El mundo que nos rodea es como es, debido a las 4 fuerzas que lo rigen y a las constantes universales

Observamos la Naturaleza y no siempre la podemos comprender. Existen varias coincidencias aparentemente inusuales entre constantes de la Naturaleza no relacionadas en un nivel superficial que parecen ser cruciales para nuestra propia existencia o la de cualquier otra forma de vida concebible. Los inusuales niveles resonantes del Carbono y el Oxígeno que Hoyle nos señaló son buenos ejemplos. Hay muchos otros. Cambios pequeñas en las intensidades de las diferentes fuerzas de la Naturaleza y en las masas de las diferentes partículas destruyen muchos de los equilibrios delicados que hacen posible la vida.

Los distintos valores de las constantes de la Naturaleza están “escogidos” de forma  bastante fortuita cuando se trata de permitir que la vida evolucione y persista. Echemos una mirada a otros ejemplos: La estructura de los átomos y las moléculas están controlada casi por completo por dos números de los que ya hemos hablado aquí alguna vez: la razón entre las masas del electrón y el protón, β, que es aproximadamente igual a 1/1.836, y la constante de estructura fina α, que es aproximadamente igual a 1/137. Supongamos que permitimos que estas dos constantes cambian su valor de forma independiente y supongamos también (para hacerlo más sencillo) que ninguna otra constante de la Naturaleza cambie. ¿Qué sucede al mundo si las leyes de la Naturaleza siguen siendo las mismas?

Si deducimos las consecuencias pronto encontramos que no existe mucho espacio para maniobrar. Incrementemos β demasiado y no puede haber estructuras moleculares es el pequeño valor de β el que asegura que los electrones ocupen posiciones bien definidas alrededor del núcleo atómico como en la imagen de arriba podéis contemplar y, desde luego, dichas posiciones no son porque sí, todas ellas están bien ubicadas para que todo transcurra como debe transcurrir sin que surjan anomalías que podrían impedir esa estabilidad que vemos en el átomo que forma moléculas. Si esto no fuera así, fallarían también procesos muy bien ajustados como, por ejemplo, la replicación del ADN.

El  β         también desempeña un papel en los procesos de generación de energía que alimentan las estrellas. Aquí se une con α para hacer los centros de las estrellas suficientemente caliente como para iniciar reacciones nucleares. Si β fuera mayor que aproximadamente 0,005 α² entonces no habría estrellas. Si las modernas teorías gauge (cualquiera de las teorías cuánticas de campo creadas para explicar las interacciones fundamentales) de gran unificación están en la vía correcta, entonces α debe estar en el estrecho intervalo entre aproximadamente 1/180 y 1/85; de lo contrario los protones se desintegrarían mucho antes de que las estrellas pudieran formarse.

            Pero… las estrellas se formaron a partir de conglomerados de gas y polvo ayudados por la fuerza de la gravedad  oara constituirse en proto-estrellas y, más tarde, comenzar a brillar

He recordado en este punto que tengo algún escrito por ahí con un gráfico que nos explica esto que tratamos. Su línea describe mundos en donde las estrellas  tienen regiones extremas convectivas que parecen ser necesarias para formar algunos sistemas de planetas.

Si en lugar de α versus β, jugamos a cambiar la intensidad de la fuerza nuclear fuerte α_F, junto con la de α, entonces a menos que α_F > 0,3 α^1/2, los elementos biológicamente vitales como el Carbono no existirían y no habría químicos orgánicos. No podrían mantenerse unidos. Sim aumentamos α_F en sólo un 4 por 100, aparece un desastre potencial porque ahora puede existir un nuevo núcleo, el  helio-2, hecho de dos protones y ningún neutrón, que permite reacciones nucleares directas y muy rápidas 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 α_F decreciera en aproximadamente un 10 por 100, el núcleo de Deuterio dejaría de estar ligado y se bloquearían los caminos astro-físicos nucleares hacia los elementos bioquímicos. Una vez más encontramos una región bastante pequeña en el espacio de parámetros en los que puedan existir los ladrillos básicos de la complejidad química.

Cuantas más variaciones simultáneas de otras constantes se incluyan en estas consideraciones, más restringida es la región donde la vida, tal como la conocemos. Puede existir. Es muy probable que si pueden hacerse variaciones, no todas sean independientes. Más bien, hacer un pequeño cambio en una constante podría alterar también una o más de las otras. esto tendería a hacer que las restricciones sobre la mayoría de las variaciones sean aún más rígidamente limitadas.

Llegar hasta este punto, no ha sido nada fácil y, ha sido posible gracias a que unas constantes del universo han proporcionado las condiciones bioquímicas  necesarias para ello. Si las constantes fueran ligeramente diferentes, como decimos arriba, no estaríamos aquí.

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 está directamente ligada con otras propiedades como la densidad, temperatura, y el brillo del cielo.

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  con extraterrestres. Si existen 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.

Es el espacio el que se expande y arrastra a las galaxias que se alejan las unas de las otras

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 nosotros. 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 sólo una mota 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.

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 sí podemos… hacer todo eso. y mucho más.

El Universo se expande pero, nuestras consciencias también, somos una parte integrante del todo, y como todo lo demás, evolucionamos al ritmo que el Universo nos impone, de tal manera que cada vez comprendemos con menor dificultad los mecanismos que llevan a todas las cosas a cambiar, a convertirse en otras diferentes de lo que originalmente eran, y, con el paso inexorable del Tiempo, nuestras mentes quedarán unidas, de manera inexorable, a ese todo. Entonces, y sólo entonces, podríamos decir que: ¡Tenemos el mundo en las manos!

Está claro que, con alguna dificultad y no con la premura que pudiéramos desear, vamos desvelando secretos de la Naturaleza que nos llevan a comprender la inmensidad en la que estamos inmersos y de la que formamos parte. Sabemos de qué no sabemos, y, precisamente ese conocimiento de nuestras carencias, harán posible que avancemos para vencerlas y hacer posible nuestros sueños de un mundo mejor y de un futuro en el que, la muerte del Sol, no sea un impedimento para nuestra especie que, para entonces, estará viajando entre las estrellas y habitará en otros mundos que, como la Tierra, nos ofrezca una Naturaleza de inmensa belleza que, ahora sí, sabremos respetar.

emilio silvera

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El campo magnético de la Tierra es generado por el núcleo (en naranja). Protege la atmósfera frente al viento solar y la superficie de los rayos cósmicos. En periodos geológicos se debilita y los polos se invierten – ESA/ATG medialab.

La inversión de los Polos se acerca: ¿Por qué debe preocuparnos?

Científicos avisan de que este fenómeno está comenzando con un debilitamiento del campo magnético que en este siglo podría afectar a los satélites. En el futuro, podría llevar a que la radiación del espacio golpeara la superficie del planeta

El campo magnético de la Tierra, un escudo natural que frena el viento solar y los rayos cósmicos, se origina gracias al movimiento del núcleo de hierro líquido que hay en el interior del planeta. Sin él, la superficie sería azotada por la radiación del espacio y la atmósfera, en especial la capa de ozono, quedaría arrasada por el Sol. Sin embargo, este escudo nunca está quieto. El campo magnético se va fortaleciendo o debilitando en cada época geológica, los polos norte y sur cambian de sitio y puede ocurrir que lleguen a invertirse. De hecho, en los últimos 20 millones de años el campo magnético de la Tierra se ha invertido en 100 ocasiones. En cada uno de estos momentos, la magnetosfera necesitó un milenio para reajustarse.

En las últimas décadas se han ido observando indicios claros de qe el campo magnético de la Tierra se está debilitando y que se dirige hacia una próxima inversión de sus polos. De hecho, hay señales que indican que no es algo que vaya a ocurrir en el próximo millón de años o en milenios, sino en los siguientes siglos.

«El campo geomagnético ha estado decayendo en los últimos 3.000 años», ha dicho para la revista Horizon, del Consejo Europeo de Investigación, Nicolas Thouveny, investigador en el Centro Europeo de Investigación y Enseñanza de Geociencias Ambientales (CEREGE), en Francia. «Si continúa cayendo a este ritmo, en menos de un milenio estaremos en un periodo crítico».

Queda «mucho» tiempo, pero las consecuencias podrían ser terribles. ¿Qué ocurriría? Primero, perderíamos los satélites de comunicaciones de las órbitas más lejanas. Después, sería imposible establecer comunicaciones con los astronautas y los satélites de la órbita baja. Por último, cuando la Tierra ya estuviera en una nueva «edad de piedra», sin satélites, los rayos cósmicos comenzarían a bombardear y a envenenar con su radiación a cada persona sobre la faz de la Tierra.

Thouveny es uno de los científicos que tratar de averiguar cuándo ocurrirá y qué efectos tendrá este fenómeno de la inversión magnética. De hecho, es uno de los principales investigadores del proyecto EDIFICE, que desde 2014 investiga la historia de la magnetosfera.

El peligro del debilitamiento

La teoría de que el poder de los campos magnéticos podía transformar y transportar materi. Lo cierto es que, las consecuencias son impredecibles.¿Estamos preparados para una cosa así?

Los testigos de sedimentos situados bajo el suelo oceánico esconden la respuesta. En su interior hay minerales magnetizados que registraron antiguas inversiones del campo magnético.

Gracias al estudio de estos testigos, los científicos han averiguado que las inversiones de campo magnético ocurren cuando la magnetosfera se debilita en un 90 por ciento hasta un valor umbral. Cuando se alcanza este estado, el campo está tan debilitado que permite el impacto en la superficie de los rayos cósmicos, partículas de alta energía provenientes de fenómenos galácticos muy violentos, como las supernovas.

Alertan sobre una extinción masiva por inversión de los polos en 20 años

La presencia de ciertos isótopos –elementos con distinto número de neutrones–, que fueron generados por el impacto de estos rayos cósmicos, permite deducir que la última inversión magnética ocurrió hace 772.000 ó 774.000 años. Desde entonces, el campo magnético de la Tierra se ha debilitado mucho en 15 ocasiones, lo que se llama excursión, pero nunca llegó al umbral de inversión.

En cada una de estas ocasiones, los polos no se invierten, pero el campo está tan débil que pierde su «impermeabilidad». La última vez que esto ocurrió fue hace 40.000 años. Y las evidencias muestran que la Tierra se acerca a este punto de nuevo.

La anomalía magnética del Atlántico Sur

De hecho, ya se ha comenzado a detectar problemas causados por el debilitamiento del campo magnético. En una vasta región situada en medio del Océano Atlántico, entre las costas de América del Sur y África, existe una inmensa anomalía magnética en la que el campo es tres veces más débil que en los polos (las zonas donde es más delgado): se trata de la Anomalía del Atlántico Sur (SAA).

«Esta es una región donde los satélites sufren fallos electrónicos –a causa del impacto de rayos cósmicos–», ha dicho en Horizon Chris Finlay, investigador de la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU), quien estudia esta anomalía con datos provenientes de varios satélites, en el marco del proyecto CoreSat. «Y no entendemos de dónde viene esta región, qué la produce ni cómo podría cambiar en el futuro».

La SAA se descubrió en 1950 y, desde entonces, se ha observado que se ha debilitado en un seis por ciento y que se ha desplazado hacia el oeste, sin que nadie pudiera dar una explicación convincente sobre por qué ocurre o sobre qué pasará en el futuro.

¿Una próxima inversión?

El área de la Anomalía del Atlántico Sur se caracteriza por una reducción significativa en la fuerza del campo.

Los investigadores del proyecto CoreSat han propuesto dos explicaciones. O bien que exista una especie de anticiclón al sur del núcleo de la Tierra, o bien que estemos presenciando los comienzos de una pequeña inversión polar en esa región.

Sea como sea, los científicos todavía no saben si esta anomalía está relacionada con el próximo fenómeno de inversión o excursión de los polos, pero lo están investigando: «En algunas simulaciones, fenómenos como la SAA crecen cuando se esta produciendo una inversión magnética. No es necesariamente así, pero no me sorprendería si algo como esto tuviera que ver», ha explicado Finlay.

No, la Tierra no quedará debastada por la Inversión de los Polos magnéticops pero… ç¡Tendrá consecuencias!

Todo apunta a que los efectos que ya tiene la anomalía del Atlántico Sur sobre los satélites son como un prolegómeno de lo que traerá el futuro. Si la tendencia actual de debilitamiento continúa, los científicos han apuntado que el campo magnético de la Tierra podría invertirse en uno o dos milenios. Pero, antes de eso, la magnetosfera seguirá debilitándose y en solo un siglo podría causar muy serios problemas sobre las comunicaciones.

«Esta caída del campo magnético es mucho más importante que la inversión», ha dicho Nicolas Thouveny. «Por eso, es muy importante comprender si el campo magnético actual caerá hasta cero en el próximo siglo, porque en ese caso tendremos que prepararnos».

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

El saber ocupa un lugar en nuestras mentes

                      Algunos hablan de una nueva Humanidad, una nueva Conciencia

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

El futuro: Siempre será incierto

Pero, hablemos de Física

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

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

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

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

Pero, sigamos…

“Primera observación de un neutrino en una cámara de burbujas, en 1970 en el Argonne National Laboratory de EE. UU., la observación se realizó gracias a las líneas observadas en la cámara de burbujasbasada en hidrógeno líquido.”

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

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

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

                                                                  Detectando Neutrinos

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

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

 

 

 

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

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

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

En un movimiento ondulatorio, la longitud de onda se define como la distancia entre dos puntos sucesivos situados en la misma fase, por ejemplo, la distancia entre dos crestas de la onda.

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

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

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

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

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

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

                                                     Tubo de descarga lleno de kriptón puro

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

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

emilio silvera

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