CIENCIA-ABC

Plano de la Vía Láctea visto desde la Tierra – Bruno Gilli/ESO

Científicos logran, por primera vez, pesar la Vía Láctea con precisión. Los datos del Telescopia Espacial Hubble y del Observatorio Gaia, de la Agencia Europea (ESA), han permitido estimar que toda la Galaxia pesa 1,5 billones de soles. El 90 por ciento está formado de materia oscura.

A pesar de décadas de enormes esfuerzo, hasta ahora los astrónomos no habían sido capaces de estimar una de las cosas más básicas sobre el lugar donde vivimos: la Vía Láctea. ¿Cuánto pesa este gigantesco disco, compuesto por cien mil millones de estrellas, un número comparable de mundos y una extensión de 130.000 años luz?

Una investigación que se acaba de publicar en arXiv y que ha sido elaborada gracias a las medidas hechas con el telescopio espacial Hubble y el observatorio espacial Gaia, de la Agencia Espacial Europea (ESA), ha permitido a los científicos hacer una estimación precisa de la masa de toda la galaxia: 1,5 billones de masas solares (el Sol pesa 1,99 × 10^30 kilogramos, mientras que la Tierra solo llega a las 5,97 × 10^24 kilogramos).

Lo cierto es que hasta ahora se estimaba que la masa de la Vía Láctea estaba situada entre los 500.000 millones y los tres billones de masas solares. El origen de esta discrepancia se debe a lo difícil que es medir la distribución de la materia oscura, un tipo de materia invisible que mantiene cohesionada la galaxia y cuya masa constituye el 90 por ciento de toda la masa de la Vía Láctea.

«Sencillamente, no podemos detectar la materia oscura directamente», ha explicado en un comunicado Laura Watkins, directora del estudio e investigadora en el Observatorio Europeo Austral (ESO). «Esto lleva a la presente incertidumbre con la masa de la Vía Láctea. ¡No puedes medir con precisión lo que no puedes ver!».

¿Cómo saber cuánto pesa lo invisible?

Por ello, los investigadores recurrieron a una triquiñuela: medir la velocidad de los cúmulos globulares, densas acumulaciones de estrellas que orbitan la espiral de la galaxia. ¿Por qué? Porque cuanto más masiva es una galaxia, más rápido se mueven estos cúmulos por efecto de su gravedad. En concreto, el estudio ha sido posible gracias a que Gaia ha medido las velocidades de 34 cúmulos globulares y que el Hubble ha seguido a otros 12.

Además, en esta ocasión hubo una diferencia fundamental, tal como ha explicado N. Wyn Evans, coautor del estudio e investigador en la Universidad de Cambridge. Mientras que en las mediciones hechas hasta ahora se había medido la velocidad de los cúmulos alejándose o acercándose a la Tierra, en este caso pudieron medir la velocidad lateral de estos objetos. Por eso, pudieron calcular su velocidad total y, en consecuencia, hallar la masa de la galaxia.

La alianza entre Gaia y el Hubble

Además, ahora los científicos han tenido a su alcance las medidas de Gaia de cúmulos globulares situados a distancias de hasta 65.000 años luz. Conviene recordar que este instrumento está diseñado para crear un mapa tridimensional de los objetos astronómicos de toda la Vía Láctea y poder seguir su movimiento.

Al mismo tiempo, el Hubble permitió incorporar al estudio los cúmulos que se encuentran en un rango de 130.000 años luz. Dado que el Hubble ha estado observando algunos de estos objetos durante una década, ha podido encontrar las diferencias de posición y, por tanto, las velocidades de estos cúmulos.

«Hemos tenido la suerte de poder hacer esta gran combinación de datos», ha explicado P. van de Marel, coautor del estudio y científico en el Space Telescope Science Institute. «Al combinar las medidas de Gaia con las del Hubble, pudimos precisar la masa de la Vía Láctea de una forma que habría sido imposible sin estos dos telescopios espaciales».

Lograrlo es fundamental. No saberlo es un problema a la hora de estudiar el contenido y distribución de la materia oscura, puesto que esta es fundamental para comprender la evolución del Universo y el nacimiento de las galaxias. Además, es clave para comprender el contexto cosmológico en el que se sitúa toda la galaxia.

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¿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.

“Las unidades de Planck o unidades naturales son un sistema de unidades propuesto por primera vez en 1899 por Max Planck. El sistema mide varias de las magnitudes fundamentales del universo: tiempo, longitud, masa, carga eléctrica y temperatura. … El uso de este sistema de unidades trae consigo varias ventajas.”

Al dar valor 1 a las cinco constantes fundamentales, las unidades de tiempo, longitud, masa, carga y temperatura se definen así:

En estas ecuaciones se significa el Límite de Planck, la Masa de Planck, el Tiempo de Planck y la Temperatura de Planck

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. 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.

Transmitir información a la velocidad de la luz

“El idioma ya no sería una barrera para el mundo. Travis, es un dispositivo parecido a un control remoto que conectado a Internet puede traducir hasta 80 idiomas y 20 sin conexión. Pero no es el único, también está Pilot, de la compañía Waverly Labs. Esto avance tecnológico acerca más a las personas sin importar su idioma.”

Seguimos dando pasos importantes hacia un futuro que… ¡Ni podemos imaginar!

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.

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 m_protón.

La identificación de constantes adimensionales de la naturaleza como a (alfa) y a_G, 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.

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.

Para poner un ejemplo de nuestra ignorancia poco tendríamos que buscar, tenemos a mano miles de millones.

Me acuerdo de León Lederman (premio Nobel de Física) que decía:

“Todos los físicos del mundo, deberían tener un letrero en el lugar más visible de sus casas, para que al mirarlo, les recordara lo que no saben. En el cartel sólo pondría esto: 137. Ciento treinta y siete es el inverso de algo que lleva el nombre de constante de estructura fina”.

 

 

Emisión estimulada (en la cual los fotones se “clonan” a sí mismos) fue predicho por Einstein en su derivación de E=hν, y condujo al desarrollo del láser.

 

Este número 137 guarda relación con la posibilidad de que un electrón emita un fotón o lo absorba. La constante de estructura fina responde también al nombre de “alfa” y sale de dividir el cuadrado de la carga del electrón, por el producto de la velocidad de la luz y la constante de Planck. Tanta palabrería y numerología no significan otra cosa sino que ese solo numero, 137, encierra los misterios del electromagnetismo (el electrón, e^–), la relatividad (la velocidad de la luz, c), y la teoría cuántica (la constante de Planck, h).

Lo más notable de este número es su dimensionalidad. La velocidad de la luz, c, es bien conocida y su valor es de 299.792.458 m/segundo; la constante de Planck racionalizada, ћ, es h/2π = 1’054589×10 julios segundo; la altura de mi hijo, el peso de mi amigo, etc, todo viene con sus dimensiones.  Pero resulta que cuando uno combina las magnitudes que componen alfa ¡se borran todas las unidades! El 137 está solo: se escribe desnudo a donde va.  Esto quiere decir que los científicos del undécimo planeta de una estrella lejana situada en un sistema solar de la galaxia Andrómeda, aunque utilicen Dios sabe qué unidades para la carga del electrón y la velocidad de la luz y qué versión utilicen para la constante de Planck, también les saldrá el 137.  Es un número puro. No lo inventaron los hombres. Está en la naturaleza, es una de sus constantes naturales, sin dimensiones.

La física se ha devanado los sesos con el 137 durante décadas. Werner Heisember (el que nos regaló el Principio de Incertidumbre en la Mecánica Cuántica), proclamó una vez que todas las fuentes de perplejidad que existen en la mecánica cuántica se secarían si alguien explicara de una vez el 137.

¿Por qué alfa es igual a 1 partido por 137?

Esperemos que algún día aparezca alguien que, con la intuición, el talento y el ingenio de Galileo, Newton o Einstein, nos pueda por fin aclarar el misterioso número y las verdades que encierra. Menos perturbador sería que la relación de todos estos importantes conceptos (e^–, h y c) hubieran resultado ser 1 ó 3 o un múltiplo de pi… pero ¿137?

Arnold Sommerfeld se percibió que la velocidad de los electrones en el átomo de hidrógeno es una fracción considerable de la velocidad de la luz, así que había que tratarlos conforme a la teoría de la relatividad. Vio que donde la teoría de Bohr predecía una órbita, la nueva teoría predecía dos muy próximas.

Esto explica el desdoblamiento de las líneas. Al efectuar sus cálculos, Sommerfeld introdujo una “nueva abreviatura” de algunas constantes. Se trataba de 2πe² / hc, que abrevió con la letra griega “α” (alfa). No prestéis atención a la ecuación. Lo interesante es esto: cuando se meten los números conocidos de la carga del electrón, e^–, la constante de Planck, h, y la velocidad de la luz, c, sale α = 1/137.  Otra vez 137 número puro.

Las constantes fundamentales (constantes universales) están referidas a los parámetros que no cambian a lo largo del universo. La carga de un electrón, la velocidad de la luz en el espacio vacío, la constante de Planck, la constante gravitacional, la constante eléctrica y magnética se piensa que son todos ejemplos de constantes fundamentales.

Las fuerzas de la naturaleza que gobiernan la electricidad, el magnetismo, la radiactividad y las reacciones nucleares están confinadas a un “mundo-brana” tridimensional, mientras que la gravedad actúa en todas las dimensiones y es consecuentemente más débil.

Las fuerzas fundamentales

Todos estos conceptos que hemos repasado más arriba nos lleva a pensar que, con el Tiempo, si no lo estropeamos nosotros mismos, nuestra especie puede llegar a desentrañar grandes secretos que aún permanecen escondidos en lo más profundo de la niebla que nos impide ver y que llamamos… ¡Ignorancia!

emilio silvera

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Nos embarga una ilusión, una esperanza, y, al mismo tiempo, un temor: ¿Estaremos sólos? Y, si no lo estamos, ¿cómo serán esos otros mundos y que criaturas los pueblan? ¿Si alguna vez llegamos allí, seremos tan destructivos como lo hemos sido aquí en la Tierra? ¡Esperemos que no! Y, sobre todo, en ese primer contacto, ¿Sabremos comportarnos y respetar sus derechos?

Por otra parte, también sentimos el temor de que sean ellos los que vengan a nosotros (lo que denotaría que están más avanzados), y, no sabemos con qué intenciones se habrían dirigido a nuestro mundo. Ya nos advirtió Steven Hawking de este peligro latente.

Ya pudimos tener una muestra de cómo somos en aquel mundo llamado Pandora en el que, la película nos escenificaba la invasión terrestre buscando la riqueza del planeta a costa de acabar con la forma de vida de aquellas fascinantes criaturas.

Fascinantes criaturas de exóticas bellezas que nos podrían estar esperando, en un futuro lejano, en esos mundos soñados que tantas veces hemos podido imaginar. Es difícil saber qué comportamiento tendremos con ellos si eso llega a suceder, sin embargo, el ejemplo que nos deja la película a la que pertenecen estas fotografías, en verdad, no es muy alentador ni dice mucho en favor de nosotros que, irrumpimos por la fuerza en un planeta extraño y, violando todas las reglas, pasamos por encima de los derechos de otros para conseguir nuestros objetivos. ¿La Civilización que ocupa el planeta? ¿Qué importa? Si hay que destruirla para conseguir nuestros fines… ¡Adelante!

La fuerza bruta que siempre acompaña a la falta de inteligencia, es la única salida para seres  de cuya racionalidad, podríamos dudar sin el menor temor a equivocarnos. Destruir nunca será el camino más conveniente. Si respetamos seremos respetados. Sobre todo, no podemos llegar a nuevos lugares pretendiendo imponer nuestras costumbres y nuestras reglas. En esos otros lugares donde existen seres que tienen su propia forma de vivir, se impone, sobre todo, que supeditemos nuestro comportamiento a su propias reglas a su propio mundo. Los extraños allí, seremos nosotros. Ellos, a diferencia de nuestra Civilización Terrestre. sí han sabido convivir con su entorno, han creado una especie de simbiosis que une a los seres de su mundo, sean seres racionales o plantas, hasta el punto de poder comunicarse entre ellos en un alta grado de compenetración que va mucho más allá de lo físico.

En esos otros Mundos de Paisajes Idílicos (también la Tierra los tiene), pueden vivir seres que han optado por otras maneras de vivir, más conectados con la Naturaleza a la que respetan y comprenden al ser conscientes de que ellos mismos, forman parte de ella.

Si algún día conseguimos llegar a uno de esos Mundos y no sabemos respetar lo que allí nos podamos encontrar, entonces, habrá que repudiar a la especie Humana. Una Especie que habiendo evolucionado durante muchos miles de años, en realidad, hasta el  momento presente, aprendió poco, muy poco de la esencia de la vida y de los verdaderos valores de la Naturaleza misma que, nos envía mensajes que no sabemos o no queremos escuchar.

NUnca hemos sido buenos administradores de nuestro mundo, y, sin tener en cuenta que nos ha ofrecido todo aquello que pudimos necesitar, le hemos pagado esquilmando los bosques y contaminando sus ríos y océanos. En realidad, seguimos siendo una especie “algo” salvaje. Por otra parte, se puede pensar que, precisamente por ser como somos… ¡Hemos podido llegar hasta aquí!

Una de las cuestiones que podrían ser importantes para nosotros, si llegamos a ese momento crucial de conocer a otros seres habitantes de planetas más allá de nuestro Sistema Solar e incluso, de otras galaxias, es la de tratar de comprender que, la Belleza puede estar en todas partes y, aunque para nosotros, en ciertas circunstancias pudiera parecer extraña o diferente, tendremos que tratar de comprenderla. No debemos extrañarnos de encontrar seres que, morfológicamente sean muy diferentes a nosotros. Lo importante es que tengan una Mente que, como la nuestra, sepan comprender que son, en definitiva, como nosotros mismos,  simples pobladores de un Universo “Infinito”.

Este ejemplo al que hoy nos hemos agarrado para poder hablar del tema, es el de una simple película inventada por la Imaginación humana pero que, sin duda alguna, podría ser una premonición de lo que en el futuro nos podremos encontrar.

La historia que narran, desde el principio, nos pone a favor de los habitantes de ese Mundo agredido y de sus habitantes, hasta tal punto es así que muchos de los terrestres que visitan aquél planeta, no dudan, en dar sus propias vidas por preservar aquel mundo de fantasía real, donde seres muy especiales, conviven con su mundo y hablan con él, consumen sólo lo que necesitan y no matan por matar. Respetan hasta extremos increíbles todo lo que, para ellos, supongas formas de vida sea cual pudiera ser la manera elegida para representarla. ¡Qué envidia me dan!

Tendremos que aprender a mirar más allá de la superficie, a entender los mensajes que nos envían la mirada de esos nuevos y exóticos seres y, sobre todo, tratar de comprender su mundo, sus maneras para poder respetarlas y hacernos acreedores, nosotros también a su respeto.

Podríamos empezar un aprendizaje de comportamiento entrenándonos con los mismos seres vivos de nuestro mundo a los que no siempre les damos el trato que deberíamos.

           ¡Quién pudiera ser uno de los afortunados que, en el futuro, visitarán algunos de esos Mundos!

Nos quedan muchos muros por derribar, muchas puertas que abrir para las que aún, no poseemos ni las llaven que las pueden abrir, y, sobre todo, para que eso llegue y sea una realidad, lo más importante será que, en nosotros, en nuestro interior, cambien muchas cosas.

Me gustaría que el primer encuentro no fuese aquí en la Tierra, que los visitantes fuésemos nosotros y, como antes digo, espero que para entonces, la Humanidad sea otra.

emilio silvera

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