Las Hiper-gigantes son las estrellas más luminosas conocidas en nuestro Universo

Hace algún tiempo que salió la noticia en los medios:

“Un equipo de científicos europeos, entre ellos investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha hecho públicos los resultados de 30 años de investigación sobre la estrella hiper-gigante HR 8752, que han revelado el eslabón perdido en la evolución de este tipo de astros. Concretamente, han descubierto que, la región inestable conocida como Vacío Evolutivo Amarillo, puede cambiar profundamente la evolución de una estrella ya que, en estas tres décadas, HR 8752 ha aumentado de forma espectacular su temperatura superficial en 3.000 Kelvin (K) a su paso por esta región.”

                                     

                                                             

                                         

                           

                                                 

                     

                                             Debajo de estas imágenes, en la prensa se pudio leer:

“Descubierta una estrella monstruosa con 300 veces la masa del Sol, el astro rompe todos los récords y previsiones teóricas. Una estrella de 300 veces la masa de nuestro Sol es algo no sólo nunca visto hasta ahora sino también completamente inesperado para los astrónomos, que estimaban el límite máximo de masa en unas 150 veces la solar. Pero la han encontrado. Todavía se la conoce sólo por su anodino nombre oficial, R136a, y la han localizado unos científicos en la nebulosa Tarántula, de la galaxia vecina Gran Nube de Magallanes, a unos 165.000 años luz de distancia de la Tierra. “La existencia de un monstruo así, millones de veces más luminoso que el Sol, y perdiendo peso por los intensos vientos estelares, puede ayudarnos a responder una pregunta clave. ¿Cómo de masivas pueden ser las estrellas?”.

                           

                           

                           

                                   

                                   Ahora es Antares la que se puede pavonear ante las demás

Del grupo destaca Antares, una supergigante M 1,5, 10 000 veces más luminosa que el Sol y con un diámetro que es probablemente más de 500 veces el del Sol. Nos contempla desde 520 a.l. de distancia y tiene una compañera enana. Su color es el rojo intenso.

Aldebarán, la estrella Alfa Tauri, es una Gigante K5. Aparentemente forma parte del grupo de estrella de las Hyades, aunque en realidad sólo está a 60 a.l., aproximadamente la mitad de la distancia del cúmulo.

Betelgeuse, la estrella Alfa Orionis, la décima más brillante del cielo, es una gigante tipo M2 que es una variable semirregular. Se dice que está a unos 400 a.l. de la Tierra y su luminosidad es 5000 veces superior a la del Sol pero, si se encuentra a la misma distancia de la Asociación de Orión (como algunos postulan), la luminosidad verdadera sería de 50 000 veces la del Sol. Su diámetro es cientos de veces el del Sol. Su brillo varía a medida que se expande y contrae en tamaño.

 

El Sol se convertirá en Gigante roja y después en enana blanca, dejando una Nebulosa planetaria

              El puntito blanco del centro es la enana blanca. Este será el final de nuestro Sol

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“Mioceno precede al Plioceno. Comenzó hace 23 millones de años y terminó hace unos 5 millones de años. En este período continuó la elevación de cordilleras como los Pirineos, los Alpes y el Himalaya.”

        Selva tropical

Hace unos veinte millones de años, durante el Mioceno, la Tierra vivió unas condiciones climáticas paradisíacas.  Los casquetes polares, con una emplazamiento distinto del actual, apenas eran una pequeñas manchas de hielo; el nivel de los mares era mucho más elevado que en la actualidad, y la mayor parte de los lugares que ahora ocupan las ciudades y las playas en las que pasamos las vacaciones estaban cubiertos por los océanos.  El agua del mar era como la que hoy podemos encontrar en los trópicos.

El mundo de finales del Mioceno era, por lo tanto, un mundo muy diferente del nuestro: con distintos olores, con extraños sonidos y ni siquiera el cielo de hace veinte millones de años era parecido al que hoy podemos contemplar en una noche cualquiera.  Las constelaciones de estrellas eran de otras formas y mostraban configuraciones distintas de las que ahora están allá arriba.  Muchas de las estrellas que hoy admiramos en las noches de cielo despejado aún no habían aparecido y otras que entonces brillaban ya no existen.

Pongo este ejemplo de algo que conozco para mostrar los cambios irreversibles que se producen a medida que avanza la línea del tiempo.  Al igual que se produjeron en nuestro mundo, se producirán en nuestros conocimientos, nuestro nivel de conciencia también, de manera irreversible, evoluciona.  A medida que a nuestro cerebro llegan nuevos datos sobre cuestiones muy diversas, éste los va reciclando, ordenándolos, interrelacionándolos y finalmente clasificándolos de manera tal que, los tiene dispuestos para conectarlos a nuevos datos y nuevas informaciones que, por distintos medios, naturales o artificiales aparecen para sumarse a las que ya existen, y de esta forma, hemos ido avanzando, desde aquella materia “inerte” a la materia compleja y pensante que somos los seres vivos inteligentes.

    Pero en el ejemplo que antes puse de hace veinte millones de años, nuestros antepasados más cercanos ni habían aparecido.  Más tarde, interminables selvas húmedas estaban pobladas por una vegetación exuberante, por plantas y árboles gigantescos, cuajadas de una interminable variedad de especies vegetales que embriagaban el aire caliente y húmedo con mil aromas.  Pululaban y bullían en ellas miles de insectos diferentes y las habitaban reptiles diversos, desde pequeñas lagartijas hasta gigantescas serpientes.  Los dinosaurios habían desaparecido muchos millones de años antes y, en su lugar, numerosas aves y mamíferos vegetarianos se alimentaban de los inagotables recursos que ofrecían los bosques.  Una muchedumbre de depredadores prosperaba alimentándose de los herbívoros, bien alimentados y abundantes.

  Lo que dicen los primates del Mioceno sobre la evolución Humana

En aquellas selvas, los simios se encontraban en su paraíso.  Las condicione climatológicas eran las más adecuadas: siempre reinaba la misma temperatura cálida, y la lluvia que con frecuencia caía, era también caliente. Apenas tenían enemigos peligrosos, ya que, ante la menor amenaza, en dos saltos estaban en refugio seguro entre las ramas de los árboles, hasta donde ningún depredador podía perseguirles. En este escenario, en el que había poco riesgo, alimentos abundantes y las condiciones más favorables para la reproducción, surgieron nuestros antepasados.

Hace unos cinco millones de años, a comienzos del Pleistoceno, el período que siguió al Mioceno, en los bosques que entonces ocupaban África oriental, más concretamente en la zona correspondiente a lo que hoy es Kenia, Etiopía y Nigeria, habitaba una estirpe muy especial de monos hominoideos:

Los Ardipithecus ramidus. Éstos, como el resto de primates, estaban adaptados a vivir en zonas geográficas en las que no existían variaciones estacionales. Porque los monos, en general, no pueden soportar largos periodos en los que no haya frutas, hojas verdes, tallos, brotes tiernos o insectos de los que alimentarse: por eso solo viven en zonas tropicales, salvo muy contadas excepciones.

Los fósiles de quien hoy se considera uno de nuestros primeros antepasados, el Ardipithecus ramidus, han aparecido siempre junto a huesos de otros mamíferos cuya vida estaba ligada al bosque.  Se puede suponer, por lo tanto, que habitaba un bosque que aún era espeso, con algunos claros, y abundante en frutas y vegetales blandos, aunque el enfriamiento progresivo que se venía produciendo en esos últimos miles de años y las catastróficas modificaciones geológicas tuvieron que reducir la disponibilidad de los alimentos habituales de estos simios.

El Ardipithecus ramidus no abandonaba nunca sus selvas.  Como los monos antropomorfos de hoy, debía tratarse de una especie muy poco tolerante a los cambios ambientales.   Todo apunta a que se auto-confinaban en la búsqueda de la comodidad fresca y húmeda y la fácil subsistencia que les proporcionaba sus bosques y nunca traspasaban los límites: en la linde se encontraba, para él, el fin del mundo, la muerte.

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, adaptadas 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 sentido del oído tampoco debía de estar muy desarrollado: contaban con orejas de pabellones pequeños que no tenían la posibilidad de modificar su orientación.  En cambio, poseían un refinado sentido del gusto, ya que en su dieta tenían cabida muchos sabores diferentes; de ahí deriva el hecho de que cuando nos resfriamos y tenemos la nariz atascada los alimentos pierdan su sabor.

A pesar de su escasa capacidad cerebral, es posible que en ocasiones se sirviera de algún utensilio, como alguna rama para defenderse, y de un palito para extraer insectos de sus escondites, y hasta utilizara piedras para partir semillas. El uso de estas herramientas no era premeditado, sino que acudían a él de manera instintiva en el momento que lo necesitaban y luego no conservaba el utensilio, sencillamente los abandonaban para buscar otro nuevo en la próxima ocasión.

Con el paso de los años fueron evolucionando y transformándose físicamente, perdiendo sus enormes colmillos, el pelo, la forma simiesca de desplazarse.  El cambio climático introdujo una modificación ecológica y trajeron dificultades para encontrar alimentos lo que hizo que los individuos de esa especie de simios estuvieran permanentemente amenazados de muerte.  En consecuencia, las ventajas genéticas de adaptación al medio les trajeron variaciones como la ya mencionada reducción de los caninos, se convertían en algo decisivo para que llegaran a hacerse adultos con un óptimo desarrollo y que se reprodujeran más y con mayor eficacia.

La existencia dejó de ser idílica para estar rodeada de riesgos que, constantemente, amenazaban sus vidas por los peligrosos depredadores que acechaban desde el cielo, desde el suelo o desde las propias ramas de los árboles en los que el Ardipithecus ramidus pasaba la totalidad de su existencia.

Pasaron un par de millones de años, el planeta continuó evolucionando junto con sus pobladores y, según los indicios encontrados en las sabanas del este de África,  allí vivieron unos homínidos que tenían el aspecto y el cerebro de un chimpancé de hoy.  Caminaban sobre dos pies con soltura, aunque sus brazos largos sugieren que no despreciaban la vida arbórea; eran los Australopithecus.  De una hembra de Austrolopithecus aferensis que se paseaba por la actual Etiopía hace tres millones de años poseemos un esqueleto completo: Lucy.

Sabemos que la selección natural sólo puede producirse si hay variación.  La variación supone que los descendientes, si bien pueden tener muchos caracteres comunes con sus padres, nunca son idénticos a ellos.  La selección natural actúa sobre estas variaciones favoreciendo unas y eliminando otras, según si proporcionan o no ventajas para la reproducción; las que sobreviven y se reproducen son las que están mejor dotadas y mejor se adaptan al entorno.  Estas variaciones vienen dadas por mutación (inapreciable en su momento) y por recombinación de genes y mezclas enriquecedoras de la especie.  Ambos procesos, en realidad se rigen exclusivamente por el azar, es decir, ocurren independientemente de que los resultados sean o no beneficiosos para los individuos, cuando se producen.

        Australopithecus afarensis

Los cambios ecológicos y climáticos progresivos, junto con la aparición casual de unas afortunadas mutaciones, permitieron que unos simios como los antes mencionados Ardipithecus ramidus se transformaran a lo largo de miles de años en los Australopithecus afarensis.  El segundo peldaño en la escalera de la evolución del hombre se había superado: la bipedestación.  Esta ventaja evolutiva les permitió adaptarse a sus nuevas condiciones ambientales, no solo proporcionándoles una mayor movilidad por el suelo, sino liberando sus manos para poder acarrear alimentos y consumirlos en un lugar seguro. Hay que tener en cuenta que, al desplazarse erguidos, estos homínidos regulaban mejor su temperatura corporal en las sabanas ardientes porque exponían menos superficie corporal al sol abrasador.  También podían percibir con mayor antelación el peligro.  Por supuesto, estos cambios positivos, también incidieron en el despertar de sus sentidos.

Correr para salvarse desarrolló sus pulmones y el corazón, los peligros y la necesidad agudizó su ingenio y su mente se fue desarrollando, apareció la extrañeza por lo desconocido, lo que mucho más tarde sería curiosidad.

El tiempo siguió transcurriendo miles de años, los siglos se amontonaban unos encima de otros, cientos de miles de años hasta llegar al año 1.500.000 antes de nuestra era, y seguiremos en África.

Al iniciar la época denominada Pleistoceno, hace un millón ochocientos mil años, el mundo entró en un periodo aún más frío que los anteriores en el que comenzaban a sucederse una serie de periodos glaciales, separados por fases interglaciares más o menos largas.  Cerca de los polos de la Tierra, los periodos glaciales ocasionaron la acumulación de espesas capas de hielo a lo largo de los miles de años en que persistió el frío más intenso; luego, en los miles de años siguientes que coincidieron con una fase más cálida, los hielos remitieron algo, aunque no desaparecieron por completo.

En las latitudes más bajas, como en el este africano, la mayor aridez del clima favoreció que prosperara un tipo de vegetación hasta entonces desconocido, más propio de las zonas desérticas.  También se incrementaron las sabanas de pastos, casi desprovistas de árboles, semejantes a las praderas, las estepas o las pampas actuales.

A lo largo del millón y medio de años transcurridos desde que Lucy se paseaba por África habían surgido numerosas especies de homínidos, algunas de las cuales prosperaron durante cientos de miles de años y luego desaparecieron.

Por aquellos tiempos habitaba la zona del este de África el primer representante del género Homo:

El Homo hábilis, un antecesor mucho más próximo a nosotros que cualquiera de las anteriores especies, con una capacidad craneal de entre 600 y 800 cm³ y que ya era capaz de fabricar utensilios de piedra, aunque muy toscos.  Es conveniente tener en cuenta que la aparición de una nueva especie no tiene por qué coincidir necesariamente con la extinción de la precedente.  En realidad, muchas de estas especies llegaron a convivir durante miles de años.

Las peripecias de estos personajes por sobrevivir llenarían varios miles de comentarios como este y, desde luego, no es ese el motivo de lo que aquí queremos explicar, más centrado en hacer un repaso desde los orígenes de nuestros comienzos hasta nuestros días y ver que la evolución del conocimiento es imparable, desde las ramas de los árboles y los gruñidos, hemos llegado hasta la Mecánica Cuántica y la Relatividad General que, mediante sofisticadas matemáticas nos explican el mundo en el que vivimos, el Universo al que pertenecemos, y las fuerzas que todo lo rigen para crear la materia.

Pero continuemos.  En dos millones de años de evolución se dobló el volumen cerebral desde los 450 cm³ del Australopithecus aferensis hace cuatro millones de años hasta los 900 cm³ del Homo ergaster.  Es un misterio cómo se llegó a desarrollar nuestro cerebro con una capacidad de 1.300 cm³ y una complejidad estructural tan sorprendente como se comentaba en las primeras páginas de este trabajo.

Pero también resulta un misterio cómo fue posible que nuestro cerebro evolucionara a la velocidad a la que lo hizo: en apenas tres millones de años el volumen cerebral pasó de 450 a 1.300 cm³.  Esto representa un crecimiento de casi 30 mm³ por siglo de evolución.  Si consideremos una duración media de treinta años para cada generación, han pasado unas cien mil generaciones desde Lucy hasta nosotros, lo que supone un crecimiento medio de 9 mm³ de encéfalo por cada generación.

El aumento del volumen del cerebro es una especialización como la de cualquier otro órgano, y la selección natural favoreció el crecimiento encefálico porque proporcionó ventajas de supervivencias y reproducción en el nicho ecológico de los homínidos.  Tradicionalmente, a la hora de abordar la cuestión de la evolución del cerebro se plantean grandes cuestione: ¿Para qué necesitaron nuestros antecesores un cerebro grande? ¿Por qué la evolución desarrolló una estructura que permite sembrar una huerta, componer una sinfonía, escribir una poesía o inventar un tensor métrico que nos permita operar con dimensiones más altas curvas del espacio?

Estas y otras muchas preguntas, nunca tienen una respuesta científica convincente.  Eso sí, sabemos que nuestro cerebro es un lujo evolutivo, la herramienta más delicada, compleja y precisa jamás creada en la biología.

El cerebro es un órgano que consume mucha energía y posee una elevada actividad metabólica.  El cerebro humano tiene una actividad metabólica varias veces mayor de lo esperado para un primate de nuestro mismo peso corporal: consume entre un veinte y un veinticinco por 100 del gasto energético en reposo (metabolismo basal), en comparación con el ocho a diez por 100 de consumo energético para los primates.  Además, el cerebro es exquisito y muy caprichoso en cuanto al combustible que utiliza para producir energía; no le sirve cualquier cosa.  En situaciones normales el cerebro sólo consume glucosa y utiliza 100 gr. de este azúcar cada día, la cual procede de los hidratos de carbono ingeridos con los alimentos vegetales.  Sólo en casos de extrema necesidad, por ejemplo cuando llevamos varios días sin comer hidratos de carbono, el cerebro recurre a su combustible alternativo, un sucedáneo, que son los cuerpos cetónicos que proceden de las grasas.

A causa de estas peculiaridades metabólicas del tejido cerebral, su funcionamiento entraña un importante consumo de recursos y gasta una notable cantidad de combustible metabólico.  Estos valores aumentan si consideramos el precio del desarrollo del cerebro; el cerebro de un recién nacido representa el doce por 100 del peso corporal y consume alrededor del sesenta por 100 de la energía del lactante.  Una gran parte de la leche que mama un niño se utiliza para mantener y desarrollar su cerebro.

Los ladrillos del cerebro: Es evidente que el estímulo para la expansión evolutiva del cerebro obedeció a diversas necesidades de adaptación como puede ser el incremento de la complejidad social de los grupos de homínidos y de sus relaciones interpersonales, así como la necesidad de pensar para buscar soluciones a problemas surgidos por la implantación de sociedades más modernas cada vez.  Estas y otras muchas razones fueron las claves para que la selección natural incrementara ese prodigioso universo que es el cerebro humano.

Claro que, para levantar cualquier edificio, además de un estímulo para hacerlo se necesitan los ladrillos específicos con las que construirlo y la energía con la que mantenerlo funcionando.

La evolución rápida del cerebro no solo requirió alimentos de una elevada densidad energética y abundantes proteínas, vitaminas y minerales; el crecimiento del cerebro necesitó de otro elemento fundamental:

                   Representaciones en tres dimensiones de varios ácidos grasos.

Un aporte adecuado de ácidos grasos poliinsaturados de larga cadena, que son componentes fundamentales de las membranas de las neuronas, las células que hacen funcionar nuestro cerebro.

Nuestro organismo, como ya he señalado, es incapaz de sintetizar en el hígado suficiente cantidad de estos ácidos grasos; tiene que conseguirlos mediante la alimentación.  Estos ácidos grasos son abundantes en los animales y en especial en los alimentos de origen acuático (peces, moluscos, crustáceos).   Por ello, algunos especialistas consideran que la evolución del cerebro no pudo ocurrir en cualquier parte del mundo y, por lo tanto, requirió un entorno donde existiera una abundancia de estos ácidos grasos en la dieta: un entorno acuático.

El cerebro humano contiene 600 gramos de estos lípidos tan especiales imprescindibles para su función.  Entre estos lípidos destacan los ácidos grasos araquidónico (AA, 20:4 W-6) y docosahexaenoico (D H A, 22:6 W-3); entre los dos constituyen el noventa por 100 de todos los ácidos grasos poliinsaturados de larga cadena en el cerebro humano y en el resto de los mamíferos.

Una buena provisión de estos ácidos grasos es tan importante que cualquier deficiencia dentro del útero o durante la infancia puede producir fallos en el desarrollo cerebral.

El entorno geográfico del este de África donde evolucionaron nuestros ancestros proporcionó una fuente única nutricional, abundante de estos ácidos grasos esenciales para el desarrollo cerebral.  Esta es otra de las circunstancias extraordinarias que favoreció nuestra evolución.

Los lagos africanos tuvieron una importante “misión” para ayudar la evolución del Homo

Las evidencias fósiles indican que el género Homo surgió en un entorno ecológico único, como es el formado por los numerosos lagos que llenan las depresiones del valle del Rift, el cual, en conjunto y desde un punto de vista geológico, es considerado un “proto-océano”.  El área geográfica formada por el mar Rojo, el golfo de Adén y los grandes lagos del Rift forman lo que en geología se conoce como “océano fallido”.  Son grandes lagos algunos de una gran profundidad (el lago Malwi tiene 1.500 metros y el lago Tanganika 600 m.) y de una enorme extensión (el lago Victoria, de casi 70.000 km², es el mayor lago tropical del mundo).  Se llenaban, como hacen hoy, del agua de los numerosos ríos que desembocan en ellos; por eso sus niveles varían según las condiciones climatológicas regionales y estaciónales.

Muchos de estos lagos son alcalinos debido al intenso volcanismo de la zona.  Son abundantes en peces, moluscos y crustáceos que tienen proporciones de lípidos poliinsaturados de larga cadena muy similares a los que componen el cerebro humano.  Este entorno, en el que la especie Homo evolucionó durante al menos dos millones de años, proporcionó a nuestros ancestros una excelente fuente de proteínas de elevada calidad biológica y de ácidos grasos poliinsaturados de larga cadena, una combinación ideal para hacer crecer el cerebro.

Ésta es otra de las razones en las que se apoyan algunos para sugerir que nuestros antecesores se adaptaron durante algunos cientos de miles de años a un entorno litoral, posiblemente una vida lacustre, en el “océano fallido” de los grandes lagos africanos y que nuestra abundante capa de grasa subcutánea es la prueba de esta circunstancia de nuestra evolución.

La realidad es que este entorno lacustre proporcionó abundantes alimentos procedentes del agua, ricos en proteínas de buena calidad y en ácidos grasos poliinsaturados.  Estos alimentos completaban la carroña incierta o la caza casi imposible.  Durante cientos de miles de años evolucionaron los homínidos en este entorno entre la sabana ardiente y las extensiones interminables de aguas someras por las que vagaban los clanes de nuestros antepasados chapoteando a lo largo de kilómetros en busca de alimento.  Este entorno único no solo garantizó los nutrientes necesarios para desarrollar el cerebro, sino que aceleró numerosos cambios evolutivos que confluirían en el Homo sapiens.

Diferentes pero iguales

Nuestra especie es muy homogénea en sus características: somos muy similares a pesar de lo que pudiera parecer a causa de las diferencias del color en la piel o en los rasgos faciales de las diferentes poblaciones.  Tanto los datos de la genética homo los de la paleantropología muestran que los seres humanos, como especie, procedemos de un grupo pequeño de antepasados que vivían en África hace unos cuatrocientos mil años.

Hemos logrado determinar con precisión nuestros orígenes como especie mediante precisos análisis genéticos; por ejemplo, los estudios llevados a cabo sobre los genes de las mitocondrias pertenecientes a individuos de todas las poblaciones del mundo y de todas las razas.

Estudiando el A D N mitocondrial de miles de personas se ha llegado a formular la llamada “Teoría de la Eva Negra”, según la cual todos nosotros, los Homo sapiens, procedemos de una hembra que vivió en algún lugar de África hace ahora unos tres cientos mil años.  Otros estudios se han realizado mediante el análisis del polimorfismo del cromosoma Y.

Pero tanto unos estudios como otros han dado el resultado similar.  Los estudios del material genético del cromosoma Y confirman que la Humanidad tuvo un antepasado varón que vivió en África hace unos doscientos mil años.  Seria la “Teoría del Adán Negro”.  Estudios del Gen de la hemoglobina ratifican que todas las poblaciones humanas modernas derivan de una población ancestral africana de hace unos doscientos mil años compuesta por unos seiscientos individuos.

Los hallazgos paleoan-tropológicos ratifican el origen único y africano de nuestra especie.  Se han encontrado en diversa regiones de África algunos fósiles, de características humanas modernas, con una antigüedad de entre tres cientos mil y cien mil años; estos incluyen: el cráneo de kabwe (en Zambia), de 1.285 c.c.; el fósil KNM-ER-3834 del lago Turkan, en Kenia, de casi litro y medio; los fósiles encontrados en los yacimientos de Border Cave y Klassies River Mouth, de África del sur; y los esqueletos y cráneos encontrados en los enterramientos de la Cueva de Qafzeh y del abrigo de Skhul, ambos en Israel y datados en unos cien mil años.

En 1.968 se descubrieron en Dordoña el cráneo y el esqueleto de uno de nuestros antepasados, al que se denominó Hombre de Cro-Magnon.  Hoy sabemos que hace unos cuarenta mil años aparecieron en Europa unos inmigrantes de origen africano, que eran los primeros representantes de la especie Homo sapiens sapiens que alcanzaban estos territorios.  Llegaron con unas armas terribles e innovadoras, conocían el modo de dominar el fuego y poseían una compleja organización social; y por lo que se refiere a las otras especies de homínidos que habitaban por aquel entonces Europa, concretamente los Homo neandertales, al parecer, los eliminaron por completo.

Los cromañones poseían las características de los pobladores de las regiones próximas al ecuador: poco macizos, muy altos y de brazos y piernas largas; sus huesos eran muy livianos por aumento del canal medular, dentro de la diáfisis.  Los huesos que formaban las paredes del cráneo eran más finos, que los de sus predecesores.  Habían sufrido una reducción de la masa muscular.  El desarrollo de armas que podían matar a distancia con eficacia y sin requerir gran esfuerzo, como los propulsores, las hondas y, más tarde, el arco y las flechas, hicieron innecesarias una excesiva robustez.  En general, eran muy parecidos a nosotros y, hasta tal punto es así que, si cogiéramos a uno de estos individuos, lo lleváramos a la peluquería, le pusiéramos un buen traje, y lo sacáramos de paseo, se confundiría con el resto de la gente sin llamar a atención.

Llegados a este punto, no merece la pena relatar aquí las costumbres y forma de vida de esas poblaciones que, en tantos y tantos escritos hemos podido leer y conocemos perfectamente.  El objeto de todo esto era esbozar un perfil de lo que fuimos, de manera que dejemos ante nosotros la evolución por la que hemos pasado  hasta llegar aquí, y, a partir de ahora, pensar en la evolución que nos queda hasta convertirnos en los seres del futuro que, seguramente, regirán en el Universo.

En todo esto que estamos tratando, tenemos que luchar con dos problemas enormes:

1. Nuestra ignorancia
2. La existencia o no existencia de Dios

                 Somos una parte de él y queremos conocerlo

Está claro que, el punto uno, se va resolviendo poco a poco, a medida que transcurren los siglos y vamos avanzando en los conocimientos del mundo y del Universo que nos acoge.  También, algo más despacio, conocemos de nosotros mismos, de las sensaciones que percibimos y de las fuerzas internas que nos empujan a ciertos comportamientos, no pocas veces inexplicables.  ¿Cómo podríamos explicar el comportamiento de un enamorado?  Para bien o para mal, los sentimientos son los que nos mueven.

Richard Dawkins, biólogo y evolucionista británico ha publicado un libro que ha titulado El espejismo de Dios, en el que pretende demostrar científicamente que el Sumo Creador es una pura ficción de la Mente Humana y, refuta de manera sistemática los argumentos teológicos clásicos de San Anselmo, San Agustín, y Santo Tomás, exponiendo en contra la tesis más sencilla y coherente para explicar el surgir de alas en los pájaros, aletas en los peces y la misma vista, dejando las creencias religiosas o viejos sentimientos y creencias tribales nacidas desde la ignorancia y el miedo a lo desconocido.

¡Pobre Sr. Dawkins! no sabe en el lío que se ha metido.

En fin, el tema sería mucho más largo pero, el breve repaso nos contó lo que hicimos en el Pasado.

emilio silvera

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“Desde que fue propuesto por Yoichiro Nambu en 1960, el concepto de ruptura espontánea ha sido central en la física de partículas, tanto en la formulación del Modelo Estándar como en los modelos que se han propuesto más allá de él. Merece la pena por ello que profundicemos un poco más en esta idea.

El proceso de ruptura espontánea es equivalente al que tiene lugar si nos subimos a la cúspide de una cúpula semiesférica y nos dejamos deslizar por su superficie hasta la base. Cuando estamos arriba, observamos el aspecto simétrico de la cúpula (invariante bajo rotaciones en torno a su eje vertical).”

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                                                                                      David Hilbert

El nombre de David Hilbert (1862–1942) ocupa un lugar muy especial en el imaginario colectivo de los matemáticos . Sin duda se trata del matemático más famoso del siglo XX, a lo que contribuyeron de manera muy especial su aportación a la configuración de los métodos axiomáticos actuales, sus profundos resultados en álgebra, teoría de números, geometría y teoría de funciones [análisis complejo], los celebérrimos “problemas matemáticos” que dejó planteados en 1900, y las venturas y desventuras de sus intentos de resolver la cuestión de los fundamentos de la matemática.

Esas letras que se ven gravadas abajo, en la piedra, lo que dicen es su célebre: ” “wir müssen wissen, wir werden wissen” [debemos saber; llegaremos a saber]. 

Son muchos los matemáticos que dejaron curiosos epitafios en sus tumbas:

Tumba de Max Born y de su esposa, donde como epitafio está grabada la ecuación del principio cuántico de incertidumbre

Recibió el premio Nobel en 1914 por  sus trabajos sobre la difracción de RX por las redes cristalinas, que están en el núcleo de la física cuántica. A pie de su tumba  se colocó una placa en el centenario de Werner Heisenberg como homenaje a la admiración que siempre tuvo Heisenberg por su profesor, (la tumba de Heisenberg está en Munich).  En 1924 Werner Heisenberg vino como asistente a la universidad, y junto con Max Born y Pascual Jordan desarrolló la mecánica cuántica. 

Pero yo quería hablar de los físicos y de un hecho hecho cierto: Max Planck, (Kiel 1858 – Gotinga 1947), físico y matemático alemán considerado como el fundador de la teoría cuántica y galardonado con el Premio Nobel de Física en 1918. Después de la guerra la academia prusiana de las ciencias pasó a llamarse Instituto Max Planck en su honor.  de que son conscientes de que, en el panorama de su disciplina, en el lejano horizonte, vislumbran oscuros nubarrones  que empañan el paisaje, oscurecen el futuro y perturban sus pensamientos al ver con diáfana claridad las dificultades que tendrán que solventar si quieren continuar en el camino del progreso desvelando los secretos de la naturaleza.

Pero pasemos a los hechos:

    Las dos grandes teorías de lo muy grande y de lo muy pequeño

Ellos, los físicos, son muy conscientes de que toda la física moderna está apoyada sobre la base de dos imponentes columnas: La Relatividad General de Einstein, que proporciona un marco teórico para la comprensión del universo en la escala más alta: estrellas, galaxias, cúmulos de galaxias y más allá, hasta los confines del universo observable en su continua expansión. La otra columna es la Mecánica Cuántica, que les ofrece el marco teórico para la comprensión del Universo en sus mínimas escalas: Átomos y moléculas comenzando por las partículas  que todo lo conforman como los Quarks y los electrones.

El estudio de fenómenos a escala microscópica mediante las hipótesis de la cuantización de la energía y la dualidad onda-partícula fue desarrollado bajo el nombre de Mecánica cuántica por Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Paul Dirac y el mismo Einstein entre otros muchos, a partir de la idea seminal de Max Planck con su cuanto de acción, h, allá por los alrededores de 1925-1926, Aunque el trabajo de Einstein, inspirado en el de Planck, sobre el Efecto fotoeléctrico fue antes (creo).

A partir de 1930 la mecánica cuántica se aplicó con mucho éxito a problemas relacionados con núcleos atómicos, moléculas y materia en estado sólido. La mecánica cuántica hizo posible comprender un extenso conjunto de datos, de otra manera enigmáticos. Sus predicciones han sido de una exactitud notable. Ejemplo de esto último es la increíble precisión de 17 cifras significativas del momento magnético del electrón calculadas por la EDC (Electrodinámica Cuántica) comparadas con el experimento.

Louis De Broglie y su teoría de Onda-Partícula

Imagen ilustrativa de la dualidad onda-partícula, en el que se aprecia cómo un mismo fenómeno puede ser percibido de dos modos distintos. La mecánica cuántica describe, en su visión más ortodoxa, cómo en cualquier sistema físico –y por tanto, en todo el universo- existe una diversa multiplicidad de estados, los cuales habiendo sido descritos mediante ecuaciones matemáticas por los físicos, son denominados estados cuánticos. De esta forma la mecánica cuántica puede explicar la existencia del átomo y desvelar los misterios de la estructura atómica, tal como hoy son entendidos; fenómenos que no puede explicar debidamente la física o más propiamente la mecánica clásica.

                                                      Entrelazamiento cuántico  (∂+m)ψ=0

“Si dos sistemas interactúan uno con el otro durante un cierto período de tiempo y luego se separan, lo podemos describir como dos sistemas separados, pero de alguna manera sutil están convertidos en un solo sistema. Uno de ellos sigue influyendo en el otro, a pesar de kilómetros de distancia o años luz.”

Pocas dudas nos pueden caber sobre el hecho cierto de que, la Mecánica cuántica ha sido uno de los más grandes avances de la Humanidad y, gracias a ella, hemos podido tener acceso a grandes logros e inventos que hoy hacen más cómoda nuestras vidas y también, en el campo de las nuevas tecnologías este apartado de la física, ha tenido mucho que decir: Explica el comportamiento de la materia y de la energía. Su aplicación ha hecho posible el descubrimiento y desarrollo de muchas tecnologías,  como por ejemplo, los transistores, componentes profusamente utilizados en casi todos los aparatos que tengan alguna parte funcional electrónica y muchos más cuya lista pormenorizada no cabría aquí en un simple comentario.

A lo largo de años de investigación, los físicos han confirmado experimentalmente, con una exactitud casi inimaginable, la práctica totalidad de las predicciones que hace cada una de estas dos teorías (la Relatividad General y la Mecánica Cuántica). Sin embargo, estos mismos instrumentos teóricos conducen a otra conclusión inquietante: tal como se formulan actualmente, la relatividad general y la mecánica cuántica no pueden ambas ser ciertas a la vez. Las dos teorías en las que se basan los enormes avances realizados por la física durante los últimos cien años -unos avances que han explicado la expansión de los cielos y las estructuras fundamentales de la materia- son mutuamente incompatibles.

                                 Las ideas de Einstein siempre estuvieron unidas al Universo

Creo que todos hemos podido hablar, en alguna ocasión, de la incompatibilidad de estas dos teorías que, siendo ciertas por separado hasta límites insospechados, cuando se juntan, aquello resulta un auténtico desastre. ¿Por qué será? Bueno, la respuesta podría estar en el hecho cierto de que, los físicos, estudian cosas muy pequeñas y ligeras (como los átomos y sus partes constituyentes), o cosas que son enormes y muy pesadas (como los mundos, las estrellas y las galaxias), pero no estudian ambas al mismo tiempo. Y, siendo así (que lo es), no necesitan utilizar las dos teorías al mismo tiempo, sino que, dependiendo del estudio a realizar de lo muy pequeño (la mecánica cuántica) y de lo muy grande (la relatividad general) y, de esta manera, ahogan el grito que mientras operan, les lanza la otra teoría, la que no están utilizando. Así, durante las últimas décadas, este planteamiento no ha sido tan feliz como la ignorancia, pero ha estado muy cerca de serlo. Lo único que ha enturbiado la paz, ha sido el hecho cierto de que, los físicos, han sido muy conscientes de que se necesita encontrar esa teoría de la Gravedad-Cuántica que, al parecer, sólo en el ámbito de la Teoría de Supercuerdas pueden encontrar.

                                                 Cuerda cerrada en forma de botella de Klein

Algunos veces hemos podido llegar a pensar que, el Universo, puede encontrar en casos extremos: Unas veces en las profundidades nucleares de un agujero negro donde se aplasta una inmensa cantidad de masa que se reduce hasta un minúsculo tamaño. Estos dos conceptos del tamaño diminuto y de la inmensa masa, nos requieren para poder explicarlos, a los dos teorías: La Mecánica cuántica y la Relatividad General y, sin embargo, cuando hemos tratado de unir las fórmulas de ambas teorías, los “tornillos” de sus estructuras saltan y aquello parece explotar, la incompatibilidad es manifiesta.

La Teoría de supercuerdas, una advenediza que se mueve en las arenas movedizas de no poder ser verificada,  en comparación con los dos venerables edificios  de la M.C. y la R.G., que por el contrario no tienen nada que demostrar más allá de lo ya demostrado, y, sin embargo, la llegada de esta incipiente teoría (aunque lleve muchos años en el candelero), nos viene a decir lo que, las otras dos no han podido: Que en ella (en la Teoría de Cuerdas), no sólo se puede explicar la materia en su nivel más básico sino que, además, se resuelve la tensión existente entre las dos teorías incompatibles hasta el momento y, además, hace posible que la unión de ambas avance dando un paso de gigante.

De hecho, la teoría de las supercuerdas muestra aún más: dentro de este nuevo marco, la relatividad general y la mecánica cuántica, se necesitan la una a la otra para que esta teoría tenga sentido y pueda explicar el universo en su conjunto. Según la teoría de supercuerdas, , el matrimonio entre las leyes de lo muy grande y lo muy pequeño no sólo es feliz, sino inevitable.

Por otra parte, la teoría bosónica no habla tampoco de los fermiones sino sólo a bosones como los fotones. Pero sabemos que los bosones son un caso particular de comportamiento, y que muchas otras partículas observan conductas muy distintas. ¿Qué haremos si no podemos explicar a los fermiones como los quarks, componentes fundamentales de la materia y la energía? Algunas nuevas teorías como la supersimetría intentan describir tanto a bosones como fermiones, y todas ellas juntas han llevado a los nuevos modelos que tenemos actualmente.

                                        Una cinta de Moebius, posible en esta teoría

En nuestra mirada del siglo XXI, si las cuerdas determinan una realidad plana, es posible imaginar a las partículas y sus interacciones como “ondas” o “montículos” e incluso “ondas concéntricas” sobre ese plano. Las cuerdas pueden dividirse (como un hilo en forma de Y) o reunirse, entrecruzarse y fundirse, y todas estas conductas repercutirán en la topología del plano que determinan. Varias cuerdas de tipo cerrado pueden juntarse y converger en un solo tubo único, emitir ramales laterales e incluso cerrarse sobre sí mismas para configurar un mundo con la forma del cuerpo geométrico conocido como toro. O una cinta de Moebius. O una botella de Klein. O lo que se nos ocurra o nos guste imaginar. En este caso, podríamos imaginar a las partículas como ondulaciones que se desplazaran por los tubos. La adición de una partícula se vería como cuerdas que convergen, y la emisión como ramales divergentes.

                                                                       Cuerdas toroidales

La gravedad, por su parte (protagonista fundamental de las interacciones del universo) puede representarse fácilmente como tres tubos unidos en forma de H. El Sol atrae a la Tierra: los tubos verticales son las partículas del Sol y de nuestro planeta, y el trazo horizontal es el gravitón del Sol que viaja desde él hacia nosotros. Las formas determinadas por las cuerdas tienen una cantidad de dimensiones que varían de acuerdo con la teoría que se considere. Si la supersimetría es correcta, el universo tiene 10 u 11 dimensiones. Si la teoría bosónica es la que tiene razón, la realidad consta de nada menos que 26 dimensiones. El problema, como es fácil comprender, es que todo ello entra en conflicto directo con nuestro universo espaciotemporal de 4 dimensiones, que cualquiera puede observar, medir y confirmar.

Algunos científicos postulan hoy que la teoría de las cuerdas no merece ni siquiera que se le aplique el método científico, porque no es capaz de describir el universo ni siquiera a un grado básico. Otros creen que algún día demostraremos que existen gigantescas cuerdas uniendo inclusive las galaxias a nivel universal. Esta cuerdas irradiarían grandes ondas gravitatorias en todas direcciones y podrían explicar algunos fenómenos de gran escala que hoy en día no podemos explicar. La realidad es que hay que darle tiempo. No hemos tenido, hasta hoy, ocasión de chequear todas la complejas implicaciones de la teoría (las teorías) de cuerdas en cuanto a explicaciones completas, coherentes e inatacables de la realidad que observamos. Tal vez algún día, en un futuro no tan lejano, podamos probarlas o descartarlas definitivamente.

1. Materia.
2. Estructura molecular.
3. Átomos.
4. Electrones.
5. Quarks.
6. Cuerdas?

Claro que, aparte de que no tenemos la energía de Planck para poder llegar hasta ellas (10¹⁹ GeV), además, nos topamos con el hecho cierto de que nos encontramos anclados a las viejas teorías (R.G. y M.C.) y, si queremos avanzar, las características encontradas en las teorías de cuerdas, nos exigen que cambiemos drásticamente nuestra manera de entender el espacio, el tiempo y la materia, y, esa tarea amigos míos, no será nada fácil. No estamos (yo diría que estamos lejos) en ese nivel en el que nos resultaría cómodo manejar esas nuevas teorías.

¿Pero las cuerdas? Las cuerdas no parecen ser una estructura preferida por la naturaleza en el diseño de los cielos. No vemos cuerdas en el espacio exterior. De hecho no las vemos por ninguna parte. ¡A que va a resultar que, la verdadera semilla de la materia y el componente esencial del Universo, va a resultar ser, finalmente, algo tan pequeño que reside fuera de nuestro alcance?

Un momento de reflexión, sin embargo, revelará que la naturaleza ha reservado un papel especial a las cuerdas, como un ladrillo básico para otras formas. Por ejemplo, la característica esencial de la vida en el planeta Tierra es la molécula de ADN similar a una cuerda, que contiene la información compleja y el código de la propia vida. Para construir la materia de la vida, tanto como la materia subatómica, las cuerdas parecen ser la respuesta perfecta. En ambos casos, queremos encerrar una gran cantidad de información en una estructura reproducible y relativamente simple. La característica distintiva de una cuerda es que es una de la forma más compacta de almacenar grandes cantidades de datos de un modo en que la información pueda ser replicada.

Para los seres vivos la naturaleza utiliza la doble cadena de la molécula de ADN, que se separa y forma copias duplicadas de cada una de ellas. Nuestros cuerpos también contienen millones de millones de cadenas de proteínas, formadas de ladrillos de aminoácidos. Nuestro cuerpo, en cierto sentido, puede ser considerado como una enorme colección de cuerdas: moléculas de proteínas que revisten nuestros huesos. Sin embargo, nadie puede dar una explicación de nuestro entendimiento, de la inteligencia que se crea y que llevamos con nosotros desde el mismo momento del nacimiento, está ahí presente, a la espera de que se la despierte, es la inteligencia dormida y evolucionada por el conocimiento de las cosas. La conciencia de SER a la que llamamos alma, y que de alguna manera es inmortal, ya que lo que sabemos lo cedemos y lo dejamos aquí para los que nos siguen en la tarea emprendida por la humanidad desde que, en el preciso momento en que surgió aquella primera célula original que fue capaz de dividirse para replicarse a sí misma, se dio el primer paso para el nacimiento de la vida en nuestro planeta. Pero esa es otra cuestión que será tratada en otro próximo trabajo, ahora volvamos al tema de la teoría de cuerdas de la física.

Se habla de cuerdas abiertas, cerradas o de lazos, de p-Branas donde p denota su dimensionalidad (así, 1 brana podría ser una cuerda y 2.Brana una membrana) o D-Branas (si son cuerdas abiertas) Y, se habla de objetos mayores y diversos que van incorporados en esa teoría de cuerdas de diversas familias o modelos que quieren sondear en las profundidades del Universo físico para saber, como es.

Claro que, a todo esto, no debemos perder de vista ni olvidar que, la teoría de cuerdas emerge como un producto impresionante, pero natural, a partir de los descubrimientos revolucionarios que ha realizado la física durante los últimos cien años. De hecho, veremos que el conflicto existente entre la relativiad general y la mecánica cuántica no es precisamente el primero, sino el tercero de una serie de conflictos decisivos con los que se tuvieron que enfrentar los científicos durante el siglo pasado, y que han resuelto como consecuencia de una revisión radical de nuestro modo de comprender en universo.

                  La luz en el vacío (c) se mueve a 299.792.458 m/s.

Uno de aquellos conflictos eran las desconcertante propiedades del movimiento de la Luz. Dicho resumidamente, según las leyes del movimiento de Isaac Newton, si alguien corre a una velocidad suficientemente rápida podría emparejarse con un rayo de luz que se esté emitiendo, mientras que, según las leyes del electromagnetismo de james Clerl Maxwell, esto es imposible. Einstein resolvió el conflicto mediante su teoría de la relatividad especial y así dio un vuelco completo a nuestro modo de entender el espacio y el tiempo que ya no podían entenderse como conceptos universales grabados en piedra y percibidos por todos los individuos de forma idéntica.

El desarrollo de la relatividad especial creó inmediatamente el escenario para el segundo conflicto. Una de las conclusiones del trabajo de Einstein es que ningún objeto -de hecho, ninguna influencia o perturbación de ninguna clase- puede viajar a una velocidad mayor que la de la luz. Sin embargo, como hemos podido leer muchas veces, la teoría universal de la gravedad de Newton, que experimentalmente funciona tan bien y es tan grata para la intuición, habla de influencias que se transmiten en el espacio a grandes distancias instantáneamente. De nuevo fue Einstein el que intervino en el conflicto y lo resolvió ofreciendo un nuevo concepto de la Gravedad en su teoría general de la relatividad.

No es sólo que el Espacio y el Tiempo estén influidos por el estado del movimiento del observador, sino que, además, pueden alabearse y curvarse en respuesta a la presencia de materia o energía. Tales distorsiones en la estructura del Espacio y el Tiempo, transmiten la fuerza de Gravedad de un lugar a otro que, más cercano o más lejano, recibe la influencia de esta fuerza fundamental. Así que, desde entonces, no se puede ya pensar que el Espacio y el Tiempo sean un telón de fondo inamovible e inerte en el que se desarrollan los sucesos del universo; al contrario, según la relatividad especial y la relatividad general, son actores de primera fila que desempeñan un papel íntimamente ligado al desarrollo de todos los hechos que en el universo ocurren.

Una vez más  el modelo se repite: el descubrimiento de la relatividad general, aunque resuelve un conflicto, nos lleva a otro. A lo largo de tres décadas a partir de 1900, los físicos desarrollaron la mecánica cuántica en respuesta a varios problemas  evidentes que se pusieron de manifiesto cuando los conceptos de la física del siglo XIX se aplicaron al mundo microscópico. Como he mencionado anteriormente, el tercer conflicto, el más trascendental, surge de la incompatibilidad entre la mecánica cuántica y la relatividad general. La forma geométrica ligeramente curvada del espacio, que aparece a partir de la relatividad general, es incompatible con el comportamiento microscópico irritante y frenético del universo que se deduce de la mecánica cuántica.

Y, volvemos otra vez al principio: Tenemos que persistir en aquellos trabajos de los años ochenta, cuando se presentó la solución que ofrecía la teoría de cuerdas para este tercer conflicto o problema. En realidad, es el mayor conflicto que se nos presenta en la física moderna. Necesitamos ya, para poder explicar muchas cosas y seguir avanzando, una teoría cuántica de la gravedad -si eso fuera posible-. Estamos parados, no podemos avanzar como sería deseable y, desde luego muchas son las iniciativas que se intentan: Teoría de Cuerdas, Teoría Luz-luz, o, energía masa, y otras muchas que están, en la mente de los mejores físicos del mundo pero que, no acaban de germinar.

Esperemos que, a no tardar mucho, alguna de esas teorías venga a decirnos algo más, del mundo que nos acoge, de la Naturaleza, y, del Universo en fin que contiene todo lo que existe y que de manera inexorable, irá cambiando hacia el futuro y, ¡las teorías también! Todo cambiará, incluso nosotros.

emilio silvera

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Estamos avanzando de manera exponencial, cada día tenemos motivos para asombrarnos, el ingenio humano parece no tener límites, y, no pudiendo conseguirlo físicamente, con nuestra presencia, construimos ingenios tecnológicos de asombrosa sofisticación que nos permite visitar los rincones más alejados del Universo. Y, de camino, al tener acceso a lo que antes no podíamos estudiar, descubrimos que, teorías que han estado prevaleciendo durante decenas de años, se vienen abajo al comprobar en las observaciones que pueden no ser ciertas.

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