Nuestro contertulio y amigo Kike, en uno de sus comentarios nos viene a comunicar la noticia que ha dado algún medio sobre un hecho insólito: “Un científico dice haber demostrado que dentro de los agujeros negros se forman grandes cantidades de estrellas”. La Incredulidad fue lo primero que sentí cuando leí tal cosa.

Si pensamos un poco en el interior de los agujeros negros, encontramos un lugar en el que, los físicos, han machacado sus sesos luchando con las ecuaciones de einstein de la  Relatividad General, para buscar el secreto mejor guardado del Universo, ya que, nada que haya entrado en uno de estos exóticos objetos ha podido nunca salir para contarnos lo que allí pueda existir. Unos creen que podríamos encontrar un camino hacia otro universo y, lo más probable es que encontremos una singularidad con gravedad de marea infinita. Es decir, el fin del espacio y del tiempo, el nacimiento de la espuma cuántica.

“Recientemente, a partir de la observación del comportamiento de los fotones procedentes de los rayos cósmicos, se han obtenido límites para la granularidad del espacio-tiempo, y se ha encontrado que en escalas en las que ya deberían observarse trazas de la espuma cuántica, éste se muestra completamente suave. A la espera de más resultados de este tipo, pues aún son preliminares, surgen preguntas apasionantes. ¿De confirmarse la suavidad del espacio-tiempo implicaría que la mecánica cuántica no se aplica a los campos gravitatorios? ¿Es la escala de Planck inadecuada para resolver la espuma cuántica, y por qué es así, pues la deducción se basa en principios fundamentales bien establecidos? ¿Qué falla entonces en nuestros modelos?

 

 

 

Traspasar el horizonte de sucesos y entrar en las fauces del agujero negro, es el camino de irás y no volverás. Nadie estuvo nunca allí dentro y volvió para contarnos lo que existe en el lugar.

No sabemos en realidad lo que puede existir dentro de un agujero Negro. ¿cómo poder saberlo? sabemos que ninguna señal puede salir nunca de un lugar como ese para poder darnos la respuesta. sea lo que fuese que pudiera existir allí dentro, nunca podrá, ningún intrépido viajero,  volver al exterior para contarnos tal maravilla, un lugar de infinita curvatura y densidad, allí donde el tiempo deja de existir, un lugar que lo que pueda contener nunca podrá influir en nuestro Universo, toda vez que allí estará confinado para siempre.

Está claro que la curiosidad que llevamos con nosotros, no puede quedar satisfecha con éstas sencilla explicaciones, necesita más argumentación para poder comprender, a ciencia cierta, lo que en el agujero negro se pueda esconder. sin embargo, John archibal wheeler nos enseñó la importancia de la búsqueda para comprender el “corazón” de un agujero Negro.  Él creía  que el estado final de la materia dentro del agujero Negro, lo que quedaba después de la Implosión de una estrella masiva, era el “Santo Grial” de la física teórica, un conocimiento tan valioso que nos podría llevar a la comprensión final de lo que la materia es.

Intenso campo magnético de agujero negro supermasivo

“Para conservar la “monogamia” cuántica, Polchinski sugirió que el enlazamiento agujero negro-fotón se rompe. Esto produce un muro de energía en el horizonte de sucesos del agujero negro que echa por tierra la relatividad debido a que cualquiera que caiga se quemaría en lugar de volverse espagueti. Bienvenido a la paradoja del muro de fuego (“firewall”) del agujero negro.

Abundan las posibles soluciones, pero ahora dos físicos, Juan Maldacena del Instituto de Estudio Avanzado en Princeton, y Leonard Susskind de la Universidad Stanford, California, han presentado una más audaz: una nueva clase de agujero de gusano en que el enlazamiento no necesita romperse. “

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 Hemos venido comentando sobre la vida en nuestro planeta, la evolución, nuestros orígenes y algunos dones que nos adornan como el del habla y, sin olvidar el crecimiento de nuestro cerebro que ha posibilitado que “naciera” la mente. Sin embargo, no nos hemos parado a pensar en algunos aspectos de la historia que nos llevarían a comprender cabalmente y que esa “historia de la vida” adquiera algún sentido, que la podamos comprender en todo su esplendor. Uno de esos aspectos, quizás el principal, sea la diversidad metabólica de los microorganismos procariotas, un aspecto clave para explorar la historia de “la vida primigenia”.

En la actualidad se acepta que los procariotas fueron los precursores de los organismos eucariotas. Sin embargo hay grandes diferencias entre esos dos grupos celulares. Una de esas diferencias reside en la organización génica y en los mecanismos de sintetizar el ARN mensajero. Un trabajo publicado esta semana en PLoS Biology afirma que los eucariotas podrían proceder de cianobacterias termófilas ya que su organización génica recuerda rudimentariamente a la de los eucariotas

Los organismos procariotas (bacterias y arqueas) y eucariotas (protistas, hongos, animales y plantas) comparten una bioquímica común, sin embargo difieren en un elevados número de procesos y de estructuras. A pesar de eso se considera a los procariotas como los precursores de la célula eucariota. A lo largo de los años se han ido recogiendo datos experimentales que avalan esta teoría y en este artículo se mostrarán los resultados presentados en una publicación que va en esa vía.

Conviene que nos familiaricemos ( y, asombremos) con las numerosas formas de metabolismos que utilizan los procariotas para vivir y que averigüemos donde encajan estos minúsculos organismos del árbol de la via antes de que podamos seguir escuchando las historias que paleontólogos nos puedan contar de sus andanzas a la búsqueda de fósiles que nos hablen de aquella vida en el pasado.

Al igual que los eucariotas, muchas bacterias respiran oxígeno. Pero otras bacterias utilizan para la respiración nitrato disuelto (NO₃^–) en lugar de Oxígeno, y aún otras usan iones sulfato (SO₄^2-) u óxidos metálicos de hierro o maganeso. Unos pocos procariotas pueden incluso utilizar CO₂, que hacen reaccionar con ácido acético en un proceso que genera gas natural, que el el metano (CH₄) -del que no hace mucho, la NASA a detectado un gran foco en Marte-. Los organismos procariotas han desarrollado además toda suerte de reacciones de fermentación.

Las bacterias también exhiben variaciones sobre el tema de la fotosíntesis. Las cianobacterias, un grupo debacterias fotosintéticas teñidas de color verde-azulado por la clorofila y otros pigmentos, captan la luz del Sol y fijan CO₂ de forma muy parecida a como lo hacen las algas y plantas terrestres eucariotas. Sin embargo, cuando en el medio hay sulfuro de hidrógeno (H₂S, bien conocido por su característico olor a “huevos podridos”), muchas cianobacterias utilizan este gas en lugar del agua para obtener los electrones que requiere la fotosíntesis. Como productos secundarios se forman entonces azufre y sulfato, no oxígeno.

Cianobacterias

Las cianobacterias representan el grupo de células más primitivo. Son organismos extremadamente simples que pueden vivir como sencillas células, como finos filamentos, al igual que los que se muestran aquí, o como colonias simples. Las cianobacterias son capaces de resistir una amplia variedad de condiciones ambientales, desde hábitats de agua dulce o marina, hasta terrenos nevados y glaciares. Asimismo pueden sobrevivir y prosperar con temperaturas muy altas. Las cianobacterias actualmente están clasificadas dentro del reino Monera, no se consideran algas porque estructuralmente se parecen mas a las bacterias, pero es necesario colocarlas aquí ya que vendrían a ser el primer eslabón evolutivo en el reino vegetal.

Las Cianobacterias constituyen sólo uno de los cinco grupos distintos de bacterias fotosintéticas. En los otros grupos, el aporte de electrones por H₂S, gas hidrógeno (H₂) o moléculas orgánicas es obligado,  y nunca se produce oxígeno. Estas bacterias fotosintéticas captan la luz con bacterioclorofila en lusgar de la clrofila, más familiar,. Algunas utilizan los mismos procesos bioquímicos que las cianobacterias y las plantas verdes para fijae dióxido de carbono, pero otras usan vías metabólocas muy distintas, y un tercer grupo se sirve de una fuente de carbono orgánico en lugar de CO₂.

Esta variedad de cianobacterias son componentes del plancton que realizan la fotosíntesis. Organismos unicelulares procariotas componentes del plancton de los ecosistemas acuáticos.

Las variaciones bacterianas sobre temas metabólicos de la respiración, la fermentación, la fotosíntesis son, pues, impresionantes, pero los organismos procarioticos han desarrollado todavía otro modo de crecer que es completamente desconocido en los eucariotas: la quimiosíntesis. Como los aorganismos fotosintéticos, los microbios quimiosintéticos toman el carbono del CO₂, pero obtienen la energía de reacciones químicas y no de la radiación solar, lo que consiguen combinando oxígeno o nitrato (o, de forma menos frecuente, el sulfato, el hierro oxidizado o el maganeso) se combina con gas hidrógeno, metano o formas reducidas de hierro, sulfuro o nitrógeno de tal modo que la célula capta la energía desprendida por la reacción. Los procariotas metanogénicos resultan de particular interés para la ecología y la evolución; estas distintas células extraen energía de una reacción entre hidrógeno y dióxido de carbono en la que libera metano (estará ahí la procedencia del foco detectado en Marte).

Bueno, no estaría nada mal que, la fuente de Metano detectada en el Planeta Marte se debiera a la presencia allí de importantes colonias de cianobacterias que extraen energía de una reacción entre hidrógeno y dióxido de carbono en la que libera metano que pudiera ser el foco allí detectado.

No somos conscientes de que:  “Las vías metabólicas de los Procariotas son las que sustentan los ciclos bioquímicos que hacen posible el mantener la Tierra en su condición de planeta habitable. Fijémonos, por ejemplo en el dióxido de carbono.

Los Volcanes aportan CO₂ a los océanos y a la atmósfera, pero la fotosíntesis lo sustrae a un ritmo aún más rápido. Tan rápido, de hecho,  que los organismos fotosintéticos podrían desproveer de CO₂ a la atmósfera actual en poco menos de una década. Naturalmente no ocurre así, y ello se debe sobre todo a que esencialmente la respiración realiza la reacción fotosintética en sentido inverso. Mientras que los organismos fotosintéticos hacen reaccionar CO₂ con agua para producir azícares y oxígeno, los seres vivos que respiran (entre los que nos incluímos todos nosotros) hacen reaccionar azúcar con oxígeno y en el proceso liberamos agua y dióxido de carbono. Conjuntamente, la fotosíntesis y la respiración reciclan el carbono en la biosfera y sostiene así la vida y su ambiente a lo largo del tiempo.

                             Ciclo del Carbón

El carbón es un elemento. Forma parte de los oceanos, aire, rocas, suelos y seres vivos. El carbón no permanece en un mismo lugar, ¡siempre está en movimiento!.

• El carbón va de la atmósfera a las plantas. 
  En la atmósfera, el carbón se combina con el oxígeno en un gas llamado bióxido de carbono (CO₂). Con ayuda del Sol, mediante el proceso conocido como fotosíntesis, el bióxido de carbono es extraído del aire y se convierte en alimento.
• El carbón va de las plantas a los animales.
  Mediante las cadenas alimenticias, el carbón de las plantas va hacia los animales que se alimentan de ellas. Los animales que se alimentan de otros animales también obtienen el carbón a través de sus alimentos.
• El carbón va de plantas y animales al suelo. .
  Cuando plantas y animales mueren, sus cuerpos, madera y hojas se descomponen en el suelo. Parte de la materia descompuesta queda enterrada y tras millones y millones de años, se convierte en combustible fósil.
• El carbón va de seres vivos a la atmósfera.
  Cada vez que exhalas, estás liberando bióxido de carbono (CO₂) hacia la atmósfera. Los animales y las plantas se deshacen del gas bióxido de carbono mediante el proceso conocido como respiración.
• El carbón de los combustibles fósiles va a la atmósfera cuando el combustible es quemado.
  Cuando los seres humanos queman combustibles fósiles para dar energía a sus fábricas, plantas eléctricas, automóviles y camiones, la mayoría del carbón penetra la atmósfera rapidamente en forma gas bióxido de carbono. Cada año, cinco mil quinientos millones de toneladas de carbón son liberadas en forma de combustibles fósiles quemados. ¡Esto equivale al peso de100 millones de elefantes africanos!. De la gran cantidad de carbón que liberan los combustibles, 3.3 mil millones de toneladas penetran la atmósfera, y la mayoría del resto queda disuelta en el agua de mar.
• El carbón se mueve de la atmósfera a los océanos. 
  Los océanos y otros cuerpos de agua absorben algo del carbón de la atmósfera. El carbón se disuelve en el agua. Los animales marinos usan al carbón para crear el material de sus esqueletos y caparazones.

ANALISIS COMPARATIVO Y EVOLUTIVO DE LA RESPIRACIÓN Y FOTOSISTESIS

Creación de oxígeno. Las cianobacterias son las antecesoras de los cloroplastos celulares de los vegetales. En la fotosíntesis, gracias a la energía aportada por la luz solar, se unen el dióxido de carbono y el agua para formar azúcares.  Como producto de desecho, se arroja oxígeno a la atmósfera.  En la respiración, por el contrario, se queman azúcares en las mitocondrias celulares, aportando la energía necesaria para las funciones vitales.  En esa combustión se consume oxígeno atmosférico y se arrojan, como productos de desecho, dióxido de carbono y agua.

No es difícil imaginar un ciclo del Carbono simple en el cual las cianobacterias fijen CO₂ en forma de materia orgánica y suministren oxígeno al medio mientras que las bacterias no fotosintéticas hacen lo contrario, al respirar oxígeno y generar el CO₂. Las plantas y las algas pueden realizar la misma función que las cianobacterias, y los protozoos, los hongos y los animales pueden sustituir a las bacterias respiradoras (en ese sentido los procariotas y los eucariotas son funcionalmente equivalentes). Pero dejemos que algunas células caigan hasta el fondo del océano y queden enterradas en sedimentos desprovistos de oxígeno. Aquí las limitaciones del metabolismo eucariota resultan evidentes, pues se necesitan reacciones que no consuman oxígeno (reacciones anaeróbicas) para poder completar el ciclo del carbono.

                                       Célula Eucariota

                                                           Arriba sus características más generales.

Son células más modernas, procedentes de procesos de simbiosis entre procariotas, con núcleo separado.Son más grandes, de entre 20 y 40 micras de media. Presentan, en su citoplasma, gran cantidad y variedad de orgánulos. Al agruparse forman tejidos. La célula eucariota presenta tres partes bien diferenciadas: Una Membrana celular que separa el medio externo del medio interno. Un Núcleo diferenciado separado por una doble membrana del Citoplasma, donde se encuentran los orgánulos celulares.

Está claro que hablar de todo esto, nos ecige mucho más tiempo y espacio, toda vez que, el “universo” de las cianobacterias y demás congéneres que, con nosotros ocupan el planeta Tierra, tiene tanta importancia en el devenir de la vida que, un pequeño resumen de algunas de sus características simplemente nos aclaran algún que otro extremo aislado pero que, al menos, trata de que seámos conscientes de que, sin ellas, nosotros difícilmente podríamos estar aquí, ya que, entre cosas cosas, son las responsables directas de que el planeta tenga el sistema ecológico necesario para sustentar la vida.

emilio silvera

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Representación de un agujero negro que engulle materia (naranja) y libera energía (azul) – NASA/JPL-Caltech

      Dicen haber descubierto un agujero negro capaz de hacer girar el espacio-tiempo.

 En el sistema binario 4U 1630-47 hay un agujero negro que gira casi a la máxima velocidad permitida por la Relatividad Especial y que retuerce todo lo que hay a su alrededor.

Un equipo internacional de investigadores, liderados por la Indian Space Research Organization (Isro) y la NASA, acaban de descubrir en el sistema binario 4U 1630-47 un agujero negro que gira casi al máximo de la velocidad permitida por la teoría de la Relatividad General de Einstein. De hecho, su rotación es tan rápida que el objeto estaría obligando a que el propio espacio circundante rote junto a él.

Según los científicos, que utilizaron el satélite indio AstroSat y el Observatorio de rayos X Chandra, de la NASA, y cuyo trabajo se publicará próximamente en Astrophysical Journal, estudiar a los agujeros negros con altas velocidades de giro resulta de la máxima importancia para poner a prueba nuestras teorías sobre el Universo, entre ellas la propia Relatividad.

Todo comenzó en 2016, cuando el AstroSat descubrió un agujero negro en el sistema binario (dos objetos estelares orbitándose mutuamente) 4U 1630-47. Desde el primer momento, una serie de violentos estallidos en el rango de los rayos X llamaron poderosamente la atención de los investigadores. Poco después, el Observatorio Chandra confirmó los resultados y quedó claro que ese agujero negro en concreto no era como los demás.

Devoradores de materia

La emisión de rayos X de un agujero negro se produce a medida que la materia circundante (en su mayor parte gas y polvo) se precipita y es «devorada» por él. Esas emisiones permitieron que los investigadores se dieran cuenta de que el agujero negro en cuestión, cuya masa es diez veces la de nuestro Sol, estaba girando sobre sí mismo a una velocidad de vértigo. La tasa de rotación de un agujero negro puede oscilar entre dos valores, 0 y 1. Y el agujero negro de 4U 1630-47 mostraba una tasa de giro de 0,9, lo que equivale casi a la velocidad de la luz.

Un dato que dejó a los investigadores con la boca abierta, ya que la teoría de Einstein implica que si un agujero negro es capaz de girar tan rápido, entonces será capaz de hacer que el espacio mismo gire junto a él.

Hasta el momento, de los veinte agujeros que se conocen en nuestra galaxia, solo ha sido posible medir la tasa de rotación de otros cuatro. Y el del sistema 4U 1630-47 es, sin duda, el más rápido de todos. Los científicos creen que, si lo que sabemos de los agujeros negros es correcto, la combinación de factores como la velocidad de rotación, la materia que entra en ellos y las altas temperaturas reinantes podrían ser la clave para entender cómo se forman las galaxias.

¿Cómo se sabe lo rápido que giran?

La masa y la velocidad de rotación son las dos propiedades principales que caracterizan a un agujero negro. Pero mientras que la masa se puede calcular con facilidad, gracias a la gravedad que genera,averiguar la tasa de rotación es algo mucho más complicado.

En palabras de Mayukt Pahari, autor principal del estudio, «las mediciones de la velocidad de rotación son muy difíciles de realizar, y solo es posible llevarlas a cabo por medio de observaciones de rayos X de muy alta calidad de un sistema estelar binario, en el que el agujero negro está absorbiendo materia de su estrella compañera».

Si los cálculos son correctos, el agujero negro del sistema binario 4U 1630-47 podría ser la llave para averiguar cómo afectan al propio espacio estos extraordinarios objetos. Y desvelar, de paso, el desconocido proceso que llevó a la formación de las galaxias.

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El péndulo de Foucoult oscilando en el hemisferio Sur

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

Hasta el momento sólo sabemos de la vida en la Tierra

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

Los movimientos de cometas y asteroides, a pesar de tener la defensa de Júpiter, son una seria y cierta amenaza para el desarrollo y persistencia de vida inteligente en las primeras etapas.  Los impactos no han sido infrecuentes en el pasado lejano de la Tierra habiendo tenido efectos catastróficos.  Somos afortunados al tener la protección de la luna y de la enorme masa de Júpiter que atrae hacia sí los cuerpos que llegan desde el exterior desviándolos de su probable trayectoria hacia nuestro planeta.

La caída en el Planeta de uno de estos enormes pedruscos podría producir extinciones globales y retrasar en millones de años la evolución.

 

Cuando comento éste tema no puedo evitar el recuerdo del meteorito caído en la Tierra que impactó en la península de Yucatán hace 65 millones de años, al final de la Era Mesozoica, cuando según todos los indicios, los dinosaurios se extinguieron.  Sin embargo, a aquel suceso catastrófico para los grandes lagartos, en realidad supuso que la Tierra fue rescatada de un callejón sin salida evolutivo.  Parece que los dinosaurios evolucionaron por una vía que desarrollaba el tamaño físico antes que el tamaño cerebral.

La desaparición de los dinosaurios junto con otras formas de vida sobre la Tierra en aquella época, hizo un hueco para la aparición de los mamíferos.  Se desarrollo la diversidad una vez desaparecidos los grandes depredadores.  Así que, al menos en este caso concreto, el impacto nos hizo un gran favor, ya que, hizo posible que 65 millones de años más tarde pudiéramos llegar nosotros.  Los dinosaurios dominaron el planeta durante 150 millones de años; nosotros, en comparación, llevamos tres días y, desde luego, ¡la que hemos formado!

En nuestro sistema solar la vida se desarrolló por primera vez sorprendentemente pronto tras la formación de un entorno terrestre hospitalario.  Hay algo inusual en esto. El secreto reside en el tiempo biológico necesario para desarrollar la vida y el tiempo necesario para desarrollar estrellas de segunda generación y siguientes que en novas y supernovas cristalicen los materiales complejos necesarios para la vida, tales como el hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, carbono, etc.

Parece que la similitud en los “tiempos” no es una simple coincidencia.  El argumento, en su forma más simple, lo introdujo Brandon Carter y lo desarrolló John D. Barrow por un lado y por Frank Tipler por otro.  Al menos, en el primer sistema Solar habitado observado ¡el nuestro!, parece que sí hay alguna relación entre t(bio) y t(estrella) que son aproximadamente iguales el t(bio) –tiempo biológico para la aparición de la vida- algo más extenso.

La evolución de una atmósfera planetaria que sustente la vida requiere una fase inicial durante la cual el oxígeno es liberado por la fotodisociación de vapor de agua.  En la Tierra esto necesitó 2.400 millones de años y llevó el oxígeno atmosférico a aproximadamente una milésima de su valor actual.  Cabría esperar que la longitud de esta fase fuera inversamente proporcional a la intensidad de la  radiación en el intervalo de longitudes de onda del orden de 1000-2000 ángstroms, donde están los niveles moleculares clave para la absorción de agua.

Este simple modelo indica la ruta que vincula las escalas del tiempo bioquímico de evolución de la vida y la del tiempo astrofísico que determina el tiempo requerido para crear un ambiente sustentado por una estrella estable que consume hidrógeno en la secuencia principal y envía luz y calor a los planetas del Sistema Solar que ella misma forma como objeto principal.

A muchos les cuesta trabajo admitir la presencia de vida en el Universo como algo natural y corriente, ellos abogan por la inevitabilidad de un Universo grande y frío en el que, es difícil la aparición de la vida, y, en el supuesto de que ésta aparezca, será muy parecida a la nuestra.

 

Creo que la clave está en  los compuestos del carbono, toda la vida terrestre actualmente conocida exige también el Agua como disolvente. Y como para el carbono, se supone a veces que el agua es el único producto químico conveniente para cumplir este papel. El amoníaco (el nitruro de hidrógeno) es la alternativa ciertamente al agua, la más generalmente posible propuesta como disolvente bioquímico. Numerosas reacciones químicas son posibles en disolución en el amoníaco, y el amoníaco líquido tiene algunas semejanzas químicas con el agua. El amoníaco puede disolver la mayoría de las moléculas orgánicas al menos así como el agua, y por otro lado es capaz de disolver muchos metales elementales. A partir de este conjunto de propiedades químicas, se teorizó que las formas de vida basada en el amoníaco podrían ser posibles. También se dijo del Silicio. Sin embargo, ninguno de esos elementos son tan propicios para la vida como el Carbono y tienen, como ya sabemos, parámetros negativos que no permiten la vida tal como la conocemos.

Hasta rel momento, todas las formas de vida descubiertas en la Tierra, están basadas en el Carbono.

Los biólogos, sin embargo, parecen admitir sin problemas la posibilidad de otras formas de vida, pero no están tan seguros de que sea probable que se desarrollen espontáneamente, sin un empujón de formas de vida basadas en el carbono.  La mayoría de los estimaciones de la probabilidad de que haya inteligencias extraterrestres en el Universo se centran en formas de vida similares a nosotras que habiten en planetas parecidos a la Tierra y necesiten agua y oxígeno o similar con una atmósfera gaseosa y las demás condiciones de la distancia entre el planeta y su estrella, la radiación recibida, etc.  En este punto, parece lógico recordar que antes de 1957 se descubrió la coincidencia entre los valores de las constantes de la Naturaleza que tienen importantes consecuencias para la posible existencia de carbono y oxígeno, y con ello para la vida en el Universo.

Hay una coincidencia o curiosidad adicional que existe entre el tiempo de evolución biológico y la astronomía.  Puesto que no es sorprendente que las edades de las estrellas típicas sean similares a la edad actual del Universo, hay también una aparente coincidencia entre la edad del Universo y el tiempo que ha necesitado para desarrollar formas de vida como nosotros.

Si miramos retrospectivamente cuánto tiempo han estado en escena nuestros ancestros inteligentes (Homo sapiens) vemos que han sido sólo unos doscientos mil años, mucho menos que la edad del Universo, trece mil millones de años, o sea, menos de dos centésimos de la Historia del Universo.  Pero si nuestros descendientes se prolongan en el futuro indefinidamente, la situación dará la vuelta y cuando se precise el tiempo que llevamos en el Universo, se hablará de miles de millones de años.

Todas las células están formadas por elementos químicos que al combinarse forman una amplia variedad de moléculas que a su vez forman agregados moleculares y éstos los diversos organelos celulares. Los elementos constitutivos de las biomoléculas más importantes son:

Son muchas pero, debemos prestar atención, en relación a las que afectan a la vida…

• C: Carbono
• H: Hidrógeno
• O: Oxígeno
• N: Nitrógeno

También son importantes los siguientes:

• P: Fósforo
• Fe: Hierro
• S: Azufre
• Ca: Calcio
• I: Yodo
• Na: Sodio
• K: Potasio
• Cl: Cloro
• Mg: Magnesio
• F: Flúor
• Cu: Cobre
• Zn: Zinc

Las biomoléculas pertenecen a cuatro grupos principales denominados:

1. Glúcidos o Hidratos de Carbono
2. Lípidos
3. Proteínas
4. Ácidos Nucleicos

El el gráfico de arriba  están resumidas sus funciones.

A veces, nuestra imaginación dibuja mundos de ilusión y fantasía pero,  en realidad… ¿serán sólo sueños?, o, por el contrario, pudieran estar en alguna parte del Universo todas esas cosas que imaginamos aquí y que pudieran estar presentes en otros mundos lejanos que, como el nuestro…posibilito la llegada de la vida.

Sí, imaginamos demasiado pero… ¿Qué hay más poderoso que la imaginación? De ahí puede salir cualquier cosa, es el ingrediente creativo que llevamos dentro (unos más que otros) y que nos permite llegar a lugares imaginarios que, a veces, podemos hacer realidad.

Brandon Carter y Richard Gott han argumentado que esto parece hacernos bastante especiales comparados con observadores en el futuro muy lejano.

¿Cuántos secretos están en esos números escondidos? La mecánica cuántica (h), la relatividad (c), el electromagnetismo (e^–). Todo eso está ahí escondido. El número 137 es un número puro y adimensional, nos habla de la constante de estructura fina alfa (α), y, el día que sepamos desentrañar todos sus mensajes… ¡Ese día sabremos!

                                         Extraños mundos que pudieran ser

Podríamos imaginar fácilmente números diferentes para las constantes de la Naturaleza de forma tal que los mundos también serían distintos al planeta Tierra y, la vida no sería posible en ellos.  Aumentemos la constante de estructura fina más grande y no podrá haber átomos, hagamos la intensidad de la gravedad mayor y las estrellas agotarán su combustible muy rápidamente, reduzcamos la intensidad de las fuerzas nucleares y no podrá haber bioquímica, y así sucesivamente.

Hay cambios infinitesimales que seguramente podrían ser soportados sin notar cambios perceptibles, como por ejemplo en la vigésima cifra decimal de la constante de estructura fina.  Si el cambio se produjera en la segunda cifra decimal, los cambios serían muy importantes.  Las propiedades de los átomos se alteran y procesos complicados como el plegamiento de las proteínas o la replicación del ADN pueden verse afectados de manera adversa. Sin embargo, para la complejidad química pueden abrirse nuevas posibilidades.  Es difícil evaluar las consecuencias de estos cambios, pero está claro que, si los cambios consiguen cierta importancia, los núcleos dejarían de existir, n se formarían células y la vida se ausentaría del planeta, siendo imposible alguna forma de vida.

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

 

 

 

                                            Las constantes de la naturaleza ¡son intocables!

Ahora sabemos que el Universo tiene que tener miles de millones de años para que haya transcurrido el tiempo necesario par que los ladrillos de la vida sean fabricados en las estrellas y, la gravitación nos dice que la edad del Universo esta directamente ligada con otros propiedades como la densidad, temperatura, y el brillo del cielo.

Ahora, cuando miramos el Universo, comprendemos, en parte, lo que ahí está presente.

Puesto que el Universo debe expandirse durante miles de millones de años, debe llegar a 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 frío y disperso.

Como hemos visto, la densidad del Universo es hoy de poco más que 1 átomo por M³ de espacio.  Traducida en una medida de las distancias medias entre estrellas o galaxias, esta densidad tan baja muestra por qué no es sorprendente que otros sistemas estelares estén tan alejados y sea difícil el contacto con extraterrestres.  Si existe en el Universo otras formas de vía avanzada, entonces, como nosotros, habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundos hasta alcanzar una fase tecnológica avanzada, entonces, como nosotros, habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundos hasta alcanzar una fase tecnológica avanzada.

La expansión del Universo es precisamente la que ha hecho posible que el alejamiento entre estrellas con sus enormes fuentes de radiación, no incidieran en las células orgánicas que más tarde evolucionarían hasta llegar a nosotras, diez mil millones de años de alejamiento continuado y el enfriamiento que acompaña a dicha expansión, permitieron que, con la temperatura ideal y una radiación baja los seres vivos continuaran su andadura en este planeta minúsculo, situado en la periferia de la galaxia que comparado al conjunto de esta, es solo una cuota de polvo donde unos insignificantes seres laboriosos, curiosos y osados, son conscientes de estar allí y están pretendiendo determinar las leyes, no ya de su mundo o de su galaxia, sino que su osadía ilimitada les lleva a pretender conocer el destino de todo el Universo.

            La consciencia de Ser que divaga errante por todo el Universo que pretende conocer

Cuando a solas pienso en todo esto, la verdad es que no me siento nada insignificante y nada humilde ante la inmensidad de los cielos.  Las estrellas pueden ser enormes y juntas, formar inmensas galaxias… pero no pueden pensar ni amar; no tienen curiosidad ni en ellas está el poder de ahondar en el porqué de las cosas, nosotros si podemos hacer todo eso y más.

La estructura de los átomos y las moléculas está controlada casi por completo por dos números: la razón entre las masas del electrón y el protón b, que es aproximadamente igual a 1/1.836, y la constante de estructura fina a, que es aproximadamente 1/137.  Supongamos que permitimos que estas dos constantes cambien su valor de forma independiente y supongamos también (para hacerlo sencillo) que ninguna otra constante de la Naturaleza cambie. ¿Qué le sucede al mundo si las leyes de la naturaleza siguen siendo las mismas?

Si deducimos las consecuencias pronto encontramos que no hay muchos espacios para maniobrar.  Incrementemos b demasiado y no puede haber estructuras moleculares ordenadas porque es el pequeño valor de Beta (a_F) el que asegura que los electrones ocupen posiciones bien definidas alrededor de un núcleo atómico y las cargas negativas de los electrones igualan las cargas positivas de los protoneshaciendo estable el núcleo y el átomo.

Si en lugar de a versión b, jugamos a cambiar la intensidad de la fuerza nuclear fuerte a_F, junto con la de a, entonces, a menos que  a_F > 0,3 a^½, los elementos como el carbono no existirían.

No podrían existir químicos orgánicos, no podrían mantenerse unidos.Si aumentamos a_F en solo un 4 por 100, aparece un desastre potencial porque ahora puede existir un nuevo núcleo de helio, el helio-2, hecho de 2 protones y ningún neutrón, que permite reacciones nucleares directas y más rápidas que de protón + protón →  helio-2.

Las estrellas agotarían rápidamente su combustible y se hundirían en estados degenerados o en agujeros negros.  Por el contrario, si a_F decreciera en un 10 por 100, el núcleo de deuterio dejaría de estar ligado y se bloquearía el camino a los caminos astrofísicos nucleares hacia los elementos bioquímicos necesarios para la vida

Hasta donde sabemos, en nuestro sistema solar la vida se desarrolló por primera vez sorprendentemente pronto tras la formación de un entorno terrestre hospitalario. El secreto reside en el tiempo biológico necesario para desarrollar la vida y el tiempo necesario para desarrollar estrellas de segunda generación y siguientes que en novas y supernovas que llegaran a poder cristalizar los materiales complejos necesarios para la vida, tales como el hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, carbono… Si miramos por ahí, encontraremos múltiples noticias como estas:

Telescopio Spitzer de la NASA ha detectado los pilares de la vida en el universo distante, aunque en un entorno violento. Ha posado su poderoso ojo infrarrojo en un débil objeto situado a una distancia de 3.200 millones de años luz (recuadro), Spitzer ha observado la presencia de agua y moléculas orgánicas en la galaxia IRAS F00183-7111.

Como podemos ver, amigos míos, la vida, como tantas veces vengo diciendo aquí, pulula por todo el Universo en la inmensa familia galáctica compuesta por más de ciento veinticinco mil millones y, de ese número descomunal, nos podríamos preguntar: ¿Cuántos mundos situados en las zonas habitables de sus estrellas habrá y, de entre todos esos innumerables mundos, cuántos albergaran la vida?

A muchos les cuesta trabajo admitir la presencia de vida en el universo como algo natural, ellos abogan por la inevitabilidad de un universo grande y frío en el que es difícil la aparición de la vida. Yo (como muchos otros), estoy convencido de que la vida es, de lo más nartural en el universo y estará presente en miles de millone de planetas que, como la Tierra, tienen las condiciones para ello. Una cosa no se aparta de mi mente, muchas de esas formas de vida, serán como las nuestras aquí en la Tierra y estarán también, basadas en el Carbono. Sin embargo, no niego que puedan existir otras formas de vida diferentes a las terrestres.

emilio silvera

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      Los tres tuvieron su aportación al conocimiento de los infinitesimales objetos

Una vez que se ha puesto orden entre las numerosas especies de partículas, se puede reconocer una pauta. Igual que Dimitri Ivanovich Mendeleev descubrió el sistema periódico de los elementos químicos en 1869, así también se hizo visible un sistema similar para las partículas. Esta pauta la encontraron independientemente el americano Murray Gell-Mann y el israelí Yuval Ne’eman. Ocho especies de mesones, todos con el mismo espín, u ocho especies de bariones, con el mismo espín, se podían reagrupar perfectamente en grupos que llamaremos multipletes. El esquema matemático correspondiente se llama SU(3). Grupletes de ocho elementos forman un octete “fundamental”. Por esta razón Gell-Mann llamó a esta teoría el “óctuplo camino”. Lo tomó prestado del budismo de acuerdo con el cual el camino hacia el nirvana es el camino óctuplo.

            Yuval Ne’eman                            Murray Gell-Mann

Pero las matemáticas SU(3) también admiten multipletes de diez miembros. Cuando se propuso este esquema se conocían nueve bariones con espín 3/2. Los esquemas SU(3) se obtienen al representar dos propiedades fundamentales de las partículas, la extrañeza S frente al isoespín I₃ , en una gráfica.

Imagen de trazas en la cámara de burbujas del primer evento observado incluyendo bariones Ω, en el Laboratorio Nacional Brookhaven.

La vida media del barión omega encantado (cuyos quarks de valencia son ssc) es de 69 ± 12 fs (femtosegundos) según el Particle Data Group 2018.

De esta manera, Gell-Mann predijo un décimo barión, el omega-menos (Ω¯), y pudo estimar con bastante precisión su masa porque las masas de los otros nueve bariones variaban de una forma sistemática en el gráfico (también consiguió entender que las variaciones de la masa eran una consecuencia de una interacción simple). Sin embargo, estaba claro que la Ω¯, con una extrañeza S = -3, no tenía ninguna partícula en la que desintegrarse que no estuviera prohibida por las leyes de conservación de la interacción fuerte. De modo que, la Ω¯ sólo podía ser de tan sólo 10¯²³ segundos como los demás miembros del multiplete, sino que tenía que ser del orden de 10¯¹⁰ segundos. Consecuentemente, esta partícula debería viajar varios centímetros antes de desintegrarse y esto la haría fácilmente detectable. La Ω¯ fue encontrada en 1964 con exactamente las mismas propiedades que había predicho Gell-Mann.

Se identificaron estructuras multipletes para la mayoría de los demás bariones y mesones y Gell-Mann también consiguió explicarlas. Sugirió que los mesones, igual que los bariones, debían estar formados por elementos constitutivos “más fundamentales aún”. Gell-Mann trabajaba en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena (CalTech), donde conversaba a menudo con Richard Feynman. Eran ambos físicos famosos pero con personalidades muy diferentes. Gell-Mann, por ejemplo, es conocido como un entusiasta observador de Pájaros, familiarizado con las artes y la literatura y orgulloso de su conocimiento de lenguas extranjeras. Feynman fue un hombre hecho a sí mismo, un analista riguroso que se reía de cualquier cosa que le recordara la autoridad establecida. Hay una anécdota que parece no ser cierta de hecho, pero que me parece tan buena que no puedo evitar el contarla; podía haber sucedido de esta forma. Gell-Mann le dijo a Feynman que tenía un problema, que estaba sugiriendo un nuevo tipo de ladrillos constitutivos de la materia y que no sabía qué nombre darles. Indudablemente debía haber de haber pensado en utilizar terminología latina o griega, como ha sido costumbre siempre en la nomenclatura científica. “Absurdo”, le dijo Feynman; “tú estás hablando de cosas en las que nunca se había pensado antes. Todas esas preciosas pero anticuadas palabras están fuera de lugar. ¿Por qué no los llamas simplemente “shrumpfs”, “quacks” o algo así?”.

Cuando algún tiempo después le pregunté a Gell-Mann, éste negó que tal conversación hubiera tenido lugar. Pero la palabra elegida fue quark, y la explicación de Gell-Mann fue que la palabra venía de una frase de Fynnegan’s Wake de James Joyce; “¡Tres quarks para Muster Mark!”. Y, efectivamente así es. A esas partículas les gusta estar las tres juntas. Todos los bariones están formados por tres quarks, mientras que los mesones están formados por un quark y un antiquark.

Los propios quarks forman un grupo SU(3) aún más sencillo. Los llamaremos “arriba (u)”, “abajo” (d), y “extraño” (s). Las partículas “ordinarias” contienen solamente quarks u y d. Los hadrones “extraños” contienen uno o más quarks s (o antiquarks ŝ).

La composición de quarks de espín 3/2 se puede ver en la tabla 5. La razón por la que los bariones de espín ½ sólo forman un octete es más difícil de explicar. Está relacionada con el hecho de que en estos estados, al menos dos de los quarks tienen que ser diferentes unos de otros.

Realmente, la idea de que los hadrones estuvieran formados por ladrillos fundamentales sencillos había sido también sugerida por otros. George Zweig, también en el CalTech, en Pasadena, había tenido la misma idea. Él había llamado a los bloques constitutivos “ases!, pero es la palabra “quark” la que ha prevalecido. La razón por la que algunos nombres científicos tienen más éxito que otros es a veces difícil de comprender.

Pero en esta teoría había algunos aspectos raros. Aparentemente, los quarks (o ases) siempre existen en parejas o tríos y nunca se han visto solos. Los experimentadores habían intentado numerosas veces detectar un quark aislado en aparatos especialmente diseñados para ello, pero ninguno había tenido éxito.

Loa quarks –si se pudieran aislar- tendrían propiedades incluso más extrañas. Por ejemplo, ¿cuáles serían sus cargas eléctricas? Es razonable suponer que tanto los quarks u como los quarks s y d deban tener siempre la misma carga. La comparación de la tabla 5 con la tabla 2 sugiere claramente que los quarks d y s tienen carga eléctrica -1/3 y el quark u tiene carga +2/3. Pero nunca se han observado partículas que no tengan carga múltiplo de la del electrón o de la del protón. Si tales partículas existieran, sería posible detectarlas experimentalmente. Que esto haya sido imposible debe significar que las fuerzas que las mantienen unidas dentro del hadrón son necesariamente increíblemente eficientes.

Aunque con la llegada de los quarks se ha clarificado algo más la flora y la fauna de las partículas subatómicas, todavía forman un conjunto muy raro, aún cuando solamente unas pocas aparezcan en grandes cantidades en el universo (protones, neutrones, electrones y fotones). Como dijo una vez Sybren S. de Groot cuando estudiaba neutrinos, uno realmente se enamora de ellos. Mis estudiantes y yo amábamos esas partículas cuyo comportamiento era un gran misterio. Los leptones, por ser casi puntuales, son los más sencillos, y por tener espín se ven afectados por la interacción que actúa sobre ellos de forma muy complicada, pero la interacción débil estaba bastante bien documentada por entonces.

Los hadrones son mucho más misteriosos. Los procesos de choque entre ellos eran demasiado complicados para una teoría respetable. Si uno se los imagina como pequeñas esferas hachas de alguna clase de material, aún quedaba el problema de entender los quarks y encontrar la razón por la que se siguen resistiendo a los intentos de los experimentadores para aislarlos.

Si queréis saber más sobre el tema, os recomiendo leer el libro Partículas de Gerard ´t Hooft

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