Estos antepasados nuestros son, de entre todos los homínidos fósiles, los que más se parecen a los monos antropomorfos que viven en la actualidad. Su cerebro era como el de un chimpancé actual: de una capacidad de 400 cm³ aproximadamente. Sus condiciones físicas estaban totalmente adaptadas al medio, con piel cubierta de pelo fuerte y espeso, impermeable, adaptados al clima lluvioso y la humedad ambiental, en donde el sudor era totalmente ineficaz para refrigerar el cuerpo.

El equipo sensorial de estos antepasados nuestros debía de ser como el de todos los primates. Predominaba el sentido de la vista más que el del olfato: en el bosque, el hecho de ver bien es más importante que el de tener una gran capacidad olfativa. Una buena visión de los colores les permitía detectar las frutas multicolores en las umbrías bóvedas de la selva.

El aumento del cerebro hizo posible comprender las cosas misteriosas que pasaban a nuestro alrededor, y, poco a poco, fuimos dominando algunas de aquellas fantásticas maravillas que se producían de manera natural para hacerlas posibles en beneficio de la vida cotidiana.

                                             El entorno lleno de peligros agudizó nuestras Mentes

Está claro que el cerebro necesita energía. Sin embargo, no quiere decir que cuanto más comamos más crecerá y más inteligentes seremos. El cerebro crece porque se ejercita, es el órgano pensante de nuestro Ser, allí se elaboran todas las ideas y se fabrican todas las sensaciones, y su mecanismo se pone en marcha para buscar soluciones a problemas que se nos plantean, para estudiar y comprender, asimilar nuevos conceptos, emitir teorías y plantear cuestiones complejas sobre múltiples problemas que el ser humano maneja en los distintos ámbitos del saber científico y técnico, o simplemente de conocimientos especializados de la actividad cotidiana. Todo esto hace funcionar al cerebro, a veces al límite de sus posibilidades, exigiéndole más de lo que es capaz de dar y exprimiendo su energía hasta producir agotamiento mental.

Agricultura

Hace ya algunos miles de años desde que los sujetos de nuestra especie despertaron al “mundo” y fueron conscientes de que estaban rodeados por una Naturaleza maravillosa que, con dificultad intelectual trataban de comprender y, de esa manera, pasaron algunos milenios hasta que llegaron Civilizaciones más adelantadas como la Sumeria y Babilónica que abrieron las puertas a un “mundo” nuevo.

Mucho tiempo ha tenido que pasar hasta llegar a comprender la desintegración Alfa. Desde que hace algunos miles de años, Demócrito de Abdera nos hablara del átomo y Empédocles de los Elementos, mucho ha tenido que llover, muchas mentes pensantes han tenido que imaginar cómo era el mundo, y, otros experimentando, lograron desvelar secretos que ahora son conocimientos certeros del funciomaniento de la Naturaleza y de la dinámica del Universo.

El camino ha sido largo y el recorrido, desde el átomo de Demócrito hasta la Teoría de cuerdas… ¡Aún no ha finalizado!

La física  es la disciplina que abarca todo lo relacionado con el uso del cuerpo. Desde un punto de vista pedagógico, ayuda a la formación integral del ser humano. Actualmente se entiende como la ciencia de la naturaleza o fenómenos materiales. Estudia las propiedades de la materia, la energía, el tiempo, el espacio y sus interacciones (fuerza). Los sistemas físicos se caracterizan por:

– Tener una ubicación en el espacio-tiempo.

– Tener un estado físico definido sujeto a evolución temporal.

– Poderle asociar una magnitud física llamada energía.

La física estudia por lo tanto un amplio rango de campos y fenómenos naturales, desde las partículas subatómicas hasta la formación y evolución del Universo así como multitud de fenómenos naturales cotidianos, caracterizados por cierta geometría o topología y cierta evolución temporal y cuantificados mediante magnitudes físicas como la energía.

Muchas han sido las sorpresas que nos ha dado la Física, y, sobre todo, a partir del experimento de Rutherford cuando bombardeando una lámina de oro con partículas Alfa, descubrió que en el átomo existía un núcleo y, allí comenzó el auténtico conocimiento sobre lo que en realidad era la materia y de qué estaba hecha.

Es cierto que nuestros ojos desnudos son incapaces de alcanzar los objetos infinitesimales que conforman la materia y son los constituyentes primarios de los átomos, esos objetos pequeños que se juntan para formar moléculas y para que éstas, a su vez, se unan y formen cuerpos y objetos mayores que sí podemos observar. Tampoco, a ojo desnudo, podemos visualizar objetos que aunque son enormes, están situados a tan inmensas distancias que nos resulta imposible verlos, son estrellas y galaxias situadas en remotas regiones del Universo. Así, estamos limitado para poder contemplar según que cosas y en qué situación.

Como el ingenio humano es muy grande, nos la hemos ingeniado para construir sofisticados aparatos tecnológicos que nos permitan alcanzar, la visión de lo muy pequeño y también, de lo muy grande y lejano. El microscopio electrónico y los Telescopios nos han posibilitado hacer viajes de otra manera imposibles.

                                                          Mostrando retina

                                          Ojo de una larva de mosca de la fruta

                                      Sección de una coccinella (mariquita) pierna

                                               Floral primordios de Allium sativum (ajo)

                                                                                Simple arena de Coral

Fotografía de un átomo de Silicio tomada a través de un microscopio electrónico de efecto túnel

    Enlaces atómicos visto con microscopía de fuerza atómica

En grupo de científico lograron producir los primeros condensados de Bose-Einstein enfriando muestras de gases atómicos alcalinos confinados en trampas magnéticas. No todos los átomos pueden formar condensados de Bose-Einstein – “Sólo aquellos que contienen los números pares de neutrones más protones más electrones”. Arriba el condensado de Bose-Einstein  de átomos de sodio.

Hace más de 30 años que el microscopio de efecto túnel (STM), hizo su debut en un laboratorio de Suiza. Fue el primero de su gran familia, denominada microscopios de ‘sonda local’, en conseguir los aumentos necesarios para obtener imágenes de átomos.

                            De todos estos es bien conocido el resultado obtenido por los grandes telescopios

Así hemos podido viajar desde las entrañas de la materia hasta el Universo profundo, y, en esos lugares, asombrados, pudimos ver las complejas estructuras de lo muy pequeño y, también, las más grandes de las galaxias. Sin embargo, hay más, mucho más que, por el momento, no hemos podido contemplar a pesar de los magníficos microscopios y los grandes telescopios inventados para llegar, a esos recónditos lugares a los que el ojo desnudo no pueden llegar.

Siempre hemos querido manejar la “sustancia cósmica”

Existe alguna especie de “sustancia cósmica” que presentimos está ahí,  permeando todo el Universo. No parece que llegue a tener la categoría de materia, ya que, ni verla podemos y, desde luego, no sabemos de qué estará hecha y, si finalmente, podría estar conformada por alguna clase de partícula desconocida. Inferimos su existencia a partir del movimiento de las galaxias que se alejan las unas de las otras de manera inusual, a como deberían hacerlo si la materia toda del Universo, fuese esa materia Bariónica que podemos contemplar y que emite radiación y conforma todos los objetos conocidos desde los mundos, estrellas y galaxias hata seres vivos de todas las especies. Así, hay un exceso de fuerza gravitatoria que hace que las galaxias corran más de lo que sería usual y se alejan las unas de las otras a gran velocidad.

       Así suponemos que está repartida la energía y la materia en el Universo

Aunque no pocos se han lanzado a postular la composición del Cosmos, a pesar de lo que digo en el párrafo anterior, no quiero postular la existencia de la mal llamada “materia oscura”, y, prefiero aceptar las cosas cuando éstas, queden al descubierto y bien verificada su existencia real. El hecho de que las galaxias se alejan las unas de las otras a mayor velocidad de lo que sería aceptable en función de la materia visible, podría también deberse, a otros parámetros que (seguramente por ignorancia) no han sido contemplados.

Hace algunos meses, un equipo de Astrónomos, en el transcurso de una Investigación a fondo, para dilucidar qué podía haber más allá del “borde” del Universo, dijeron haber detectado la presencia de algo grande, muy grande que, podía estar incidiendo sobre nuestro propio Universo y, no se apartaban (aunque necesitarían más observaciones), de que en realidad, se tratara de un universo vecino que, generaba fuerza gravitatoria suficiente como para que estuviera tirando del nuestro, y, esa podría ser, una posible explicación al movimiento de huida de las galaxias.

Si existen… ¡Estarán conectados loas unos con los otros, como las galaxias y las estrellas

Lo cierto es que no resultaría nasa asombroso que, de la misma manera que existen miles de millones de mundos y de estrellas en nuestra propia Galaxia, y, cien mil millones de galaxias en nuestro Universo, pudieran existir, en un Multiverso mayor, un sin fin de universos que, como el nuestro, tuviera presentes sus fuerzas fundamentales, materia, e, incluso alguna clase de vida.

El Tiempo, con su transcurrir inexorable, pasó las páginas primeras y atrás quedaron aquellos mundos de fantasía y barbarie. Animales terroríficos y pueblos del pasado que, vivían atados a la superstición y a la mitología que era el destino natural de una gran ignorancia. Pero, con el transcurrir del Tiempo, al mismo tiempo que lo hacía el planeta que nos servía de hábitat, también nuestras mentes evolucionaron, y, hasta tal punto fue así que, llegamos a discernir algunos misterios de la Naturaleza para comprender, los mensajes que nos enviaba en forma de fenómenos naturales que, poco a poco, llegamos a comprender.

                                                    Muchos mundos llenos de vida de múltiples formas

Fuimos conscientes de que formábamos parte de un algo mucho mayor que el simple mundo que nos servía de “vivienda” alumbrada por una pequeña estrella ordinaria y amarilla de la clase GV2, que generaba la luz y el calor necesarios para el surgir y mantenimiento de la vida y de la fotosíntesis de las plantas, creadoras del oxígeno atmosférico tan necesario para nosotros, seres evolucionados hasta la consciencia.

Supimos de la existencia de millones de mundos y cientos de miles de millones de estrellas sólo en nuestra Galaxia, y, mucho más allá, llegamos a conocer la existencia de cien mil millones de estrellas repartidas por todo el Universo “infinito”, y, en todos esos lugares… ¿Cuántas sorpresas nos aguardan? Sabiendo que eso es así (que lo es), ¿por qué no podemos pensar en jundos llenos de vida y en muchos otros universos?

“Acaso todo esto no es más que una parte de un Multiverso mucho mayor”

 

Somos tan ignorantes que nada lo podemos negar y, la posibilidad de que un día, lejos aún en el futuro, se fundan dos universos paralelos, como ahora vemos que ocurre con la fusión de galaxias… ¡Podría ser una imagen del futuro!  El Cosmos es muy grande, casi “infinito” para nosotros y, todos sus contenidos y energías podrían ser, en su rica diversidad, sólo un ejemplo de entre muchos que, dispersos en un inconmensurable Multi-Cosmos, podría, algún día, hablarnos de nuestra infinita pequeñez en relación a lo que vemos y a lo que no podemos ver.

“El estudio realizado es un paso hacia los ordenadores, teléfonos inteligentes y otros dispositivos de tecnología espintrónica que serán más rápidos y consumirán menos energía que sus equivalentes electrónicos actuales. “Los dispositivos electrónicos utilizan como corriente de funcionamiento la carga de los electrones, esto es: una carga negativa que está en movimiento“, dice Ashutosh Tiwari, Profesor Asociado de Ciencias de los Materiales e Ingeniería en la Universidad de Utah. “Los dispositivos espintrónicosutilizarán tanto la carga como el espín de los electrones. Con la espintrónicalograremos dispositivos más pequeños, más veloces y más eficientes en materia energética“.

 

                                   La imagen de arriba, la podremos ver en el futuro no muy lejano

Los adelantos en robótica se están uniendo a los descubrimientos en robótica de última generación y, a eso se le añaden los avances en Inteligencia Artificial que, de manera irremisible (sin que nos demos cuenta de ello), nos está llevando a la aparición de una nueva especie artificial que, va tomando más y más importancia a medida que le damos más funciones y, se habla de otorgarles el don de la Consciencia, lo cual, no deja de ser un acto irresponsable por nuestra parte que, de seguir por ese camino…

Partiendo de nuevos materiales y nuevas técnicas descubiertas en teorías de la futura Física, serán construidos los robots que, en nuestro lugar, viajaran al Espacio interestelar y visitaran las estrellas. Ese sueño de la Humanidad será, al fin realizado por otra “especie” que, aunque artificial, llevará casi todos los atributos humanos a excepción de un final mortal. Ellos se podrán rehacer de manera indefinida y, si llegan a tener la capacidad de sentir… ¿Qué haremos aquí entonces nosotros?

Dotados de materiales imperecederos, sin necesidad de dormir, ajeno a la radiación del espacio, con necesidades básicas y fácilmente suministradas a partir de una fuente de energía, con la capacidad de reponer averías por sí mismo, no sintiendo dolor… Podrá realizar viajes espaciales de miles de años y recoger todos esos magníficos datos en la memoria de a bordo para transmitirla al centro de mandos.

La Humanidad, con la carga de su fragilidad, expuesto a los mil peligros con los que,  el espacio exterior nos amenaza, nunca podrá comparar con esa otra especie artificial que, construida por nosotros mismos, será la que realizará todos nuestros sueños y, no negaría la posibilidad de que, una vez asentada y consciente de su verdadero poder, prescinde de nosotros, sus creadores, como una rémora innecesaria.

Nuestros descendientes, seguramente llegarán a descubrir cómo burlar la velocidad de la luz para viajar a las estrellas y poder desplazarse a otras galaxias, y a otros mundos. Dominarán los secretos del electrón y de la luz, y, serán ellos, y no nosotros (los que imaginamos todo eso), los que podrán hacer realidad nuestros sueños.

emilio silvera

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René Descartes, filósofo, matemático y físico  francés, considerado el padre de la filosofía moderna, así como uno de los nombres más destacados de la revolución científica. El método científico ( del latín scientia = conocimiento; camino hacia el conocimiento) es un método de investigación usado principalmente en la producción de conocimiento en las ciencias. Para ser llamado científico, un método de investigación debe basarse en la empírica y en la medición, sujeto a los principios específicos de las pruebas de razonamiento.  El método científico es: «un método o procedimiento que ha caracterizado a la ciencia natural desde el siglo XVII, que consiste en la observación sistemática, medición, experimentación, la formulación, análisis y modificación de las hipótesis.

¡Son posibles tantas cosas!

                          Podríamos estar inmersos en un Universo de cuerdas vibrantes

Claro que, siendo todos los indicios muy buenos, para ser serios, no podemos decir aún que las predicciones sean definitivas y comprobables para estar seguros de que la teoría de cuerdas ha levantado realmente el velo de misterio que nos impedía ver las verdades más profundas del universo, sino que con propiedad se podría afirmar que se ha levantado uno de los picos de ese velo y nos permite vislumbrar algo de lo que nos podríamos encontrar.

La teoría de cuerdas, aunque en proceso de elaboración, ya ha contribuido con algunos logros importantes y ha resuelto algún que otro problema primordial como por ejemplo, uno relativo a los agujeros negros, asociado con la llamada entropía de Bekenstein-Hawking, que se había resistido pertinazmente durante más de veinticinco años a ser solucionada con medios más convencionales. Este éxito ha convencido a muchos de que la teoría de cuerdas está en el camino correcto para proporcionarnos la comprensión más profunda posible sobre la forma de funcionamiento del universo, que nos abriría las puertas para penetrar en espacios de increíble belleza y de logros y avances tecnológicos que ahora ni podemos imaginar.

Como he podido comentar en otras oportunidades, Edward Witten, uno de los pioneros y más destacados experto en la teoría de cuerdas, autor de la versión más avanzada y certera, conocida como teoría M, resume la situación diciendo que: “la teoría de cuerdas es una parte de la física que surgió casualmente en el siglo XX, pero que en realidad era la física del siglo XXI“.

Witten, un físico-matemático de mucho talento, máximo exponente y punta de lanza de la teoría de cuerdas, reconoce que el camino que está por recorrer es difícil y complicado. Habrá que desvelar conceptos que aún no sabemos que existen.

El hecho de que nuestro actual nivel de conocimiento nos haya permitido obtener nuevas perspectivas impactantes en relación con el funcionamiento del universo es ya en sí mismo muy revelador y nos indica que podemos estar en el buen camino revelador de la rica naturaleza de la teoría de cuerdas y de su largo alcance. Lo que la teoría nos promete obtener es un premio demasiado grande como para no insistir en la búsqueda de su conformación final.

El Universo, la cosmología moderna que hoy tenemos, es debida a la teoría de Einstein de la relatividadgeneral y las consecuencias obtenidas posteriormente por Alexandre Friedmann. El Big Bang, la expansión del universo, el universo plano y abierto o curvo y cerrado, la densidad crítica y el posible Big Crunch que, según parece, nunca será un hecho y, el universo, tendrá una “muerte” térmica, es decir, cuando el alejamiento de las galaxias lo haga más grande, más oscuro y más frío. En el cero absoluto de los -273 ºC, ni los átomos se moverán.

Un comienzo y un final que abarcará miles y miles de millones de años de sucesos universales a escalas cosmológicas que, claro está, nos afectará a nosotros, insignificantes mortales habitantes de un insignificante planeta, en un insignificante sistema solar creado por una insignificante y común estrella.

Pero… ¿somos en verdad tan insignificantes

emilio silvera

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En una supernova, en orden decreciente tenemos la secuencia de núcleos H, He, O, C, N, Fe, que coincide bastante bien con una ordenación en la tabla periódica que es:

            H, He, (Li, Be, B) C, N, O… Fe

No pocas veces hemos referido aquí el maravilloso suceso que está presente en las estrellas que mediante la fusión nuclear, transforma los elementos sencillos en otros más complejos y, cuando agotado el ciclo y no pueden continuar fusionando los materiales pesados que les quedan, dependiendo de sus masas se transforman en gigantes rojas y finalmente en enanas blancas (como le pasará a nuestro Sol), dejando una bonita Nebulosa Planetaria, y, si la estrella es masiva, su final será mediante la explosión como Supernova que regará el espacio interestelar con el remanente de materiales pesados y la estrella, en su mayor parte, se convertirá en una estrella de Neutrones, o, si es una super-masiva, en Agujero Negro.

     En estas grandes nebulosas se forjan las nuevas estrellas

Lo curioso y asombroso del caso es que, a partir de esos materiales, se forman nuevas estrellas y nuevos mundos y, en algunos de esos mundos que se sitúan en la zona adecuada para la habitabilidad, donde el agua corre líquida y se ha formado una atmósfera adecuada y océanos, con el paso del tiempo, esa materia primordial se acomoda en estructuras complejas y surge la Vida.

La imagen de arriba, SN 1987A, es la descomunal explosión de supernova, cuando ocurrió, la potencia de miles de soles cambió, momentáneamente, la región del espacio conocida como Nube Mayor de Magallanes, a muchos años luz de la Tierra.

¡Qué maravilla!  Las estrellas brillan en el cielo para hacer posible que nosotros estemos aquí descubriendo los enigmas del Universo y… de la vida inteligente que esas mismas estrellan han posibilitado, creo que, en muchos mundos que son en las galaxias del Universo.

Pero está claro que todo el proceso estelar evolutivo inorgánico nos condujo desde el simple gas y polvo cósmico a la formación de estrellas y nebulosas solares hasta los planetas, la Tierra en particular, en cuyo medio ígneo describimos la formación de las estructuras de los silicatos, desplegándose con ello una enorme diversidad de composiciones, formas y colores, asistiéndose, por primera vez en la historia de la materia, a unas manifestaciones que contrastan con las que hemos mencionado en relación al proceso de las estrellas.

                           En la Tierra primigenia comenzaron a forjarse los ingredientes para la vida

Desde el punto de vista del orden es la primera vez que nos encontramos con objetos de tamaño comparables al nuestro, en los que la ordenación de sus constituyentes es el rasgo más característico.

Al mismo tiempo nos ha parecido reconocer que esos objetos, es decir, sus redes cristalinas “reales”, almacenan información (memoria) que se nos muestra muy diversa y que puede cobrar interés en ciertos casos, como el de los micro-cristales de arcilla, en los que, según Cairns-Smith, puede incluso llegar a transmitirse.

Porque… ¿Qué sabemos en realidad de lo que llamamos materia inerte? Lo único que sabemos de ella son los datos referidos a sus condiciones físicas de dureza, composición, y otros parámetros que en ellas estén presentes; en otros aspectos ni sabemos si pueden existir otras propiedades distintas a las meramente físicas.

¿No os hace pensar que nosotros estemos hechos, precisamente, de lo que llamamos materia inerte?

Pero el mundo inorgánico es sólo una parte del inmenso mundo molecular. El resto lo constituye el mundo orgánico, que es el de las moléculas que contienen carbono y otros átomos y del que quedan excluidos, por convenio y características especiales, los carbonatos, bicarbonatos y carburos metálicos, los cuales se incluyen en el mundo inorgánico.

                          En Titán existen moléculas de Carbono necesarias para la vida

Según decía en algún trabajo anterior, los quarks up y down se hallan en el seno de los nucleones (protones y neutrones) y, por tanto, en los núcleos atómicos. Hoy día, éstos se consideran como una subclase de los hadrones. Sin embargo, debemos tener claro que toda la materia del Universo (al menos la conocida), está conformada por Quarks y Leptones.

           Toda la materia conocida está formada por estas dos familias de partículas elementales

La composición de los núcleos (lo que en química se llama análisis cualitativo) es extraordinariamente sencilla, ya que como es sabido, constan de neutrones y protones que se pueden considerar como unidades que dentro del núcleo mantienen su identidad. Tal simplicidad cualitativa recuerda, por ejemplo, el caso de las series orgánicas, siendo la de los hidrocarburos saturados la más conocida. Recordad que su fórmula general es C_nH_2n+2, lo que significa que una molécula de hidrocarburo contiene n átomos de carbono (símbolo C) y (2n+2) átomos de hidrógeno (símbolo H).

El número de protones y neutrones determina al elemento, desde el hidrógeno (el más simple), al uranio (el más complejo), siempre referido a elementos naturales que son 92; el resto son artificiales, los conocidos transuránicos en cuyo grupo están el einstenio o el plutonio, artificiales todos ellos.

Científicos descubrieron posibles cráteres que expulsan hielos, llamados crio-volcanes. (15 Diciembre, 2010 NASA – CA) Con el sistema de radar e imágenes infrarrojas de la sonda Cassini, que orbitó Saturno, científicos han encontrado evidencias de lo que podría ser un volcán de hielo en Titán. Este pequeño mundo haría las delicias de cualquier químico de la Tierra y, no digamos de los geólogos. (4 Enero 2007 – NASA/Agencias – CA) Fue comprobada la predicción sobre la existencia de lagos de metano líquido en Titán.

Lagos de metano en Titán

Pero, si hablamos de los núcleos, como sistemas dinámicos de nucleones, pertenecen obviamente a la microfísica y, por consiguiente, para su descripción es necesario acudir a la mecánica cuántica. La materia, en general, aunque presumimos de conocerla, en realidad, nos queda mucho por aprender de ella.

Hablemos un poco de moléculas.

Molécula de fullereno, dinitrógeno, agua y la representación poliédrica del anión de Keggin, un polianión  molecular. La Naturaleza puede hacer cosas asombrosas

 

El número de especímenes atómicos es finito, existiendo ciertas razones para suponer que hacia el número atómico 173 los correspondientes núcleos serían inestables, no por razones intrínsecas de inestabilidad “radiactiva” nuclear, sino por razones relativistas. Ya antes me referiría a las especies atómicas, naturales y artificiales que son de unos pocos millares; en cambio, el número de moléculas conocidas hasta ahora comprende varios millones de especímenes, aumentando continuamente el número de ellas gracias a las síntesis que se llevan a cabo en numerosos laboratorios repartidos por todo el mundo.

Una molécula es una estructura con individualidad propia, constituida por núcleos y electrones. Obviamente, en una molécula las interacciones deben tener lugar entre núcleos y electrones, núcleos y núcleos y electrones y electrones, siendo del tipo electromagnético.

Debido al confinamiento de los núcleos, el papel que desempeñan, aparte del de proporcionar la casi totalidad de la masa de la molécula, es poco relevante, a no ser que se trate de moléculas livianas, como la del hidrógeno. De una manera gráfica podríamos decir que los núcleos en una molécula constituyen el armazón de la misma, el esqueleto, cuya misión sería proporcionar el soporte del edificio. El papel más relevante lo proporcionan los electrones y en particular los llamados de valencia, que son los que de modo mayoritario intervienen en los enlaces, debido a que su energía es comparativamente inferior a la de los demás, lo que desempeña un importante papel en la evolución.

Esta nebulosa llena de color, denominada NGC 604, es uno de los mayores y mejores ejemplos de nacimiento estelar en una galaxia cercana. La nebulosa NGC 604 es semejante a otras regiones de formación de estrellas en la Vía Láctea que nos resultan familiares, como la nebulosa de Orión, pero en este caso nos hallamos ante una enorme extensión que contiene más de 200 brillantes estrellas azules inmersas en una resplandeciente nube gaseosa que ocupa 1.300 años-luz de espacio, unas cien veces el tamaño de la Nebulosa de Orión, la cual aloja exactamente cuatro estrellas brillantes centrales. Las luminosas estrellas de NGC 604 son extremadamente jóvenes, ya que se han formado hace tres millones de años.

Otras regiones de la Nebulosa NGC 604

Las moléculas diatómicas de hidrógeno abundan en el espacio interestelar. NGC 604, una enorme región de hidrógeno ionizado en la Galaxia del Triángulo. Son muchas las moléculas descubiertas en estas nebulosas y se cree que son el material que más tarde forman los mundos y, si tienen la suerte de caer en la zona habitable de la estrella que les dará luz y calor, esas moléculas se unirán para construir estructuras más complejas que las lleven hasta la vida.

Desde las moléculas más sencilla, como la del hidrógeno con un total de 2 electrones, hasta las más complejas, como las de las proteínas con muchos miles de ellos, existe toda una gama, según decía, de varios millones. Esta extraordinaria variedad de especies moleculares contrasta con la de las especies nucleares e incluso atómicas.

Sin entrar en las posibles diferencias interpretativas de estas notables divergencias, señalaré que desde el punto de vista de la información, las especies moleculares la poseen en mucho mayor grado que las nucleares y atómicas.

¿La molécula sintética más grande del mundo? Bueno, en la naturaleza existen muchas moléculas de gran tamaño, un claro ejemplo son las proteínas o el ADN, y son grandes debido a que están formados por la unión de muchas moléculas más pequeñas. Las proteínas están formadas por la unión de aminoácidos, y el ADN por la unión de nucleótidos.

Dejando aparte los núcleos, la información que soportan los átomos se podría atribuir a la distribución de su carga eléctrica, y en particular a la de los electrones más débilmente ligados. Concretando un poco se podría admitir que la citada información la soportan los orbitales atómicos, pues son precisamente estos orbitales las que introducen diferencias “geométricas” entre los diferentes electrones corticales.

Justamente esa información es la que va a determinar las capacidades de unión de unos átomos con otros, previo el “reconocimiento” entre los orbitales correspondientes. De acuerdo con la mecánica cuántica, el número de orbitales se reduce a unos pocos. Se individualizan por unas letras, hablándose de orbitales s, p,d, f, g, h. Este pequeño número nos proporciona una gran diversidad.

                                           De los orbitales hablamos aquí extensamente muy a menudo

La llamada hibridación (una especie de mezcla) de orbitales es un modo de aumentar el número de mensajes, esto es, la información, bien entendido que esta hibridación ocurre en tanto y en cuanto dos átomos se preparan para enlazarse y formar una molécula. En las moléculas, la información, obviamente, debe abarcar todo el edificio, por lo que en principio parece que debería ser más rica que en los átomos. La ganancia de información equivale a una disminución de entropía; por esta razón, a la información se la llama también neguentropía.

En términos electrónicos, la información se podría considerar proporcionada por un campo de densidad eléctrica, con valles, cimas, collados, es decir, curvas iso-electrónicas equivalentes formalmente a las de nivel en topografía. Parece razonable suponer que cuanto más diverso sean los átomos de una molécula, más rica y variada podrá ser su información, la información que pueda soportar.

Campo de densidad eléctrica

La enorme variedad de formas, colores, comportamientos, estructuras que acompaña a los objetos, incluidos los vivientes, sería una consecuencia de la riqueza en la información que soportan las moléculas (y sus agregados) que forman parte de dichos objetos. Ello explicaría que las moléculas de la vida sean en general de grandes dimensiones (macromoléculas). La inmensa mayoría de ellas contiene carbono. Debido a su tetra-valencia y a la gran capacidad que posee dicho átomo para unirse consigo mismo, dichas moléculas pueden considerarse como un esqueleto formado por cadenas de esos átomos.

Aunque nada podemos descartar, no es probable que exista vida basada en otros elementos que no sea el Carbono, el más maleable y adaptativo para ello.

El carbono no es el único átomo con capacidad para formar los citados esqueletos. Próximos al carbono en la tabla periódica, el silicio, fósforo y boro comparten con dicho átomo esa característica, si bien en un grado mucho menor. De todas las maneras y, sin descartar nada, creo que las formas de vida que podamos encontrar en el Universo, al menos la mayoría, estarán basadas, como nosotros, en el Carbono que, por sus características especiales, es el más idóneo para la vida.

emilio silvera

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Para el topólogo, un nudo es una curva continua, cerrada y sin puntos dobles. Esta curva está situada en un espacio de tres dimensiones y se admite que pueda ser deformada, estirada, comprimida, aunque está “prohibido” hacerle cortes. Cuando se puede, a través de diversas manipulaciones, se pasa de un nudo a otro y se dice que son equivalentes. Claro que, algunos se abstraen en cuestiones con otras, al parecer, no relacionadas.

Un viejo amigo bromeaba diciendo que el Andante en do menor de la Sinfonía Concertante de Mozart conseguía devolverle a su intimidad anímica de partida, y que por eso, en su opinión, plasmaba de forma inefable el tiempo cíclico, o mejor aún, una CTC (“curva de género de tiempo cerrada”). Y transcurridos los doce minutos que dura ese movimiento, volvíamos a escucharlo una vez más. Mientras, discutíamos sin cesar sobre el tiempo, esa abstracción de la Mente que nadie ha sabido explicar.

                                                     No es bueno perder la perspectiva

Hay un tiempo para cada cosa. Un tiempo para soñar, inconmensurable, un tiempo para vivir, siempre corto, un tiempo para filosofar, misterioso,…, y un tiempo para la ciencia, sujeto a número.

Me gustaría empezar definiendo el Tiempo, pero no sé. Sesudos pensadores, como Platón y Aristóteles, lo ensayaron con brillantez. El tiempo es una imagen móvil de la eternidad. Esta imagen es eterna, pero se mueve según número, dirá Platón en el TIMEO.

                                                “El Tiempo es la imagen móvil de la Eternidad”

El Timeo lo escribe Platón (428/427-347 a. C.) al final de su vida, entre 358-356 a. C. Este diálogo relata una discusión que se produce entre 430 y 425 a. C.; junto con el Critias y el Hermócrates, debiera formar parte de una trilogía que describe el origen del universo, del hombre y la sociedad.

El “filósofo” que pretende describir el origen del universo, del hombre y de la sociedad se encuentra tan limitado como el poeta Hesíodo, que en su Teogonía invoca a las musas para saber a qué atenerse sobre el origen de los dioses. A semejanza de lo que dice el poeta, lo que expresa Platón no puede afirmarse ni verdadero ni falso, pues ni uno ni otro fueron testigos del origen de la humanidad y del universo. Este tipo de discursos, sin duda, entra en la categoría del mito.

 

 

Nos queremos aferrar a él pero, se escurre entre nuestros dedos

 

“El tiempo es el número de movimiento según el antes y el después…El tiempo no es movimiento, sino movimiento en tanto en cuanto admite enumeración. El tiempo es una especie de número. El tiempo es obviamente aquello que se cuenta, no aquello con lo cual contamos.” Escribirá Aristóteles en su FÍSICA.

           Alguna vez, en simbiosis con la Naturaleza, podemos sentir como se ha parado el Tiempo

Son definiciones muy sugestivas, aunque teñidas de circularidad: movimiento en el Tiempo, Tiempo a través del movimiento. Agustín de Hipona vio esto claramente. Célebre es asimismo su declaración: Si nemo a me quaerat, scio; si quaerenti explicari velim, nescio (CONFESIONES). En uno de los análisis más penetrantes del tema, sugirió Agustín la Mente como fuente de Tiempo: En ti es, mente mía, donde mido los tiempos.

Time is what happens when nothing else happens, afirma Feynman; para a continuación advertir que toda definición del Tiempo es necesariamente circular, y que lo importante no es decir qué es el Tiempo, sino decir cómo se mide lo que llamamos Tiempo. En su enciclopédico tratado sobre la gravitación, Misner, Thorne y Wheeler nos recuerdan de forma sencilla y profunda lo que toda medida del Tiempo físico debe cumplir: Time is defined so that motion looks simple.

El Tiempo es un concepto inventado por el hombre para ordenar, primero, sus sensaciones y actos, y luego, los fenómenos. Decían los escolásticos: Tempus est ens rationis cum fundamento in re. La primera unidad natural debió ser el día, por la ciclidad conspicua de las salidas del Sol. Los grandes avances científicos y tecnológicos a lo largo de los siglos han estado vinculados a los adelantos en la precisión con que se ha ido midiendo el Tiempo. Hoy disponemos de relojes que aseguran un segundo en 20 millones de años, y el paso de la femtoquímica a la attofísica empieza a ser una realidad.

No pocas veces nos podemos ver perdidos en la vorágine de lo que llamamos Tiempo, algo tan enorme que, en realidad, no sabemos lo que es. No lo hemos llegado a comprender, y, por si fuera poco, tampoco sabemos, si en realidad existe.

El tiempo antes de Einstein.

La física nació en torno al tiempo. Las regularidades en los ciclos astrales permitieron al acierto en las predicciones apoyadas en esta periodicidad, y con ello despertó sin duda la confianza del hombre en la racionalidad, inclinándole a escoger el cosmos frente al caos.

Breve historia de la medida del tiempo

La longitud de las sombras fue uno de los primeros métodos usados para fijar las horas. En el Museo Egipcio de Berlín hay un fragmento de piedra que posiblemente sea de un reloj de Sol de alrededor de 1500 a.C. Los babilonios desarrollaron los relojes de Sol, y se dice que el astrónomo Anaximandro de Mileto los introdujo en Grecia en el siglo VI a.C.

En el siglo II a C, Eratóstenes, de la Biblioteca de Alejandría, concibió y llevó a cabo la primera medida de las dimensiones de la Tierra de la que se tiene noticia. En el Año Internacional de la Astronomía, una de las actividades que se llevaron a cabo fue, precisamente averiguar el radio terrestre por el mismo método.

Aparte de relojes de Sol, en la antigüedad se usaron también relojes de arena, de agua, cirios y lámparas de aceite graduadas.

En la segunda mitad del siglo XIII aparecen los primeros relojes mecánicos. Su precisión era muy baja (10-20%). En el XIV se mejoran, con el invento del escape de rueda catalina, y ya se alcanzan precisiones de 20 a 30 minutos por día (1-2%). Por allá al año 1345 se empieza a dividir las horas en minutos y segundos.

El Tiempo físico asoma en el siglo XIV, en el Merton College Oxford y luego en la Universidad de París, con Oresme. Se representa en una línea horizontal, mientras en vertical se disponen las cualidades variables. Son los primeros gráficos de función (en este caso, función del Tiempo). La cinemática celeste brinda un buen reloj a través de la segunda ley de Kepler, midiendo Tiempos mediante áreas. La ley armónica de Kepler permitirá medirlos a través de longitudes. Galileo desarrolló la cinemática terrestre, y sugirió el reloj de péndulo. A Huygens debemos la técnica de medida del tiempo que ha llegado a nuestros días, y que suministró relojes más precisos y transportables mediante volantes oscilatorios acoplados a resortes de calidad.

Diseño del reloj de péndulo de Huygens, 1656 (imagen de dominio público).

La importancia, no sólo científica sino económica, de disponer de relojes precisos y estables, queda reflejada en el premio ofrecido por el gobierno inglés de la reina Ana en 1714, que dispuso that a reward be settled by Parliament upon such person o persons as shall discover a more certain and practicable method of ascertainig longitude that any yet in practice.

La recompensa era de 20, 000 libras para el que presentara un cronómetro capaz de determinar la longitud con error menor de 30´ de arco al término de un viaje a las Indias occidentales, equivalente a mantener el tiempo con error menor de 2 minutos tras seis semanas de viaje. Se la llevó casi medio siglo después el relojero británico John Harrison (1693-1776), con un reloj, conocido como H4, que incorporaba correcciones por variación en la temperatura, y que en un primer viaje de 81 días desde Porstmouth a Puerto Real (Jamaica) en 1761-62 se retrasó 5 s, esto es, de precisión 10⁻⁶ (10; 44).

Después se pasó a los de diapasón, de aquí a los de cuarzo, y hoy los atómicos ofrecen precisiones desde 10⁻¹² – 10⁻¹⁵ (Cs) hasta 10⁻¹⁶ (máser de H).

Una red de relojes atómicos de cesio, sincronizados mediante ondas de radio, velan actualmente por la exactitud de la hora sobre el planeta. Como señala Davies (10), ya no nos sirve como cronómetro el giro de la Tierra alrededor de su eje. Aunque durante siglos ha sido este viejo trompo un magnífico reloj de referencia, la falta de uniformidad de su giro (las mareas, por ejemplo, lo frenan incesantemente y alargan con ello el día en un par de milésimas de segundo por siglo, perceptible para los finos cronómetros actuales), y otras desviaciones estacionales, cuantitativamente similares a estos retrasos seculares, pero irregulares y de signo variable, son circunstancias que en conjunto obligan a añadir al tiempo civil un segundo intercalar cada uno o dos años (el último lo fue el 1 de enero de 1999, a las cero horas) con el fin de remediar la asincronía entre los tiempos atómicos y los días astronómicos. El día no tiene 86 400 s justos (donde el segundo se define como la duración de 9 192 631 770 períodos de una determinada vibración de los átomos de Cs. Hoy la tecnología alcanza precisiones fabulosas: relojes que en treinta millones de años se desviarían a lo sumo en un diminuto segundo, como el NIST-F1 (Boulder, Colorado).

El reloj atómico

Por norma general y para mayor exactitud del sistema, dentro del campo visual de cualquier receptor GPS siempre hay por lo menos 8 satélites presentes. Cada uno de esos satélites mide 5 m de largo y pesa 860 kg . La energía eléctrica que requieren para su funcionamiento la adquieren a partir de dos paneles compuestos de celdas solares adosadas a sus costados. Están equipados con un transmisor de señales codificadas de alta frecuencia, un sistema de computación y un reloj atómico de cesio, tan exacto que solamente se atrasa un segundo cada 30 mil años.

La posición que ocupan los satélites en sus respectivas órbitas facilita que el receptor GPS reciba, de forma constante y simultánea, las señales de por lo menos 6 u 8 de ellos, independientemente del sitio donde nos encontremos situado. Mientras más señales capte el receptor GPS, más precisión tendrá para determinar las coordenadas donde se encuentra situado.

Incluso hay relojes de pulsera comerciales (receptores de señales de radio) con precisión de un segundo por millón de años garantizada por un reloj atómico en una lejana estación. La naturaleza de altísima precisión: la estabilidad del púlsar binario b1855+09 puede ser de unas partes en 10¹⁵ o incluso mejor.

El tiempo en Newton:

En los PRINCIPIA, Newton empieza con una renuncia a definir el tiempo: El tiempo, el espacio, el lugar y el movimiento son de todos bien conocidos. Y no los defino. Pero digo que el vulgo no concibe esas cantidades más que por su relación a cosas sensibles. Para evitar ciertos prejuicios que de aquí se originan, es conveniente distinguirlas en absolutas y relativas, verdaderas y aparentes, matemáticas y vulgares.

A continuación, sin embargo, Newton se arrepiente de su primer impulso y aclara: El Tiempo absoluto, verdadero y matemático, de suyo y por su propia naturaleza fluye uniformemente sin relación a nada externo y se llama también duración: el tiempo relativo, aparente y vulgar es cualquier medida sensible y externa (exacta o no uniforme) de la duración por medio del movimiento y se usa vulgarmente en lugar del tiempo verdadero: tal como la hora, el día, el mes, el año.

                    El Tiempo siempre fluye e inexorable camina hacia el futuro sin mirar atrás

Sabemos del fluir del Tiempo por el cambio que se produce en nuestro Universo, en el Mundo, en Nuestras Vidas. Con el paso del Tiempo las cosas cambian y nada permanece. Por eso sabemos que está ahí

¿Qué significa que el Tiempo fluye? ¿Qué el tiempo “se mueve en el tiempo”? De nuevo la pescadilla mordiéndose la cola. El absolutismo del tiempo newtoniano recibió encendidas críticas. Leibniz opuso su idea de espacio y tiempos puramente relativos, el primero como un orden de coexistencia, el segundo como un orden de sucesiones de las cosas; ambos, espacio y tiempo, son phœnomena bene fundata.

 El Tiempo puede ser “relativo” dependiendo de las circunstancias en la que se encuentre cada cual: El Tiempo de los enamorados es efímero, el del enfermo en un hospital eterno, el del viajero a la velocidad de la luz se ralentiza…

 

Los argumentos dinámicos con que Newton arropa su tesis de la naturaleza absoluta de la rotación y con ello la de un espacio absoluto, apoyo posterior para el tiempo absoluto, también hallan fuertes objeciones. Para Berkeley esas razones de Newton lo único que muestran es la importancia del giro respecto de las masas lejanas del Universo y no respecto de un espacio absoluto, que él no acepta. Ernst Mach, en la segunda mitad del XIX, insistirá decididamente en este punto de vista, y desde su positivismo acosará los absolutos newtonianos. De “medieval”, “no científico”, “metafísico”, tilda Mach a Newton: No tenemos derecho a hablar de un tiempo “absoluto”: de un tiempo independiente de todo cambio. Tal tiempo absoluto no puede medirse por comparación con ningún movimiento; por tanto no tiene valor práctico ni científico, y nadie tiene derecho a decir que sabe algo de él. Es una concepción metafísica vana.

El tiempo en Einstein:

El tiempo newtoniano, absoluto, tuvo que dejar paso al tiempo einsteniano, mutable y relativo, con tantos “ahora” por suceso cuantos estados de movimiento mutuo imaginemos.

El tercero de los trabajo enviados por Albert Einstein (AE) en su Annus Mirabilis de 1905 a Annalen der Physik lleva por título “Zur Elektrodynamik Bewegter Körper” (“Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento”). Junto con el quinto, titulado “Ist der Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?” (“¿Depende la inercia de un cuerpo de su contenido de energía?”), constituyen lo que hoy se llama TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD.

                           Velocidad de la luz desde la Tierra a la Luna, situada a más de 380.000 km.

Da Albert Einstein un par de razones para justificar su tercer trabajo:

1. La insatisfacción que le produce la asimetría en la descripción maxwelliana de los fenómenos electromagnéticos: la acción entre un conductor y un imán depende solo del movimiento relativo entre ambos, pero la teoría de Maxwell distingue entre el caso de conductor en reposo y el caso de imán en reposo: a) En el primer caso el campo magnético móvil engendra un campo eléctrico, con una energía determinada, que a su vez produce corrientes en el conductor en reposo. b) En el segundo caso, no se produce ningún campo electrónico, sino una fuerza electromotriz en el conductor, sin energía asociada, que engendra una corriente como en el caso anterior.
2. La incapacidad de la óptica y del electromagnetismo (EM) para detectar el movimiento respecto del lichtmedium, es decir, de un inercial privilegiado. Esto le sugiere que la óptica y el EM tienen las mismas ecuaciones en todos los inerciales (sistemas en los que las leyes de la mecánica de Newton son las mismas). Y AE eleva esto a un principio, que llama “Prinzip der Relativität”, y le añade un compañero, aparentemente incompatible con él: “La velocidad de la luz en vacío es siempre la misma, con independencia del estado de movimiento del cuerpo emisor”

¿Será ese de arriba el rayo de luz de Einstein, o, por el contrario, será un asteroide que se nos viene encima?

Siendo todavía muy joven, en 1895-1896, ya le preocupaba el EM y la luz, como recordaba en 1955: “Si persiguiéramos a la velocidad de la luz un rayo de luz, veríamos una onda independiente del tiempo. ¡Tal cosa, sin embargo, no existe! Este fue el primer experimento mental, infantil, en relación con la teoría especial de la relatividad”.

Este tercer trabajo de Einstein en 1905 no contiene ninguna referencia a otros trabajos, ni suyos ni de otros (como Lorentz o Poincaré).

Consciente de que su postulado de la constancia de la velocidad de la luz choca frontalmente con la ley galileana de adición de velocidades, Albert Einstein revisa los cimientos de la Física, empezando por definir físicamente y con sumo cuidado el concepto de Gleichzeitigkeit o simultaneidad entre sucesos. Considera un sistema inercial, para el que supone válida la geometría euclidiana para calcular distancias entre objetos estacionarios a través de sus coordenadas respecto de sus ejes cartesianos. Si A, B son dos observadores estacionarios, provistos de relojes iguales, y A (B) manda una señal luminosa a B (A), quien la devuelve sin tardanza a A (B), diremos que el reloj de A está sincronizado con el reloj de B si

t(B) – t(A) = t’(A) – t(B),

donde t(A) es el tiempo marcado por el reloj de A cuando envía la señal a B, t(B) lo que marca el reloj de B al llegarle la señal de A y reemitirla, y t’(A) la lectura del reloj de A al recibir la devolución de B.

No parece el mejor método para medir la velocidad de la luz, el empleado por Galileo. Claro que, en aquellos tiempos…¿Qué se podía hacer?

Supone Albert Einstein que esta definición no lleva a contradicciones, que es en principio posible entre cualquier par de observadores estacionarios en el inercial, y que la relación de sincronización anterior es de equivalencia: Si A está sincronizada con B, también B lo está con A, y si además B lo está con C, también A y C lo están. A esto le siguen ecuaciones que quiero obviar para no dar complejidad al trabajo.

No existe “el” presente

Pasa Albert Einstein a enunciar con precisión el principio de relatividad y el postulado de la constancia de la velocidad de la luz en el vacío:

1. Las leyes que rigen los cambios de los sistemas físicos son las mismas en todos los inerciales.
2. Todo rayo de luz se mueve en cualquier inercial con una misma velocidad, c, independientemente del movimiento de su fuente.

Como consecuencia, demuestra que el concepto de sincronía, y por ende de simultaneidad, es relativo, no absoluto. La noción de “presente”, “ahora” o cualquier instante determinado depende del referencial inercial.

           Algunos incluso hablaron de energía taquiónica

¿Más rápido que la luz?

Parece que en nuestro Universo no es posible que algo vaya más rápido que la luz en el vacío

¿Existen partículas que se muevan con velocidad superior a la de la luz? Sí; por ejemplo, cualquier partícula que lleve en agua, a temperatura entre 0 y 50 ºC, una velocidad ν > c / n, n = 1.3, irá más deprisa en ese medio que los fotones del espectro visible. Lo mismo ocurre con la mayoría de los rayos cósmicos que llegan a la atmósfera; son super-lumínicos en relación con la velocidad de la luz en el aire. Precisamente en esta posibilidad de rebasar la velocidad de la luz en un medio reside el efecto Cherenkov.

Lo que no se conocen son taquiones, o partículas que se muevan más deprisa que la luz en el vacío. Si existieran, podrían utilizarse para mandar información al pasado. Violando el orden causa-efecto. Por ello se “decreta” su inexistencia.

En fin, que la velocidad de la luz en el vacío, al menos que sepamos, es infranqueable. Es un límite impuesto por la Naturaleza al que habrá que vencer, no superándolo (que no se puede), sino mediante una artimaña física inteligente que logre burlar dicho límite.

                                                       Año mundial de la Física

En realidad, un Homenaje a Einstein por haber pasado más de un siglo desde aquel acontecimiento memorable de la Relatividad Especial en el año 1.905 y estar a punto de cumplirse otro siglo desde su relatividad general de 1905. Dos acontecimientos que marcaron el camino de la Física y la Cosmología. Precisamente ahora, se cumplen los 100 años desde que Einstein diera al mundo la segunda parte de su Teoría.

emilio silvera

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