Un apunte: Viajar al pasado es una idea que desde hace tiempo nos ha venido fascinando y ha sido bien explotada por escritores de Ciencia-Ficción que han escrito obras memorables llevadas al cine. Desde un punto de vista  científico la posibilidad de viajar al pasado es compleja y controvertida, por no decir imposible

Si se pudiera viajar al pasado, la paradojas serían terribles

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La afirmación “Lo que sucede primero no es necesariamente el principio” sugiere que la secuencia de eventos no siempre refleja la verdadera naturaleza del origen o la causa de algo. En términos filosóficos, esto puede relacionarse con conceptos como la causa, la razón y la determinación.

Para que esto llegara a suceder, antes tuvieron que pasar muchas cosas

Lo que sucede primero, no es necesariamente el principio. Antes de ese “Principio”, suceden algunas cosas que nosotros no hemos podido o sabido percibir. Sin embargo, hay cosas que no cambian nunca. Hace tiempo, los sucesos que constituían historias eran las irregularidades de la experiencia. Sabemos que lo que no cambia son las Constantes de la Naturaleza pero, tampoco cambian el Amor de una madre por un hijo, la salida y la puesta del Sol, nuestra curiosidad, y otras muchas cosas que conviven con nosotros en lo cotidiano:

         Hay cosas en la Naturaleza que no son inmutables: La salida y la puesta del Sol, el día y la noche, la lluvia en Invierno, la calor en Verano, las erupciones volcánicas, las nevadas… Pero todos esos fenómenos naturales se producen reiteradamente pero de manera distinta en tiempo, intensidad y otros parámetros que no olas permiten ser Constantes de la Naturaleza.

Sin embargo otras si lo son: La Gravedad, la velocidad de la luz en el vacío, la Constante de estructura fina, la masa del protón, la carga del electrón entre otros, sí que son Constantes de la Naturaleza, sus valores no varían. Por ejemplo, si la masa de los protones o la carga de los electrones, variaran aunque solo fuese una diezmillonésima parte, la vida no podría existir.

La velocidad de la luz en el vacío (c), La Gravitación universal (G), la constante de estructura fina (σ), la constante de Planck (h), la carga del electrón o masa del protón…. Si cualquiera de ellas variara aunque sólo fuese una diezmillonésima… la vida no sería posible.

Las Constantes Universales son valores físicos fundamentales que no cambian a lo largo del tiempo ni en diferentes ubicaciones del Universo. Algunos ejemplos incluyen la constante de gravitación universal (G), la velocidad de la luz (c), la constante de Planck (h), y la constante de Boltzmann (k). 

Poco a poco, los científicos llegaron a apreciar el misterio de la regularidad y lo predecible del mundo. Pese a la concatenación de movimientos caóticos e impredecibles de átomos y moléculas, nuestra experiencia cotidiana es la de un mundo que posee una profunda consistencia y continuidad. Nuestra búsqueda de la fuente de dicha consistencia atendía primero a las leyes de la Naturaleza que son las que gobiernan como cambian las cosas. Sin embargo, y al mismo tiempo, hemos llegado a identificar una colección de números misteriosos arraigados en la regularidad de la apariencia. Son las Constantes de la Naturaleza que, como la carga y la masa del electrón o la velocidad de la luz, le dan al Universo un carácter distintivo y lo singulariza de otros que podríamos imaginar. Todo esto, unifica de una vez nuestro máximo conocimiento y también, nuestra infinita ignorancia.

    En esta galaxia también  están presentes las constantes de la Naturaleza

Esos números misteriosos (el valor de esas constantes fundamentales), son medidos con una precisión cada vez mayor y modelamos nuestros patrones fundamentales de masa y tiempo alrededor de su invariancia. Sin embargo, no podemos explicar sus valores. ¿Por qué la constante de estructura fina vale 1/137? Nadie puede contestar a esa “simple” pregunta. Sabemos que ahí, en esa constante, están involucrados los tres guarismos h, e, y c. El primero es la constante de Planck (la mecánica cuántica), el segundo el Electrón (el electromagnetismo), y, el tercero, la velocidad de la luz (la relatividad especial de Einstein).

Es prodigioso que nuestras Mentes evolucionadas hayan podido dilucidar esos misterios

A pesar del cambio incesante y la dinámica del mundo visible, existen aspectos misteriosos del ritmo del Universo que son inquebrantables en su constancia, así lo podemos comprobar en la fuerza gravitatoria o en la velocidad de la luz en el vacío entre otros. Son estas misteriosas cosas invariables las que hacen de nuestro Universo el que es y lo distingue de otros muchos que pudiéramos imaginar. Existe un hilo invisible que teje incesante una continuidad a lo largo y a lo ancho de toda la Naturaleza: Algunas cosas cambian para que todo siga igual.

Detalle de la estrella ‘Mira’ (NASA)

La estela que arrastra Mira mide 13 años luz; es decir, tres veces la distancia que separa el sol de su estrella más cercana, alfa-centauro. Sin embargo, la estela nunca había sido observada porque sólo brilla en la luz ultravioleta. Precisamente el satélite Galex, puesto en órbita en abril de 2003, posee un telescopio de 50 centímetros de diámetro que observa galaxias en busca de fuentes de luz ultravioleta. Fue así como se topó como la estela de Mira.

Allí lejos, en esos otros mundos que, situados en galaxias lejanas son parecidos al nuestro, seguramente también, pasarán las mismas cosas que aquí

En regiones lejanas del Universo, por muy extrañas que nos pudieran parecer, también estarían regidas por las mismas constantes de la Naturaleza que en la nuestra, el Sistema solar. Esas constantes están presentes en todas partes y, al igual que las cuatro fuerzas fundamentales, disponen que todo transcurra como debe ser.

Así que, tomando como patrón universal esas constantes, podemos esperar que ciertas cosas sean iguales en otros lugares del espacio además de la Tierra, lo único que in situ, conocemos. Hasta donde nuestros conocimientos han llegado también parece razonable pensar que dichas constantes fueron y serán las mismas en otros tiempos además de hoy, ya que, para algunas cosas, ni la historia ni la geografía importan. De hecho, quizá sin un substrato semejante de realidades invariables no podrían existir corrientes superficiales de cambio ni ninguna complejidad de mente y materia. Todos sabemos, por ejemplo que, si la carga del electrón variara aunque sólo fuese una diez millonésima parte de la que es, la vida no podría existir.

                                 Esas constantes hacen posible nuestra presencia aquí

La invariancia de las constantes hace posible que nuestro Universo contenga las maravillas que podemos en él observar. Sin embargo, a lo largo de la historia muchos se han empeñado en hacerlas cambiar…pero no lo consiguieron. No pocas veces tenemos que leer en la prensa o revistas “especializadas” noticas como estas:

“Nueva evidencia sostiene que los seres humanos vivimos en un área del Universo que está hecha especialmente para nuestra existencia. ¿Según los científicos? Esto es lo que más se aproxima a la realidad. El controversial hallazgo se obtuvo observando una de las constantes de la naturaleza, la cual parece ser diferente en distintas partes del cosmos.”

 

 

A día de hoy, las constantes universales son la velocidad de la luz en el vacío, que sustituye al metro; la constante de planck, que sustituiría al kilogramo; el número de avogadro, que reemplazaría al mol; la eficacia luminosa, que supliría a la candela; la constante de Boltzmann, que relevaría al Kelvin y el segundo de un reloj atómico de cesio para el segundo tradicional. Estos valores se ajustan mucho mejor a las necesidades y medidas físicas, pero recordemos que no son las únicas que le dan «vida» al universo.

Pero, ¿Qué son en realidad las constantes? Aunque apenas hemos comenzado a profundizar sobre este tema, ahora que tenemos más clara la identidad de algunas constantes será más fácil definirlas. Una constante física es el valor de una magnitud que permanece invariable en los procesos físicos a lo largo del tiempo. Las magnitudes pueden variar, cosa que tiene sentido, o estaríamos ante un universo muerto. Sin embargo, como veíamos, existen valores que no lo hacen, convirtiéndose en auténticas piedras de toque existenciales.

Si algunas de estas constantes variara, probablemente el universo dejaría de ser como es. Los valores son muy finos, verdaderamente delicados, lo que ha llevado a numerosas cuestiones filosóficas:

¿por qué justo estos valores?

Unas cifras constantes que permiten la existencia. Pero dejando de lado las hipótesis y cábalas más díscolas, lo cierto es que por el momento no concebimos que el universo pudiera ser de otra forma. Los valores son lo que tienen que ser, sin más.Decíamos que no sólo se trata de las constantes universales, sino que hay muchísimas más: la permitividad en el vacío, el radio de Bohr, la constante de Faraday… aunque en cierto sentido, la gran mayoría de estas son manifestaciones de los valores intrínsecos constantes. ¿Y para qué sirven? Las constantes universales sirven, sobre todo, para construir nuestro entendimiento en torno al universo en el que vivimos. Con estos valores podemos formular modelos y plantear hipótesis que nos den respuestas. Como explicábamos, son las piedras de toque, varas de medida, ejemplos perfectos. Son, nunca mejor dicho, lo que el metro sería a la distancia, pero llevado mucho más allá.

Arnold Sommerfeld

La constante de estructura fina es un número del que se habla poco en los medios y que es, quizás por ello, poco conocida entre los matemáticos. Para darse cuenta de su importancia, valgan dos citas de dos genios de la ciencia: Richard Feynman: «un número mágico que llega a nosotros sin ser comprendido»; Paul Dirac: «el problema más fundamental sin resolver de la física»

La Constante de estructura fina, simbolizada como α (alfa), es una constante física fundamental que describe la fuerza de la interacción electromagnética entre partículas cargadas. Es una cantidad adimensional y su valor numérico es independiente del sistema de unidades usado. 

“Su valor aproximado es 1/137, y CODATA (Comité de Información para Ciencia y Tecnología) recomendó en 2018 usar este valor 137.035999084. Su origen se remonta a Arnold Sommerfeld, quien, en 1916, amplió el modelo de Bohr para incluir órbitas elípticas y la dependencia relativista de la masa con respecto a la velocidad. El espectro del átomo de hidrógeno había sido medido con mucha precisión por Michelson y Morley en 1887. La primera interpretación física de la constante de estructura fina α fue como la relación entre la velocidad del electrón en la primera órbita circular del átomo relativista de Bohr y la velocidad de la luz en el vacío. Equivalentemente, era el cociente entre el momento angular mínimo permitido por la relatividad para una órbita cerrada, y el momento angular mínimo permitido por la mecánica cuántica. Es decir, que determina el tamaño de la división o estructura fina de las líneas espectrales del átomo de hidrógeno. En 1928, Paul Dirac presentó una fórmula para su cálculo.”

El problema de si las constantes físicas son constantes se las trae. Aparte del trabalenguas terminológico arrastra tras de sí unas profundas consecuencias conceptuales. Lo primero, uno de los pilares fundamentales de la relatividad especial es el postulado de que las leyes de la física son las mismas con independencia del observador. Esto fue una generalización de lo que ya se sabía cuando se comenzó a estudiar el campo electromagnético, pero todo lo que sabemos en la actualidad nos lleva a concluir que Lo que ocurra en la Naturaleza del Universo está en el destino de la propia Naturaleza del Cosmos, de las leyes que la rigen y de las fuerzas que gobiernan sus mecanismos sometidos a principios y energías que, en la mayoría de los casos, se pueden escapar a nuestro actual conocimiento.

Los posibles futuros de nuestro universo, se estima que está predestinado en función de la masa que contenga, lo que los cosmólogos llaman Omega Negro, la Densidad Crítica

Yo aconsejaría a los observadores que informaron y realizaron “el estudio” (que se menciona más arriba) que prestaran más atención o que cambiaran los aparatos e instrumentos de los que se valieron para llevarlo a cabo, toda vez que hacer tal afirmación, además de osados, se les podría calificar de incompetentes.

De estar en lo cierto, tal informe se opondría al principio de equivalencia de Albert Einstein, el cual postula que las leyes de la física son las mismas en cualquier región del Universo. “Este descubrimiento fue una gran sorpresa para todos”, dice John Webb, de la Universidad de New South Wales, en Sidney (Australia ), líder del estudio que sigue diciendo: Aún más sorprendente es el hecho de que el cambio en la constante parece tener una orientación, creando una “dirección preferente”, o eje, a través del Universo. Esa idea fue rechazada más de 100 años atrás con la formulación de la teoría de la relatividad de Einstein que, de momento, no ha podido ser derrocada (aunque muchos lo intentaron).

            Los autores de tal “estudio” se empeñaron en decir que:

“La Tierra se ubica en alguna parte del medio de los extremos, según la constante “alpha”. Si esto es correcto, explicaría por qué dicha constante parece tener un valor sutilmente sintonizado que permite la química, y por lo tanto la vida, como la conocemos.

Con un aumento de 4% al valor de “alpha”, por ejemplo, las estrellas no podrían producir carbón, haciendo nuestra bioquímica imposible, según información de New Scientist.”

Siendo cierto que una pequeña variación de Alfa, no ya el 4%, sino una simple diezmillonésima, la vida no podría existir en el Universo. Está claro que algunos, no se paran a la hora de adquirir una efímera notoriedad, ya que, finalmente, prevalecerá la verdad de la invariancia de las constantes que, a lo largo de la historia de la Física y la Cosmología, muchas veces han tratado de hacerlas cambiantes a lo largo del tiempo, y, sin embargo, ahí permanecen con su inamovible estabilidad.

Veamos por encima, algunas constantes:

La Constante de Gravitación Universal: G

La primera constante fundamental es G, la que ponemos delante de la fórmula de la gravedad de Newton. Es una simple constante de proporcionalidad pero también ajusta magnitudes: se expresa en N*m2/Kg2.

Es tal vez la constante peor medida (sólo se está seguro de las tres primeras cifras…), y como vemos la fuerza de la gravedad es muy débil (si no fuera porque siempre es atractiva ni la sentiríamos).

La Constante Electrica: K

             No confundir con la constante K  Bolztman  para termodinámica y gases..

La ley de Coulom es practicamente igual a la de la gravitación de Newton, si sustituimos las masas por las cargas, es inversa al cuadrado de la distancia y tiene una constante de proporcionalidad llamada K.  La constante es la de de Coulomb y su valor para unidades del SI es K = 9 * 10⁹ * N * m² / C²

La velocidad de la luz c = 299.792.458 m/s y se suele aproximar por 3·10^8m/s

Según la teoría de la relatividad de Einstein, ninguna información puede viajar a mayor velocidad que la luz. Científicos australianos afirman, sin embargo, haber desarrollado las fórmulas que describen viajes más allá de este límite.

Que la velocidad de la luz es una constante se comprobó hasta la saciedad en diversos experimentos, como el famoso experimento Michelson-Morley que determinó mediante un interferómetro que la velocidad de la luz no dependía de la velocidad del objeto que la emitía, esto descartó de golpe la suposición de que hubiera un “eter” o sustancia necesaria por la que se propagara la luz.

En su lugar aparecieron las famosas transformaciones de Lorentz. La contracción de Lorentz explicaba el resultado del experimento. La rapidez constante de la luz es uno de los postulados fundamentales (junto con el principio de causalidad y la equivalencia de los marcos de inercia) de la Teoría de la Relatividad Especial.

Así que, amigos míos, esas cantidades conservarán su significado natural mientras la ley de gravitación y la de la propagación de la luz en el vacío y los dos principios de la termodinámica sigan siendo válidos. A tal respecto Max Planck solía decir:

“Por lo tanto, al tratarse de números naturales que no inventaron los hombres, siempre deben encontrarse iguales cuando sean medidas por las inteligencias más diversas con los métodos más diversos” .

 

 

En sus palabras finales alude a la idea de observadores situados en otros lugares del Universo que definen y entienden esas cantidades de la misma manera que nosotros, sin importar que aparatos o matemáticas pudieran emplear para realizar sus comprobaciones.

Estaba claro que Planck apelaba a la existencia de constantes universales de la Naturaleza como prueba de una realidad física completamente diferente de las mentes humanas. Pero él quería ir mucho más lejos y utilizaba la existencia de estas constantes contra los filósofos positivistas que presentaban la ciencia como una construcción enteramente humana: puntos precisos organizados de una forma conveniente por una teoría que con el tiempo sería reemplazada por otra mejor. Claro que Planck reconocía que la inteligencia humana, al leer la naturaleza había desarrollado teorías y ecuaciones para poder denotarlas pero, sin embargo, en lo relativo a las constantes de la naturaleza, éstas habían surgido sin ser invitadas y, como mostraban claramente sus unidades naturales (unidades de Planck) no estaban escogidas exclusivamente por la conveniencia humana.

La velocidad de c incide en todo el universo

Las constantes de la Naturaleza inciden en todos nosotros y, sus efectos, están presentes en nuestras mentes que, sin ellas, no podrían funcionar de la manera creadora e imaginativa que lo hacen. Ellas le dan el ritmo al Universo y hacen posible que todo transcurra como debe transcurrir.

Es curioso comprobar que, una de las paradojas de nuestro estudio del Universo circundante es que a medida que las descripciones de su funcionamiento se hacen más precisas y acertadas, también se alejan cada vez más de toda la experiencia humana que, al estar reducidas a un ámbito muy local y macroscópico, no puede ver lo que ocurre en el Universo en su conjunto y, por supuesto, tampoco en ese otro “universo” de lo infinitesimal que nos define la mecánica cuántica en el que, cuando nos acercamos, podemos observar cosas que parecen fuera de nuestro mundo, aunque en realidad, sí que están aquí.

La revolución de la mecánica cuántica empieza a materializarse, y el qubit es el principal protagonista. Siendo la unidad mínima de información de este extraño mundo, permitirá procesar toda la información existente en segundos. La revolución de la mecánica cuántica empieza a materializarse, y el qubit es el principal protagonista. Siendo la unidad mínima de información de este extraño mundo, permitirá procesar toda la información existente en segundos.

No podemos descartar la idea de que, en realidad, puedan existir “seres también infinitesimales” que, en sus “pequeños mundos” vean transcurrir el tiempo como lo hacemos nosotros aquí en la Tierra. En ese “universo” especial que el ojo no puede ver, podrían existir otros mundos y otros seres que, como nosotros, desarrollan allí sus vidas y su tiempo que, aunque también se rigen por las invariantes constantes univerales, para ellos, por su pequeñez, el espacio y el tiempo tendrán otros significados. Si pensamos por un momento lo que nosotros y nuestro planeta significamos en el contexto del inmenso universo… ¿No viene a suponer algo así?

Einstein nos dejó dichas muchas cosas interesantes sobre las constantes de la Naturaleza en sus diferentes trabajos. Fue su genio e intuición sobre la teoría de la relatividad especial la que dotó a la velocidad de la luz en el vacío del status especial como máxima velocidad a la que puede transmitirse información en el Universo. El supo revelar todo el alcance de lo que Planck y Stoney simplemente habían supuesto: que la velocidad de la luz era una de las constantes sobrehumanas fundamentales de la Naturaleza.

La luz se expande por nuestro Universo de manera isotrópica, es decir, se expande por igual en todas las direcciones. Así actúan las estrellas que emiten su luz o la bombilla de una habitación. Cuando es anisotrópica, es decir que sólo se expande en una dirección, tendríamos que pensar, por ejemplo, en el foco de un teatro que sólo alumbra a la pianista que nos deleita con una sonata de Bach.

La luz de las estrellas: Podemos ver como se expande por igual en todas las direcciones del espacio (Isotrópica)

Claro que, cuando hablamos de las constantes, se podría decir que algunas son más constantes que otras. La constante de Boltzmann es una de ellas, es en realidad una constante aparente que surge de nuestro hábito de medir las cosas en unidades. Es sólo un factor de conversión de unidades de energía y temperatura. Las verdaderas constantes tienen que ser números puros y no cantidades con “dimensiones”, como una velocidad, una masa o una longitud.

Las cantidades con dimensiones siempre cambian sus valores numéricos si cambiamos las unidades en las que se expresan.

Las constantes fundamentales determinan el por qué, en nuestro Universo, las cosas son como las observamos.

Y, a todo esto, la teoría cuántica y de la Gravitación gobiernan reinos muy diferentes que tienen poca ocasión para relacionarse entre sí. Mientras la una está situada en el mundo infinitesimal, la otra, reina en el macrocosmos “infinito” del inmenso Universo. Sin embargo, las fuerzas que rigen en el mundo de los átomos son mucho más potentes que las que están presentes en ese otro mundo de lo muy grande. ¡Qué paradoja!

¿Dónde están los límites de la teoría cuántica y los de la relatividad general? Somos afortunados al tener la respuesta a mano, Las unidades de Planck nos dan la respuesta a esa pregunta:

Supongamos que tomamos toda la masa del Universo visible y determinamos la longitud de onda cuántica. Podemos preguntarnos en que momento esa longitud de onda cuántica del Universo visible superará su tamaño. La respuesta es: Cuando el Universo sea más pequeño que la longitud de Planck (10^-33 centímetros), más joven que el Tiempo de Planck (10^-43 segundos) y supere la Temperatura de Planck (10³² grados). Las unidades de Planck marcan la frontera de aplicación de nuestras teorías actuales. Para comprender a qué se parece el mundo a una escala menor que la Longitud de Planck tenemos que comprender plenamente cómo se entrelaza la incertidumbre cuántica con la Gravedad.

El satélite Planck un observatorio que explora el universo lleva el mismo nombre del fundador de la teoría cuántica será pura coincidencia?. Crédito: ESA. La Gravedad cuántica queda aún muy lejos de nuestro entendimiento.

La Relatividad General la teoría de Einstein de la gravedad, nos da una base útil para matemáticamente modelar el universo a gran escala -, mientras que la Teoría Cuántica nos da una base útil para el modelado de la física de las partículas subatómicas y la probabilidad de pequeña escala, de la física de alta densidad de energía de los inicios del universo – nanosegundos después del Big Bang – en la cuál la relatividad general sólo la modela como una singularidad y no tiene nada más que decir sobre el asunto.

Las teorías de la Gravedad Cuántica pueden tener más que decir, al extender la relatividad general dentro de una estructura cuantizada del espacio tiempo puede ser que nosotros podamos salvar la brecha existente entre la física de gran escala y de pequeña escala, al utilizar por ejemplo la Relatividad Especial Doble o Deformada.

  ¡Es tanto lo que nos queda por saber!

El día que se profundice y sepamos leer todos los mensajes subyacentes en el número puro y adimensional 137, ese día, como nos decía Heisenberg, se habrán secado todas las fuentes de nuestra ignorancia. Ahí, en el 137, Alfa (α) Constante de estructura Fina, residen los secretos de la Relatividad Especial, la Velocidad de la Luz, c, el misterio del electromagnetismo, el electrón, e, y, la Mecánica Cuántica, es decir el cuanto de acción de Planck, h

Emilio Silvera Vázquez

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Nuestra imaginación es grande, siempre hemos ido más allá de lo posible, cuando pensamos en lo que nos depara el Futuro, hemos descrito mil escenarios diferentes y a cual más asombroso. En este video nos cuentan una historia… Que … ¿Podría ser?

A estas alturas no podemos descartar nada, desde que los escritores de ciencia ficción más antiguos y a menudo considerados pioneros del género de Ciencia Ficción incluyen a Mary Shelley, Julio Verne, y H.G. Wells, y,   También se mencionan autores como Isaac Asimov, Ray Bradbury, y Robert A. Heinlein, quienes dejaron un legado significativo en este género, y, no pocas de sus predicciones se van cumpliendo o se cumplieron hace mucho. Lo que nos lleva a pensar que parece imposible negar que todo lo que la Mente piense, con el paso del Tiempo, se puede plasmar en realidad.

Claro que algunos dicen que estamos en un universo holográfico, que todo lo que creemos ver no es más que un producto de nuestra imaginación, que el Tiempo no existe, que es solo una ilusión que hemos partido en tres: Pasado, Presente y Futuro.

Me detengo a pensar en este pensamiento y algo llega a mi Mente que desvirtúa tan estrafalario escenario, y, al constatar que, realmente la Entropía existe, y, que el inexorable transcurrir del Tiempo lo cambia todo, que la evolución es imparable, que todo tiene un Principio y un final, que la Eternidad no existe, que la Nada es solo muna palabra ¡Siempre hay! Que en los sistemas cerrados todo tiende a la destrucción…

“…Con el paso de los Eones, hasta la muerte morirá!

Pero mientras todo eso tenga que llegar, por el camino nos podremos encontrar con escenarios que ni nuestra rica imaginación (por falta de datos) podría explicar.

Emilio Silvera Vázquez

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Estrellas como el Sol existen, solo en la Vía Láctea… ¡Unos 30.000 millones!

En un gran porcentaje, están orbitadas por sus propios planetas.

Como es lógico pensar, algunos de esos planetas habrán venido a situarse en la zona habitable.

Como el Universo es igual en todas partes, las leyes que lo rigen son las mismas en todas sus regiones por alejadas que estén, y, planetas situados en la zona habitable de sus estrellas, habrán desarrollado los mismos parámetros que se desarrollaron en la Tierra, y, el Carbono, el oxígeno, sus atmósferas, los probables océanos… Habrán hecho posible que en esos mundos suceda lo que sucedió aquí, es decir, el surgir de la vida.

Cuando se dice que encontrar vida extraterrestre sería un milagro… Lo cierto es que, el milagro sería que en el futuro no la hayamos contactado (o, ellos a nosotros).

Emilio Silvera Vázquez

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La abundancia, distribución y comportamiento de los elementos químicos en el Cosmos es uno de los tópicos clásicos de la astrofísica y la cosmoquímica. En geoquímica es también importante realizar este estudio ya que, si mirais la imagen de arriba, podéis ver el lugar en el que se han encontrado  elementos esenciales para la vida alrededor de una estrella joven. Usando el radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), un grupo de astrónomos detectó moléculas de azúcar presentes en el gas que rodea a una estrella joven, similar al sol. Esta es la primera vez que se ha descubierto azúcar en el espacio alrededor de una estrella de estas características. Tal hallazgo demuestra que los elementos esenciales para la vida se encuentran en el momento y lugar adecuados para poder existir en los planetas que se forman alrededor de la estrella.

– Una de las principales finalidades de la Geoquímica es establecer las leyes que rigen el comportamiento, distribución, proporciones relativas y relaciones entre los distintos elementos químicos.

– Los datos de abundancias de elementos e isótopos en los distintos tipos de estrellas nos han servido para establecer hipótesis del origen de los elementos.

– Los datos de composición del Sol y las estrellas nos permiten establecer hipótesis sobre el origen y evolución de las estrellas. Cualquier hipótesis que explique el origen del Sistema Solar debe explicar también el origen de la Tierra, como planeta de dicho Sistema Solar.

– Las distintas capas de la Tierra presentan abundancias diferentes de elementos. El conocer la abundancia cósmica nos permite tener un punto de referencia común. Así, sabiendo cuales son las concentraciones normales de los elementos en el cosmos las diferencias con las abundancia en la Tierra nos pueden proporcionar hipótesis de los procesos geoquímicos que actuaron sobre la Tierra originando migraciones y acumulaciones de los distintos elementos, que modificaron sus proporciones y abundancias respecto al Cosmos.

Albert Sanchis nos dice:

“La Tierra, con su abundancia de agua líquida y su capacidad para albergar y sustentar la vida, es única entre los planetas conocidos. Su capa más interna, el núcleo, representa el 15% del volumen del planeta, mientras que el manto ocupa el 84%. Representando el 1% restante está la corteza, una capa delgada que varía en profundidad, desde los 5 a los 70 kilómetros.

Esta capa rígida contiene tanto los océanos como las masas terrestres. La mayoría de los elementos se encuentran sólo en pequeñas cantidades dentro de la corteza, pero varios son abundantes. En total, hay 92 elementos naturales y la corteza terrestre contiene casi todos y proporcionan todos los componentes básicos para la humanidad.

Pero a pesar de que sea la fuente de todo lo que encontramos, en realidad solo está raspando la superficie de nuestro planeta. Este gráfico, publicado por Visual Capitalist con datos de WorldAtlas, analiza qué elementos componen este 1%. La corteza comprende aproximadamente un 95% de rocas ígneas y metamórficas, un 4% de pizarra, un 0,75% de arenisca y un 0,25% de piedra caliza. El oxígeno, el silicio, el aluminio y el hierro representan el 88,1% de su masa, mientras que otros 90 elementos constituyen sólo el 11,9% restante.

Más concretamente, el oxígeno representa el 46,1% de la corteza, el silicio un 28,2%, el aluminio un 8,2%, el hierro un 5,6%, el calcio un 4,1%, el sodio un 2,3%, el magnesio un 2,3%, el potasio un 2%, el titanio un 0,5% y el hidrógeno un 0,1%  Si bien el oro, la plata, el cobre y otros metales básicos y preciosos se encuentran entre los más buscados, juntos constituyen menos del 0,03% de la corteza terrestre en masa.”

          Lugares como la Gran Nebulosa de Orión son los Laboratorios del Espacio, allí están presenten una ingente cantidad de elementos.

FUENTES DE DATOS DE ABUNDANCIAS COSMICAS DE LOS ELEMENTOS.

Estos datos deben obtenerse a partir del estudio de la materia cósmica. La materia cósmica comprende: Gas interestelar, de muy baja densidad (10^-24 g/cm³) y Nébulas gaseosas o nubes de gas interestelar y polvo.

Las nébulas gaseosas se producen cuando una porción del medio interestelar está sujeta a radiación por una estrella brillante y muy caliente, hasta tal punto se ioniza que se vuelve fluorescente y emite un espectro de línea brillante (que se estudian por métodos espectroscopios). Por ejemplo las nébulas de “Orión”. Las ventajas de estas nébulas difusas para el estudio de las abundancias son:

‑ Su uniformidad de composición,  el que todas sus partes sean accesibles a la observación, al contrario de lo que ocurre en las estrellas. También tiene desventajas: Solo se observan las líneas de los elementos más abundantes y  cada elemento se observa solo en uno o pocos estadios de ionización aunque puede existir en muchos. La mayoría de las nébulas exhiben una estructura filamentosa o estratiforme. A partir del medio interestelar (gas interestelar y nébulas gaseosas) se están formando continuamente nuevas estrellas.

Explosión masiva de plasma que surge de la estrella activa que fusiona elementos y crea vientos estelares

En las estrellas podemos encontrar muchas respuestas de cómo se forman los elementos que conocemos. Primero fue en el hipotético Big Bang donde se formaron los elementos más simples: Hidrógeno, Helio y Litio. Pasados muchos millones de años se formaron las primeras estrellas y, en ellas, se formaron elementos más complejos como el Carbono, Nitrógeno y Oxígeno. Los elementos más pesados se tuvieron que formar en temperaturas mucho más altas, en presencia de energías inmensas como las explosiones de las estrellas moribundas que, a medida que se van acercando a su final forman materiales como: Sodio, Magnesio, Aluminio, Silicio, Azufre, Cloro, Argón, Potasio, Titanio, Hierro, Cobalto, Niquel, Cobre, Cinc, Plomo, Torio…Uranio. La evolución cósmica de los elementos supone la formación de núcleos  simples en el big bang y la posterior fusión de estos núcleos ligeros para formar núcleos más pesados y complejos en el interior de las estrellas y en la transición de fase de las explosiones supernovas.

En la primera parte del trabajo hemos querido dejar claro de dónde salen los elementos químicos que podemos ver presentes en todos los cuerpos repartidos de una u otra manera, y, está claro que son las estrellas las responsables de tal maravilla. Sin embargo, no hemos dedicado ningún trabajo para saber de qué elementos está compuesto nuestro organismo. Así mque, aunque de manera breve, aquí dejaremos una reseña.

Según hemos podido llegar a saber son unos 60 elementos químicos los que conforman nuestro organismo y no de todos ellos se conocen sus funciones en nuestro cuerpo. Lo cierto es que son una docena los que están en nosotros con mayor presencia, es decir, los elementos químicos que prevalecen en nuestro organismo humano y que ejercen importantes funciones para que la vida sea posible.

Extrapolando y guardando las distancias… Lo cierto es que, nuestros cuerpos parecen, en contenidos, como si de Nebulosas se tratara, toda vez que la maraña de elementos químicos que llevamos con nosotros son como un muestrario de los objetos del cielo. Como hemos dicho aquí muchas veces, al fín y al cabo, también nosotros somos Naturaleza y, siendo así (que lo es), estamos hecho del mismo material del que están hechas las estrellas y, de ellas vinieron esos materiales al planeta en una nebulosa para que, durante miles de millones de años más tarde, pudiera aparecer aquella primera célula replicante precursora de la vida.

Los principales elementos que componen el cuerpo humano, en realidad son escasos, es decir, sólo 4 elementos químicos llevan el peso de todo el proceso fisiológico que está en nosotros: Oxígeno, Carbono, Hidrógeno y Nitrógeno. En realidad, el mayor porcentaje está en forma de agua, toda vez que, como el planeta que nos acoge, también nuestros cuerpos están compuestos en su mayor parte por ese preciado elemento: ¡El Agua!

– Oxígeno (65%)  Todos sabemos cuán importante es el agua para la vida y el 60% del peso del cuerpo se constituye por agua. El oxígeno (O,8) ocupa el primer lugar de la lista y compone el 65% del organismo..

– Hidrógeno (10%)  El hidrógeno (H,1) es el elemento químico que más abunda en todo el universo. En nuestro organismo sucede algo muy similar y junto al oxígeno en forma de agua ocupa el tercer lugar de esta lista..

– Nitrógeno (3%)  Presente en muchísimas moléculas orgánicas, el nitrógeno (N,7) constituye el 3% del cuerpo humano. Se encuentra, por ejemplo, en los aminoácidos que forman las proteínas y en los ácidos nucleicos de nuestro ADN..

– Fósforo (1%)  El fósforo (P,15) también es muy importante para las estructuras óseas del cuerpo en donde abunda. No obstante, igualmente predominan en las moléculas de ATP proporcionándole energía a las células.

– Potasio (0.25%)  Aunque ocupa apenas el 0.25% de nuestro organismo, el potasio (K,19) es vital para el funcionamiento del mismo. Ayuda en la regulación de los latidos del corazón y a la señalización eléctrica de los nervios..

– Cloro (0.15%)  El cloro (CI,17) normalmente se encuentra en el cuerpo humano a modo de ion negativo, es decir como cloruro. Se trata de un electrolito importante para mantener el equilibrio normal de líquidos en el organismo..

– Hierro (0.006%)  Aunque el hierro (Fe,26) ocupa el último lugar de la lista, no deja de ser primordial. Es fundamental en el metabolismo de casi todos los organismos vivos. Se encuentra en la hemoglobina, es el portador de oxígeno en las células rojas de la sangre..

Es muy interesante saber cómo se compone nuestro organismo a nivel químico y como todo está intrínsecamente relacionado para poner en marcha esta complejísima máquina que damos en llamar cuerpo humano. Lo cierto es que, como se ha dicho muchas veces aquí son las estrellas las que nos han proporcionado todos esos elementos y han hecho posible la vida que, como aquí en el planeta Tierra, también estará presente en miles o millones de ellos repartidos por ignotos mundos situados en las perdidas galaxias del remoto espacio tiempo de nuestro vasto Universo.

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