miércoles, 19 de enero del 2022 Fecha
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El Micro Mundo de los Átomos

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

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Cuando por primera vez se puso este trabajo, dio lugar a comentarios que nos llevan hasta la realidad de hasta donde, resulta para nosotros incomprensible ese micro mundo de la cuántica, ese “universo” infinitesimal donde ocurren cosas que, no llegamos a comprender.

Sí, existe otro mundo que no vemos pero, ¡está en éste!

La mecánica cuántica domina en el micromundo de los átomos y de las partículas “elementales”. Nos enseña que en la naturaleza cualquier masa, por sólida o puntual que pueda parecer, tiene un aspecto ondulatorio. Esta onda no es como una onda de agua.  Es una onda de información. Nos indica la probabilidad de detectar una partícula. La longitud de onda de una partícula, la longitud cuántica, se hace menor cuanto mayor es la masa de esa partícula.

 

Por el contrario, la relatividad general era siempre necesaria cuando se trataba con situaciones donde algo viaja a la velocidad de la luz, o está muy cerca o donde la gravedad es muy intensa. Se utiliza para describir la expansión del universo o el comportamiento en situaciones extremas, como la formación de agujeros negros. Sin embargo, la gravedad es muy débil comparada con las fuerzas que unen átomos y moléculas y demasiado débil para tener cualquier efecto sobre la estructura del átomo o de partículas subatómicas, se trata con masas tan insignificantes que la incidencia gravitatoria es despreciable. Todo lo contrario que ocurre en presencia de masas considerables como planetas, estrellas y galaxias, donde la presencia de la gravitación curva el espacio y distorsiona el tiempo.

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La Gravedad hace que la Tierra se vea como un mapa. Es una vista altamente exagerada, pero ilustra a las claras cómo la atracción gravitatoria que se manifiesta desde la masa de roca bajo nuestros pies no es la misma en todo lugar. La gravedad es más fuerte en áreas amarillas y más débil en las azules. (Imagen tomada por el satélite Goce)

Como resultado de estas propiedades antagónicas, la teoría cuántica y la teoría relativista gobiernan reinos diferentes, muy dispares, en el universo de lo muy pequeño o en el universo de lo muy grande. Nadie ha encontrado la manera de unir, sin fisuras, estas dos teorías en una sola y nueva de Gravedad-Cuántica.

¿Cuáles son los límites de la teoría cuántica y de la teoría de la relatividad general de Einstein? Afortunadamente, hay una respuesta simple y las unidades de Planck nos dicen cuales son.

File:Observable universe logarithmic illustration.png

Supongamos que tomamos toda la masa del universo visible y determinamos su longitud de onda cuántica. Podemos preguntarnos en qué momento esta longitud de onda cuántica del universo visible superará su tamaño.  La respuesta es: cuando el universo sea más pequeño en tamaño que la longitud de Planck, es decir, 10-33  centímetros, más joven que el Tiempo de Planck, 10-43 segundos y supere la temperatura de Planck de 1032 grados.  Las unidades de Planck marcan la frontera de aplicación de nuestras teorías actuales. Para comprender en que se parece el mundo a una escala menor que la longitud de Planck tenemos que comprender plenamente cómo se entrelaza la incertidumbre cuántica con la gravedad. Para entender lo que podría haber sucedido cerca del suceso que estamos tentados a llamar el principio del universo, o el comienzo del tiempo, tenemos que penetrar la barrera de Planck. Las constantes de la naturaleza marcan las fronteras de nuestro conocimiento existente y nos dejan al descubierto los límites de nuestras teorías.

En los intentos más recientes de crear una teoría nueva para describir la naturaleza cuántica de la gravedad ha emergido un nuevo significado para las unidades naturales de Planck. Parece que el concepto al que llamamos “información” tiene un profundo significado en el universo. Estamos habituados a vivir en lo que llamamos “la edad de la información”.  La información puede ser empaquetada en formas electrónicas, enviadas rápidamente y recibidas con más facilidad que nunca antes.

Los tiempos cambian y la manera de informar también, lejos nos queda ya aquellos toscos aparatos impresores del pasado, ahora, en espacios muy reducidos, tenemos guardada más información que antes había en una colección de libros.

Nuestra evolución en el proceso rápido y barato de la información se suele mostrar en una forma que nos permite comprobar la predicción de Gordon Moore, el fundador de Intel, llamada ley de Moore, en la que, en 1.965, advirtió que el área de un transistor se dividía por dos aproximadamente cada 12 meses. En 1.975 revisó su tiempo de reducción a la mitad hasta situarlo en 24 meses. Esta es “la ley de Moore” cada 24 meses se obtiene una circuiteria de ordenador aproximadamente el doble, que corre a velocidad doble, por el mismo precio, ya que, el coste integrado del circuito viene a ser el mismo, constante.

grid computing

Los límites últimos que podemos esperar para el almacenamiento y los ritmos de procesamiento de la información están impuestos por las constantes de la naturaleza. En 1.981, el físico israelí, Jacob Bekenstein, hizo una predicción inusual que estaba inspirada en su estudio de los agujeros negros.  Calculó que hay una cantidad máxima de información que puede almacenarse dentro de cualquier volumen. Esto no debería sorprendernos. Lo que debería hacerlo es que el valor máximo está precisamente determinado por el área de la superficie que rodea al volumen, y no por el propio volumen. El número máximo de bits de información que puede almacenarse en un volumen viene dado precisamente por el cómputo de su área superficial en unidades de Planck. Supongamos que la región es esférica. Entonces su área superficial es precisamente proporcional al cuadrado de su radio, mientras que el área de Planck es proporcional a la longitud de Planck al cuadrado, 10-66 cm2.  Esto es muchísimo mayor que cualquier capacidad de almacenamiento de información producida hasta ahora. Asimismo, hay un límite último sobre el ritmo de procesamiento de información que viene impuesto por las constantes de la naturaleza.

 

La información llega a todos los rincones del Mundo

No debemos descartar la posibilidad de que seamos capaces de utilizar las unidades de Planck-Stoney para clasificar todo el abanico de estructuras que vemos en el universo, desde el mundo de las partículas elementales hasta las más grandes estructuras astronómicas.  Este fenómeno se puede representar en un gráfico que recree la escala logarítmica de tamaño desde el átomo a las galaxias.

Todas las estructuras del universo existen porque son el equilibrio de fuerzas dispares y competidoras que se detienen o compensan las unas a las otras; la atracción y la repulsión. Ese es el equilibrio de las estrellas donde la repulsión termonuclear tiende a expandirla y la atracción (contracción) de su propia masa tiende a comprimirla; así, el resultado es la estabilidad de la estrella. En el caso del planeta Tierra, hay un equilibrio entre la fuerza atractiva de la gravedad y la repulsión atómica que aparece cuando los átomos se comprimen demasiado juntos. Todos estos equilibrios pueden expresarse aproximadamente en términos de dos números puros creados a partir de las constantes e, h, c, G y mprotón.

α = 2πe2 / hc ≈ 1/137

αG = (Gmp2)2 / hc ≈ 10-38

La identificación de constantes adimensionales de la naturaleza como a (alfa) y aG, junto con los números que desempeñan el mismo papel definitorio para las fuerzas débil y fuerte de la naturaleza, nos anima a pensar por un momento en mundos diferentes del nuestro.

Estos otros mundos pueden estar definidos por leyes de la naturaleza iguales a las que gobiernan el universo tal como lo conocemos, pero estarán caracterizados por diferentes valores de constantes adimensionales. Estos cambios numéricos alterarán toda la fábrica de los mundos imaginarios. Los átomos pueden tener propiedades diferentes. La gravedad puede tener un papel en el mundo a pequeña escala.  La naturaleza cuántica de la realidad puede intervenir en lugares insospechados.

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

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Cuando surgen comentarios de números puros y adimensionales, de manera automática aparece en mi mente el número 137. Ese número encierra más de lo que estamos preparados para comprender; me hace pensar y mi imaginación se desboca en múltiples ideas y teorías. Einstein era un campeón en esta clase de ejercicios mentales que él llamaba “libre invención de la mente”. El gran físico creía que no podríamos llegar a las verdades de la naturaleza sólo por la observación y la experimentación. Necesitamos crear conceptos, teorías y postulados de nuestra propia imaginación que posteriormente deben ser explorados para averiguar si existe algo de verdad en ellos. Con los adelantos actuales, estudiando la luz lejana de cuásares muy antiguos, se estudia si la constante de estructura fina (α) ha variado con el paso del tiempo.

El Universo es muy grande, inmensamente grande y, probablemente, todo lo que nuestras mentes puedan imaginar podrá exisitr en alguna parte de esas regiones perdidas en las profundidades cósmicas, en los confines del Espacio- Tiempo, en lugares ignotos de extraña belleza en los que otros mundos y otras criaturas tendrán, su propio habitat que, siendo diferente al nuestro, también, sus criaturas, estarán buscando el significado de las leyes del Universo.

emilio silvera

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Max Planck nos decía:

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

 

Y, desde luego, no parece que fuese muy desencaminado, nuestra complejidad es tan grande que, llegar a comprendernos, no será nada fácil.

                                        Las respuestas está en nuestras Mentes, sólo hay que saber buscar

¿Quién no ha tenido alguna vez, la sensación de que sabe la respuesta ? ¿De que todo está ahí, en su mente, escondido y a punto de salir a la superficie? Esas sensaciones que parecen querer hablarnos, contarnos ese secreto tan largamente perseguido por muchos y no desvelado por ninguno. Sin embargo, ese momento es efímero y, lo mismo que llegó, se fue. La frustración que deja en nostros esa sensación de tener ese algo a mano y de que se nos esfume y desaparezca sin más, es verdaderamente…dolorosa.

Bueno, a mí me pasa continuamente, siento que de un momento a otro, mi mente, me daría respuestas a preguntas que no han sido contestadas.  El  tiempo inexorable pasa y, las respuestas no llegan. ¡Qué impotencia! Parece como si una gran Nebulosa ocupara nuestra mente y todo lo tuviera envuelto en una espesa niebla que no nos deja ver lo que buscamos.

Imagino que, de vez en cuando, la niebla se ve despejada por alguna especie de “viento solar” dejando ver lo que allí está presente.  En algunas mentes, entonces, saltan esas respuestas (Newton, Planck, Einstein y otros) y son ofrecidas al mundo para que puedan continuar avanzando.

Los aspectos inconscientes de la actividad mental, como las rutinas motoras y cognitivas, así como los recuerdos, intenciones y expectativas inconscientes, las preocupaciones y los estados de ánimos, desempeñan un papel fundamental a la hora de conformar y dirigir nuestras experiencias conscientes.  Todo está siempre estrechamente relacionado, nada ocurre en nosotros que no esté unido a lo que pasa en nuestro entorno, somos una parte de un todo que se llama Universo, y, aún cuando somos autónomos en el pensamiento y en la manera de obrar, existen condicionantes exteriores que inciden, de una u otra manera en nosotros, en lo que somos.

Sin la fuerza de Gravedad, nuestras mentes serían diferentes (o no serían), estamos estrechamente conectados a las fuerzas que rigen el Cosmos y, precisamente, somos como somos, porque las fuerzas fundamentales de la Naturaleza, son como son y hacen posible la vida y la existencia de seres pensantes y evolucionados que son capaces de tener conciencia de SER, de hacer preguntas tales como: ¿de donde venimos? ¿Hacia donde vamos?

Resultado de imagen de El Universo y nosotros

La qualia y la discriminación, correlatos neuronales de la percepción del color, ¿ un grupo neuronal, un quale ¿, los gualia y el núcleo dinámico, los qualia en el tiempo neuronal, el desarrollo de los qualia: referencia al propio yo, lo consciente y lo inconsciente, los puertos de entrada y de salida, los bucles largos y rutinas cognitivas, aprendizaje por el estudio y la experiencia, rupturas talamocorticales: posibilidades de núcleos escindidos, la observación, el lenguaje, el pensamiento, los mensajes exteriores, la unificación de datos y la selección lógica de respuestas, y, por fin: el significado último de las cosas (las preguntas de la filosofía), la metafísica.

Sí, por todas estas fases del estudio y del pensamiento he tenido que pasar para llegar a una simple conclusión:

No pocas veces, la imagen de nuestra imaginación  nos juega malas trastadas y nos hace ver… ¡Lo que ya no somos!

“No somos la imagen de nadie” y, simplemente, como seres que evolucionamos, sin que nos demos cuenta, mutamos y nos adaptamos al medio cambiante y, mientras eso ocurre, llegan mensajes que no comprendemos a la primera.   No, no exagero, dentro de esa imagen de frágil físico y de escasa capacidad para poder dar respuesta a ciertas preguntas, en realidad, se esconden cualidades y potenciales que, no sabemos ni podemos medir. En realidad, somos una compleja estructura de pensamientos que puede llegar…muy lejos.

Dentro de nuestro ser están todas las respuestas y solo necesitamos tiempo para encontrarlas.  Nuestra mente, es la energía del Universo, aún no sabemos utilizarla y pasaran, posiblemente, millones de años hasta que estemos preparados para saber lo que en realidad, es la conciencia.

Mientras eso llega, algunos curiosos como yo, con más voluntad que conocimientos, tratan de especular con ideas y conceptos que nos puedan dar alguna luz sobre tan complicado problema.

Nuestra mente es una maravilla de la Naturaleza, algo tan grande que, a pesar de los muchos avances y conocimientos alcanzados, no podemos explicar…  aún.

Está claro que, como me ha comentado un amigo, la materia tiene memoria y, es precisamente esa memoria, la que hace posible el avance de nuestros conocimientos a través de la mente que, sin duda, está directamente conectada con el resto del Universo y las fuerzas que lo gobiernan que son las que hacen posible su funcionamiento tal como acontece.

La curiosidad y la sabiduría, esas gotas del transcurrir del tiempo que salpican el río de la vida a través de la experiencia y nos hace saber… ¡Algunas cosas!

Pero nada es tan sencillo ni podemos hablar de lo sensorial sin tener en cuenta el plano más simple y cotidiano que está referido a la materia, a nuestro cuerpo, las sensaciones, las experiencias vivídas, lo que aprendemos, el estudio y la profundqa observación que nos lleva de la mano de la curiosidad hasta la fuente de la que mana el agua de la sabiduría.

Entender las claves que explican el devenir de la vida sobre este planeta, con la idea en el horizonte de aspiraciones intelectuales a que nos aboca la conciencia del SER, no resulta fácil, la complejidad de la empresa exige tener en cuenta múltiples factores que no siempre estamos preparados para comprender, y, sobre todo, debemos ser muy conscientes de que formamos parte de un Universo inmenso, y, estamos supeditamos a las fuerzas que lo rigen. Lo mejor para hacer nuestras vidas más fáciles, es tratar de comprender la Naturaleza de ese Universo nuestro.

Sí, el Universo podría ser considerado como la mayor Obra de Arte que, a su vez, es capaz de generar otras Obras de Arte que, en alguna ocasión, dan mucho que pensar, ya que, el surgir de la vida partierndo del simple hidrógeno que evoluciona en las estrellas del cielo…es ¡Increíble! pero, sin embargo, nada más cierto hay.

¡La Vida! Siempre me llamó la atención y elevó el grado de curiosidad ese gran misterio que llamamos ¡vida!, y, cada vez que he tenido la oportunidad, no me he perdido el poder aprender alguna cosa sobre ella. Ya os he contado en otras ocasiones mi experiencia con la eminente y privilegiada mente de…

Lynn Margulis comenzó a explorar los caminos de la genética a partir de un libro escrito en el siglo XIX por Edmund B.Webs.  En ese texto encontró reflexiones sobre la herencia citoplasmática y datos sobre las bacterias, entonces no muy consideradas en el estudio del origen de la vida.

Lynn Margulis fue una importante e influyente bióloga estadounidense. Además de ser una de las madres del evolucionismo, aportó notables conocimientos a la ciencia, como por ejemplo, su teoría de la aparición de las células eucariotas, o la de la simbiogénesis, por nombrar solo algunas.

La doctora Margulis fue profesora del Departamento de Geociencias de la Universidad de Massachusselts (Estados Unidos) relacionó el papel de las bacterias con la microbiología, una ciencia surgida de la medicina, de la salud pública y del procedimiento seguido para procesar los alimentos.  De ahí saltó al estudio del tema que ocupa su curso magistral: Contribución de los microbios a la evolución.

El pequeño Monasterio franciscano de La Rábida en Huelva, dónde Colón fue acogido por los frailes y se fraguó el viaje a Las Américas.La zona está enclavada en un margen del Río Odiel y los terrenos de de Bosques y Pinares con senderos para pasear.

Una de las pinturas de Daniel Vázquez Díaz

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Junto al Monasterio se levanta un enorme obelisco que fue construido en conmemoración del cuarto centenario del nuevo continente y, en su interior, como podeis ver arriba, existen obras pictóricas conmemorativas de la gesta que pintó Daniel Vazquez Díaz. El monasterio tipológicamente pertenece al Gótico-Mudéjar incorporado a la Rábida desde el período Almohade.

Placa conmemorativa

La iglesia-Santuario es de dimensiones pequeñas y estructura compacta posee una sola nave y un hermoso artesonado de influencia mudéjar que cubre la bóveda primitiva. El ábside posee arcos apuntados. En las paredes conserva pinturas de Juan de Dios realizadas en el Siglo XVIII que tratan temas de la vida de San Francisco.

Claustro mudéjar del Monasteio de la Rábida

El claustro del Monasterio de la Rábida es pequeño y sigue el modelo de San Isidoro y Guadalupe: estilo mudéjar. Se amplió en el siglo XVII con un cuerpo superior y se le incorporaron almenas como protección de invasiones.

Tiene en sus paredes frescos del siglo XV que han sido restauradas. El claustro estuvo punto de desaparecer en 1855 por la desamortización, y salvado el conjunto por el Gobernador Alonso. Es uno de los monumentos mas importantes y significativos en la historia de España y de América, fue declarado primer monumento histórico de los pueblos Hispanos y en 1856 fue declarado el tercer monumento nacional y patrimonio de la humanidad.

 

Me desvío del tema. Muy cerca del entorno, junto al Monasterio, está la Sede de la Universidad Internacional Iberoamericana de La Rábida, en la que, se imparten Cursos de verano y se acogen a grandes personalidades en los distintos campos del saber que dan conferencias muy apreciadas. Aquí, en el pasado no muy lejano, tuve la suerte de asistir a una de Lynn Margulis y pude hablar con ella que respondío a mis preguntas con amabilidad y sabiduría.

Ella centraba el curso en la enorme importancia que tenían los microbios para nosotros, no siempre bien valorados.  Los microbios pueden ser definidos como organismos que no podemos ver a simple vista y, la cultura popular dice que tan sólo sirven de agentes para canalizar enfermedades, pero esa apreciación conlleva un error muy serio.  Por ejemplo: el 10% del peso del cuerpo humano en seco está compuesto por microbios, sin los cuales no podemos vivir ni siquiera un día.  Ellos asumen tareas tan importantes como la de generar el oxígeno del aire que precisamos para respirar.  Además, tienen un papel fundamental en la evolución de la vida: todos los seres vivos considerados simples –animales, plantas, hongos, etc.- están hechos de microbios en combinación simbiótica con otros organismos.  Se trata de una historia que se aleja en el pasado hasta 3.500 millones de años en el curso de la vida sobre la superficie de nuestro planeta: La Tierra.

Los conceptos que maneja y esgrime la doctora en genética, están encuadrados en una visión totalmente contradictoria con la religión y otros muchos conceptos culturales.

Pregunté a la doctora Margulis si la mala imagen de los microbios nacía de un estudio deficiente de la microbiología, o si simplemente surgía a partir de tópicos sin fundamentos.  Su contestación fue:

“La asociación de esos pequeños organismos con aspectos negativos se explica por el origen de su estudio científico, que siempre estuvo relacionado con descubrimientos ligados a la investigación en torno a enfermedades.  Junto a esta idea, lo cierto es que pensamos en formas ideales que corresponden al esquema platónico de hace casi 30 siglos, cuando en realidad no existen tales ideas sino organismos que interaccionan con el medio ambiente en el que se encuentran. Esta colaboración recibe el nombre de ecología. De hecho, el concepto de independencia no tiene sentido en este campo: al margen de los microbios moriríamos inmediatamente”.

 

 

 

Nos creemos lo contrario pero, siempre seremos aprendices, no tenemos tiempo para más

 

Aquel día, como casi todos los días de mi vida, aprendí cosas nuevas y muy interesantes que me confirmaron que nuestras vidas, podrían ser cualquier cosa, menos simples. Es tal el nivel de complejidad implicado que, precisamente por eso, no somos capaces de explicarla al completo, solo vamos dominando parcelas limitadas que, algún día, al ser unidas, nos darán las respuesta.

En fin amigos, que como habreis podido deducir, aunque nuestras limitaciones nos impongan barreras, no debemos rendirnos ante ninguna de ellas y, si persistimos, finalmente encontraremos el camino de pasarlas para poder ir un poco más allá. Era Jhon Wheeler el que nos decía: “Vivímos en una isla rodeada por un mar de ignorancia. Mientras nuestra isla de conocimiento crece, también crece la costa de nuestra ignorancia.” Pero, cada nuevo conocimiento que adquirimos, hace la isla mayor, y, la ignorancia decrece en esa pequeña proporción”

Claro que, si los conocimientos que vamos adquiriendo son continuados… Finalmente, ¿podríamos secar ese mar de ignorancia?

Pero, ¿que tiene todo esto que ver con el título del trabajo? Bueno, lo único que puedo decir es que, nosotros… ¡También somos universo!

emilio silvera