener el tamaño de la órbita de Urano…

Partículas supersimétricas

 

A la pregunta de qué viene después del Higgs el físico del IFT lo tiene claro: “Ahora vamos a por la Supersimetría”. Según esta teoría, además de las partículas que ya conocemos, en el universo deberían existir otras partículas, una especie de compañeras supersimétricas, que aún no hemos detectado y que podrían ser observadas en el nuevo rango de energías con el que ha empezado a trabajar el LHC. Esto significaría tener un completo zoológico de partículas, con características diferentes a las habituales y entre las que se incluirían, por ejemplo, nuevos tipos de bosones de Higgs.

Partículas Supersimétricas

Partículas Supersimétricas

 

Enrique Fdez. Borja, doctor en Física Teórica y docente en el Departamento de Matemática Aplicada de la Universidad de Sevilla, reconoce que hay muchos científicos nerviosos. El LHC debería haber detectado ya partículas supersimétricas pero aún siguen escondiéndose, lo que lleva a los más optimistas a pensar que están en otro rango de energías, y a los más pesimistas a considerar que no existen.

La Historia de la Física nos ha enseñado que todo lo que puede suceder termina sucediendo. Sin embargo, siempre puede aparecer una excepción que derrumbe la teoría supersimétrica. En marzo el gran colisionador de hadrones del CERN volverá a ponerse en marcha y trabajará a energías más altas que nunca, que deberían ser suficientes para detectar estas partículas.

Si aun así no aparecen va a ser complicado justificar por qué no las hemos visto ya, y problemas como el de la baja masa del Higgs deberán empezar a explicarse con otras teorías diferentes (e incluso más fascinantes) como la posibilidad de dimensiones extras.

Materia oscura

Es una de las grandes cuestiones aún pendientes en la Física. Estamos ante un tipo extraño de materia que no aún hemos podido ver, puesto que no emite radiación electromagnética, pero que sí tiene importantes consecuencias gravitatorias en objetos masivos como galaxias o cúmulos de galaxias.

¿De qué está hecha? La respuesta sincera es que aún no lo sabemos, pero la hipótesis más extendida afirma que estaría compuesta de partículas masivas que interactúan débilmente (WIMP, por sus siglas en inglés). Estas partículas no emiten luz ni tienen carga eléctrica pero, como su propio nombre nos indica, sí actuarían en la fuerza nuclear débil… es una interacción muy pequeña, pero medible al fin y al cabo.

En cierto modo las WIMP son muy similares a los neutrinos que propuso Pauli. Si existen, el universo entero debería estar repleto de ellas y literalmente billones de ellas atravesarían nuestro cuerpo cada segundo. Puesto que, al igual que los neutrinos, apenas interactuarían con la materia, serian extremadamente difíciles de detectar.

Francis Villatoro, físico, matemático y profesor en la UMA, nos explica que actualmente estamos explorando tres caminos que nos podrían conducir a detectar la presencia de estas partículas WIMP. El primero de ellos sería el método directo: una de estas partículas, procedente del espacio, chocaría como una bola de billar contra el núcleo de un átomo en alguno de los muchos detectores repartidos por el mundo.

La segunda técnica es indirecta. Dado que estas partículas WIMP son iguales que sus correspondientes antipartículas, podrían aniquilarse en ocasiones entre ellas en galaxias lejanas, lo que produciría fotones -es decir, luz-, y eso es algo que podríamos ver mediante telescopios espaciales.

Estos dos métodos requieren de paciencia y mucha suerte, por lo que en lugar de esperar a detectar una de esas colisiones, también existe una tercera opción: generar una partícula de materia oscura en el CERN. En el LHC chocan protones contra protones y estas colisiones pueden producir un bosón de Higgs de alta energía que podría desintegrarse en una pareja de partículas WIMP.

Son las tres vías que actualmente se están probando para detectar esta teórica partícula de la que estaría formada la materia oscura, algo que no es insignificante puesto que, recordemos, supone una gran parte de toda la materia que compone el universo.

La energía oscura y su particular camaleón

 

Dicen que permea todo el Universo pero… ¿dónde está?

 

Todos hemos escuchado alguna vez que el universo se expande. Esta expresión es correcta pero incompleta, puesto que deberíamos decir que se expande de manera acelerada. La explicación a esa aceleración que resulta más coherente con nuestro actual modelo estándar es la denominada energía oscura.

Imagina que lanzas una pelota al aire y ésta no solo no desciende, sino que se eleva cada vez más rápido. Algo debe de estar empujándola y eso es precisamente lo que ocurre en nuestro universo, en donde se ha calculado que algo más del 70% del total de la energía/masa que existe corresponde a energía oscura. Ese enorme porcentaje representa un gran problema para los físicos que aún no saben qué partícula es la responsable de esa fuerza de aceleración del universo.

 

Infografía con la expansión acelerada del Universo desde el Big Bang

Se han propuesto numerosas teorías con la existencia de varios tipos de campos; unos los llaman campos camaleón, otros campos fantasmas, pero todos ellos estarían asociados a un tipo de partículas que se comportan de manera verdaderamente extraña. De hecho, una de sus denominaciones, camaleón, hace referencia a la capacidad de variar su fuerza y su masa en función de la materia que tengan cerca.

En palabras sencillas, los físicos que defienden esta teoría tratan de explicar la energía oscura como resultado de cierto tipo de partículas que generan una extraña interacción dependiendo de la cantidad de masa que les rodea. Para disgusto de los teóricos, este tipo de partículas camaleón ejercerían una interacción mayor cuando tienen poca materia cerca de ellas, por ejemplo en el espacio exterior… un comportamiento paradójico que hace que su detección sea muy difícil.

Además, y para empeorar las cosas, no se pueden detectar en el colisionador de Ginebra ya que la masa de esta hipotética partícula de energía oscura sería del orden de un billón de veces la energía de un protón, demasiado hasta para nuestro gran LHC.

Para intentar detectarlas deberíamos salir de la galaxia para realizar experimentos cosmológicos en zonas menos densas que nuestra Vía Láctea, algo que se antoja aún muy lejano.