La aniquilación materia-antimateria. La energía liberada suele manifestarse en forma de fotones de alta energía y otros pares partícula-antipartícula. 

Sabemos que un protón, cuando se encuentra con un antiprotón (materia con antimateria) ambos se destruyen. Así, en el Universo primitivo, ambas clases de materia estuvieron un tiempo eliminándose la una a la otra y, por una razón que aún no es bien comprendida, la materia era más abundante que la antimateria, así que, lo que ahora vemos es todo materia. Bueno, al menos así se cree que pasó, lo que no impide que exista en el Universo antimateria que, aunque se ha buscado, nunca se encontró fuera de los Laboratorios.

 

                 

 

Sobre esta disparidad inicial se ha experimentado mucho, y, en uno de estos experimentos se ha demostrado una pequeña – pero significativa – diferencia de un 1 por ciento entre la cantidad de materia y anti-materia producida, lo cual podría apuntar a cómo llegó a producirse nuestra existencia dominada por la materia.

 

                 

La teoría actual, conocida como Modelo Estándar de la física de partículas, ha predicho alguna violación de la simetría de materia-antimateria, pero no lo suficiente para explicar cómo surgió nuestro universo, que consta mayormente de materia y apenas unas trazas de antimateria.

 

 

“No es fácil entender los detalles de la estructura fina y el efecto Lamb sin ser un experto en física de partículas. Los dos conceptos son pequeñas divisiones en ciertos niveles de energía (o líneas espectrales) de un átomo, que pueden estudiarse con espectroscopía. La división de estructura fina del segundo nivel de energía del hidrógeno es una separación entre los llamados niveles 2P_3/2 y 2P_1/2 en ausencia de un campo magnético. Es causada por la interacción entre la velocidad del electrón del átomo y su rotación (cuántica) intrínseca. El Lamb shift ‘clásico’ es la división entre los niveles 2S_1/2 y 2P_1/2, también en ausencia de un campo magnético. Es el resultado del efecto en el electrón de las fluctuaciones cuánticas asociadas con los fotones virtuales que aparecen y desaparecen en el vacío.”

 

                   

Ni la primera vez, ni la última. La noticia del anti-hidrógeno en el CERN |

Perro, como antes he dicho, ha sido en el Laboratorio donde se ha conseguido aislar y no es la primera vez que el CERN nos sorprende creando átomos de antimateria. Ya en 1995 se produjeron artificialmente los primeros nueve átomos de anti-hidrógeno. Pero ahora el experimento ALPHA del CERN ha dado un paso adelante, produciendo y manteniendo con más tiempo átomos de antimateria, como apareció publicado en un artículo en Nature.

Sigamos. Una vez destruidos todos los pares materia antimateria, quedó el sobrante de partículas positivas que es la materia de nuestro universo, La Bariónica que emite radiación electromagnética y está formada por Quarks y Leptones. La otra, esa que llamamos oscura, la dejaremos reposando allí donde se pueda encontrar (si se encuentra en alguna parte), toda vez que, de ella, no podemos decir mucho con cierta propiedad.

 

De esa manera se formaron, con esas partículas positivas y los electrones (hadrones -formados por Quarks- y leptones), se originaron grandes conglomerados de gas y polvo que giraban lentamente, fragmentándose en vórtices turbulentos que se condensaban finalmente en estrellas.

 

 

Estos conglomerados de gas y polvo podían tener extensiones de años luz de diámetro y, en algunas regiones donde la formación de estrellas fue muy activa, casi todo el polvo y el gas fue a parar a una estrella u otra. Poco o nada fue lo que quedo en los espacios intermedios. Esto es cierto para los cúmulos globulares, las galaxias elípticas y el núcleo central de las galaxias espirales.

 

 

Dicho proceso fue mucho más eficaz en las afueras de las galaxias espirales. Las estrellas se formaron en mayor número y, sus brazos, aparecen cuajados de azuladas y nuevas estrellas masivas que, con su radiante luminosidad ultravioleta, inundan grandes regiones que ionizan al gas y polvo que las circundan.

 

 

Mapa esquemático de la Vía Láctea. El brazo de Orión aparece señalado en marrón y el punto amarillo señala la posición del Sistema Solar. Nosotros, los habitantes del planeta Tierra, nos encontramos en los brazos espirales de nuestra galaxia, estamos situados en la periferia a unos 30.000 años luz del centro galáctico y vemos las manchas oscuras que proyectan las nubes de polvo contra el resplandor de la Vía Láctea. El centro de nuestra propia galaxia queda oscurecido por tales nubes.

 

Estas nubes enormes de polvo cósmico es el material primario del que hacen las estrellas. Este material del que está formado el universo consiste en su mayor parte, como se ha dicho anteriormente, de hidrógeno y helio.  Los átomos de helio no tienen ninguna tendencia a juntarse unos con otros.  Los de hidrógeno sí, pero sólo en parejas, formando moléculas de hidrógeno (H₂). Quiere decirse que la mayor parte del material que flota entre las estrellas consiste en pequeños átomos de helio o en pequeños átomos y moléculas de hidrógeno. Todo ello constituye el gas interestelar, que forma la mayor parte de la materia que circula en el universo entre las estrellas.

 

                               La nebulosa Cabeza de Caballo

No pocas veces, los astronomos han podido comprobar como en estas inmensas nubes surgen nuevas estrellas y mundos que forman sistemas solares nuevos. En esta tentadora imagen de arriba vemos nubes de polvo cósmico y las estrellas recién nacidas envueltas en ellas, brillando en longitudes de onda infrarrojas.  Estamos en una de las regiones de formación estelar más cercanas.

 

 

El polvo interestelar o polvo cósmico, que se halla presente en cantidades mucho más pequeñas, se compone de partículas diminutas, pero mucho más grandes que átomos o moléculas, y por tanto deben contener átomos que no son ni de hidrógeno ni de helio, son átomos de materiales más complejos.

 

El tipo de átomo más común en el universo, después del hidrógeno y el helio, es el de oxígeno. El oxígeno puede combinarse con hidrógeno para formar grupos oxidrilo (HO) y moléculas de agua (H₂O), que tienen una marcada tendencia a unirse a otros grupos y moléculas del mismo tipo que encuentren en el camino, de forma que poco a poco se van constituyendo pequeñísimas partículas compuestas por millones y millones de tales moléculas. Los grupos oxidrilo y las moléculas de agua pueden llegar a constituir una parte importante del polvo cósmico.

 

                                      Las coloridas nubes de formación de estrellas 

La colorida región de formación de estrellas Rho Ophiuchi, a unos 400 años luz de la Tierra, contiene nubes de gas y polvo cósmicos muy frías (alrededor de -250 grados Celsius) y densas, donde nuevas estrellas están naciendo (Foto: Especial ESO/S. Guisard ). Un equipo internacional de astrónomos detectó por primera vez moléculas de peróxido de hidrógeno, comúnmente conocido como agua oxigenada, en el espacio interestelar. El descubrimiento ofrece pistas sobre el enlace químico entre dos moléculas esenciales para la vida: el agua y el oxígeno, reportó en un comunicado el Observatorio Europeo Austral (ESO).

 

En 1.965 se detectó por primera vez grupos oxidrilo en el espacio  y se comenzó a estudiar su distribución. Desde entonces se ha informado también de la existencia de moléculas más complejas que contienen átomos de carbono, así como de hidrógeno y oxígeno. El polvo cósmico contiene también agrupaciones atómicas formadas por átomos menos comunes y más complejos que los ya mencionados. Los materiales más pesados y complejos se fabrican en los hornos termonucleares, los núcleos de las estrellas, y cuando al final de su existencia como tales estrellas explotan en súper novas, estos materiales son lanzados al espacio a velocidades increíbles y siembra el vacío estelar de materiales complejos que más tarde sirven de material para formar nuevas estrellas de II generación.

En el espacio estelar se han detectado también átomos de calcio, sodio, potasio e hierro y otros muchos elementos observando la luz que esos átomos absorben. Hoy tenemos magníficos instrumentos de fabricación muy sofisticada con alta tecnología que utilizan los últimos adelantos en física e ingeniería, incluso la robótica nos ayuda a desvelar los misterios del Universo y lo que en él se contiene.

 

Cada día son menos las cosas presentes en el Universo que se nos escapan, y, aunque nos queda mucho por  descubrir, la lista de lo hallado es cada día más larga.

 

 

Ragbir Bhathal, un astrofísico de la Universidad de Western Sydney, detectó en Diciembre de 2008 una señal láser proveniente del espacio exterior. Bhathal trabaja en las instalaciones australianas de SETI (SEarch for Extraterrestrial Intelligence), la organización que realiza una búsqueda de inteligencia extraterrestre mediante radiotelescopios. Parece que la cautela es una de las mayores virtudes de este científico, ya que en lugar de salir corriendo para informar del hecho a la prensa prefirió pasar casi cinco meses investigando si no había alguna clase de error en los instrumentos, si no se trataba de algún fenómeno físico corriente o era simplemente “ruido aleatorio” procedente del espacio.

 

      Así están buscando los científicos vida extraterrestre

Una vez descartadas todas las fuentes conocidas posibles, Ragbir Bhathal ha dado a conocer su hallazgo. “La NASA utiliza láseres para comunicarse en el Espacio, así que no es tan descabellado imaginar que una civilización extraterrestre podría usarlos también”, dice. Enviar una señal láser hacia una región en particular del espacio es tan sencillo que casi podríamos hacerlo hoy en día, agrega Paul Horowitz, profesor de física en la Universidad de Harvard. Por ejemplo, el láser NOVA del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (California), utilizado en experimentos de fisión nuclear, es capaz de producir más de mil millones de vatios de luz láser durante una pequeñísima fracción de segundo. Si reflejásemos ese haz en un espejo de 10 metros como el existente en el telescopio Keck de Hawai, podríamos emitir una luz 5.000 veces más brillante que el Sol hacia donde quisiéramos.

Es muy pronto aún para atribuir esta luz láser a una civilización extraterrestre. Pero SETI está trabajando en ello.

 

 

      Renace el proyecto SETI de búsqueda de inteligencia extraterrestre

Dentro de nuestro sistema solar hay un material parecido al que más arriba mencionamos, aportado quizás por los cometas. Es posible que fuera de los límites visibles del sistema solar exista una conglomeración grande de cometas, y que algunos de ellos se precipiten hacia el Sol (atraídos por la gravedad). Los cometas son formaciones de fragmentos sólidos de metal y roca, unidos por una mezcla de hielo, metano y amoníaco congelados y otros materiales parecidos. Cada vez que un cometa se aproxima al Sol, se evapora parte de su materia, liberando diminutas partículas sólidas que se esparcen por el espacio en forma de larga cola. En última instancia, el cometa se desintegra por completo.

A lo largo de la historia del sistema solar se han desintegrado innumerables cometas y han llenado de polvo el espacio interior del sistema solar.  La Tierra recoge cada día miles de millones de partículas de polvo (“micro-meteoroides”). Los científicos espaciales se interesan por ellas por diversas razones; una de ellas es que los micro-meteoroides de mayor tamaño podrían suponer un peligro para los futuros astronautas y colonizadores de la Luna.

 

GW170814:

OBSERVANDO ONDAS GRAVITACIONALES PROCEDENTES DE UNA BINARIA DE AGUJEROS NEGROS EN COALESCENCIA MEDIANTE TRES DETECTORES.

 

 

 

Muchas e insospechadas posibilidades de investigación científica se abrirían si el detector de ondas gravitatorias GEO600 es sensible a la naturaleza cuántica del espacio y el tiempo. La única manera de confirmarlo sería realizando experimentos controlados cuyos resultados puedan ser atribuidos solamente al “ruido holográfico”. Un experimento como ese podría ser el primer paso hacia una nueva era en la física fundamental.

A diferencia de otros grandes interferómetros láser, el GEO600 reacciona de manera particularmente sensible a cierta clase de efectos, lo cual hasta ahora era visto como un inconveniente, pues constituía un obstáculo para muchas de las observaciones habituales, obligando a realizar ajustes de las lecturas.

El “ruido holográfico”, sin embargo, produce exactamente esa clase de efectos, por lo que, en este caso, la desventaja se convierte en una ventaja.

 

             Holograma cósmico detectado por Geo 600

Hogan y los científicos del GEO600 están analizando si una señal específica del “ruido” en los datos grabados por el detector puede ser rastreada hasta alcanzar la granulosidad del espacio-tiempo. Los resultados teóricos relativos a la entropía de los agujeros negros llevan a concluir que el universo podría ser un inmenso holograma. Del estudio de las propiedades de los agujeros negros se han deducido los límites absolutos que acotan la información que cabe en una región del espacio. Teniendo en cuenta que esos límites dependen de la materia y energía contenida en ese espacio es asombroso que se pueda deducir un límite sin conocer ni siquiera , con absoluta certeza, el último componente de la materia ( se cree que los quarks y los electrones son excitaciones de supercuerdas que deben ser los entes fundamentales, pero no se descartan niveles más bajos).

 

La mecánica estadística: fundamentos, entropía de Boltzmann, sistemas micro-canónico, canónico y macro-canónico, fermiones y bosones, gases ideales y la catástrofe ultravioleta.

 

La clave está en la entropía, en 1877 , Ludwing Boltzmann la caracterizó como el número de estados microscópicos distintos ( N) en los que pueden hallarse las partículas que componen un trozo de materia de forma que siga pareciendo el mismo trozo desde un punto de vista macroscópico. Un holograma es un objeto bidimensional que codifica toda la información que describe la imagen tridimensional. Nuestro Universo tridimensional podría estar codificado en una superficie que lo contiene, como una especie de inmenso holograma.

 

 

Todas estas noticias que nos llegan en aluvión desde los distintos Centros Especializados, hacen que, nos sumerjamos en los misterios y maravillas que encierra el universo, no puedo dejar de sorprenderme por sus complejas y bellas formaciones, la inmensidad, la diversidad, las fuerzas que están presentes, los objetos que lo pueblan, las transformaciones que continuamente cambian las cosas que evolucionan llevadas de la mano del tiempo.

Pensemos por ejemplo que un átomo tiene aproximadamente 10^-8 centímetros de diámetros. En los sólidos y líquidos ordinarios los átomos están muy juntos, casi en contacto mutuo. La densidad de los sólidos y líquidos ordinarios depende por tanto del tamaño exacto de los átomos, del grado de empaquetamiento y del peso de los distintos átomos.

De los sólidos ordinarios, el menos denso es el hidrógeno solidificado, con una densidad de 0’076 gramos por cm³. El más denso es un metal raro, el osmio, con una densidad de 22’48 gramos/cm³.

Si los átomos fuesen bolas macizas e incompresibles, el osmio sería el material más denso posible, y un centímetro cúbico de materia jamás podría pesar ni un kilogramo, y mucho menos toneladas.

 

Nuevos bibliotecarios nos facilitaran en el futuro los datos archivados.   Ahí es donde se almacena tanta información, miles Millones de datos.

Pero los átomos no son macizos. El físico neozelandés experimentador por excelencia, Ernest Rutherford, demostró en 1.909 que los átomos eran en su mayor parte espacio vacío. La corteza exterior de los átomos contiene sólo electrones ligerísimos, mientras que el 99’9% de la masa del átomo está concentrada en una estructura diminuta situada en el centro: el núcleo atómico.

 

 

El núcleo atómico tiene un diámetro de unos 10^-15 cm (aproximadamente 1/100.000 del propio átomo). Si los átomos de una esfera de materia se pudieran estrujar hasta el punto de desplazar todos los electrones y dejar a los núcleos atómicos en contacto mutuo, el diámetro de la esfera disminuiría hasta un nivel de 1/100.000 de su tamaño original.

 

En los sólidos y líquidos ordinarios los átomos están muy juntos

De manera análoga, si se pudiera comprimir la Tierra hasta dejarla reducida a un balón de núcleos atómicos, toda su materia quedaría reducida a una esfera de unos 130 metros de diámetro. En esas mismas condiciones, el Sol mediría 13’7 km de diámetro en lugar de los 1.392.530 km que realmente mide. Y si pudiéramos convertir toda la materia conocida del universo en núcleos atómicos en contacto, obtendríamos una esfera de sólo algunos cientos de miles de km de diámetro, que cabría cómodamente dentro del cinturón de asteroides del Sistema Solar.

 

 

El calor y la presión que reinan en el centro de las estrellas rompen la estructura atómica y permiten que los núcleos atómicos empiecen a empaquetarse unos junto a otros. Las densidades en el centro del Sol son mucho más altas que la del osmio, pero como los núcleos atómicos se mueven de un lado a otros sin impedimento alguno, el material sigue siendo un gas.  Hay estrellas que se componen casi por entero de tales átomos destrozados.  La compañera de la estrella Sirio es una “enana blanca” no mayor que el planeta Urano, y sin embargo tiene una masa parecida a la del Sol.

 

 

Las colisiones entre estrellas de Neutrones podrían ser la fuente de los metales más pesados del Universo. Lejos quedan ya aquellos tiempos en los que… Transformar el Plomo en Oro…durante siglos esta idea fue perseguida sin descanso por aquellos llamados alquimistas, que creían posible transmutar la materia para lograr producir el más valiosos de los metales a partir de otros “inferiores” mediante lo que se llamaba una piedra filosofal, una substancia que en contacto con ellos provocaría la transformación. Un sueño imposible en atrapó no solo a estos primeros químicos, sino también a nobles y reyes, que financiaron estos experimentos atraídos por su codicia. Una búsqueda inútil, que solo dejó atrás fracasos absolutos y grandes engaños… Sin embargo, hemos podido llegar a conocer que, no estaban equivocado en el hecho en sí, la equivocación radicaba en que no tenían el conocimiento para saber que, aquellas transmutaciones se podían lograr sólo en la Naturaleza.

 

 

Los núcleos atómicos se componen de protones y neutrones. Ya hemos dicho antes que todos los protones tienen carga eléctrica positiva y se repelen entre sí, de modo que en un lugar dado no se pueden reunir más de un centenar de ellos. Los neutrones, por el contrario, no tienen carga eléctrica y en condiciones adecuadas pueden estar juntos y empaquetados un enorme número de ellos para formar una “estrella de neutrones”. Los púlsares, según se cree, son estrellas de neutrones en rápida rotación.

 

 

Estas estrellas se forman cuando las estrellas de 2 – 3 masas solares, agotado el combustible nuclear, no pueden continuar fusionando el hidrógeno en helio, el helio en oxígeno, el oxigeno en carbono, etc, y explotan en supernovas. Las capas exteriores se volatilizan y son expulsados al espacio; el resto de la estrella (su mayor parte), al quedar a merced de la fuerza gravitatoria, es literalmente aplastada bajo su propio peso hasta tal punto que los electrones se funden con los protones y se forman neutrones que se comprimen de manera increíble hasta que se degeneran y emiten una fuerza que contrarresta la gravedad, quedándose estabilizada como estrella de neutrones.

 

 

 

Si el Sol se convirtiera en una estrella de neutrones, toda su masa quedaría concentrada en una pelota cuyo diámetro sería de 1/100.000 del actual, y su volumen (1/100.000)³, o lo que es lo mismo 1/1.000.000.000.000.000 (una milmillonésima) del actual. Su densidad sería, por tanto, 1.000.000.000.000.000 (mil billones) de veces superior a la que tiene ahora.

La densidad global del Sol hoy día es de 1’4 gramos/cm³. Una estrella de neutrones a partir del Sol tendría una densidad que se reflejaría mediante 1.400.000.000.000.000 gramos por cm³. Es decir, un centímetro cúbico de una estrella de neutrones puede llegar a pesar 1.400.000.000 (mil cuatrocientos millones de toneladas). ¡Qué barbaridad!

 

                                     Esa luz y ese calor hace posible la vida en la Tierra

Cuando hablamos de las cosas del universo estamos hablando de cosas muy grandes. Cualquiera se podría preguntar, por ejemplo: ¿hasta cuándo podrá mantener el Sol la vida en la Tierra? Está claro que podrá hacerlo mientras radie energía y nos envíe luz y calor que la haga posible tal como la conocemos.

Como ya explicamos antes, la radiación del Sol proviene de la fusión del hidrógeno en helio. Para producir la radiación vertida por el sol se necesita una cantidad ingente de fusión: cada segundo tienen que fusionarse 4.654.600. toneladas de hidrógeno en 4.650.000. toneladas de helio  (las 4.600toneladas restantes se convierten en energía de radiación y las pierde el Sol para siempre. La ínfima porción de esta energía que incide sobre la Tierra basta para mantener toda la vida en nuestro planeta).

 

  El Sol nos trae el nuevo día, la esperanza y la incertidumbre del ¿Qué será?

Nadie diría que con este consumo tan alto de hidrógeno por segundo, el Sol pudiera durar mucho tiempo, pero es que ese cálculo no tiene encuentra el enorme tamaño del Sol. Su masa totaliza 2.200.000.000.000.000. 000.000.000.000 (más de dos mil cuatrillones) de toneladas. Un 53% de esta masa es hidrógeno, lo cual significa que el Sol contiene en la actualidad una cantidad de 1.166.000.000.000.000.000.0000.0000.000 toneladas.

 

 

Para completar datos diré que el resto de la masa del Sol es casi todo helio. Menos del 0’1 por 100 de su masa está constituido por átomos más complicados que el helio. El helio es más compacto que el hidrógeno. En condiciones idénticas, un número dado de átomos de helio tiene una masa cuatro veces mayor el mismo número de átomos de hidrógeno. O dicho de otra manera: una masa dada de helio ocupa menos espacio que la misma masa de hidrógeno. En función del volumen – el espacio ocupado -, el Sol es hidrógeno en un 80 por ciento.

Si suponemos que el Sol fue en origen todo hidrógeno, que siempre ha convertido hidrógeno en helio al ritmo dicho de 4.654.600  de toneladas  por segundo y que lo seguirá haciendo hasta el final, se calcula que ha estado radiando desde hace unos 4.000 millones de años y que seguirá haciéndolo durante otros cinco mil millones de años más.

    Como delicados pétalos cósmicos, esta nube de gas y polvo interestelar floreció a 1.300 años-luz de distancia, en los fecundos campos de estrellas de la constelación de Cefeo (Cepheus). Llamada a veces la Nebulosa del Lirio, NGC 7023, podría muy bien ser una estampa repetitiva del nacimiento de nuestro propio Sol. Ahí, en el centro, vemos como comienza a brillar la protoestrella que nace.

 

 

Pero las cosas no son tan simples. El Sol es una estrella de segunda (o tercera genera) generación, constituida a partir de gas y polvo cósmico desperdigado por estrellas que se habían quemado y explotado miles de millones de años atrás.  Así pues, la materia prima del Sol contenía ya mucho helio desde el principio, lo que nos lleva a pensar que el final puede estar algo más cercano.

Por otra parte, el Sol no continuará radiando exactamente al mismo ritmo que ahora. El hidrógeno y el helio no están perfectamente entremezclados. El helio está concentrado en el núcleo central y la reacción de fusión se produce en la superficie del núcleo. ¿Cómo hemos sido capaces de llegar a saber todo eso?

Cuestiones como las de un simple eclipse solar, llamaron la atención de antiguas civilizaciones en la Antigüedad.

 

El eclipse solar híbrido es el más raro y espectacular. De hecho, solo se produce en un promedio de una vez cada 370 años. La última vez que se observó un eclipse solar híbrido fue en noviembre de 2013, y el próximo ocurrirá el 20 de abril de 2023. Además, los eclipses solares híbridos solo son visibles desde una franja estrecha de la superficie terrestre, lo que significa que incluso si ocurren, no son accesibles para la mayoría de la población.

Un eclipse lunar es un evento astronómico que sucede cuando el planeta Tierra se interpone entre el Sol y la Luna es decir, cuando la Luna entra en la zona de sombra de la Tierra. Esto sólo puede ocurrir en la fase de Luna llena.

La Tierra es un cuerpo cuyo radio ecuatorial es 100.7 veces menor que el radio del Sol, lo que provoca que éste proyecte un cono de sombra convergente y un cono de penumbra divergente, determinados por las tangentes interiores y exteriores, respectivamente, comunes al Sol y a la Tierra. La distancia promedio entre la Tierra y el Sol —denominada unidad astronómica (UA)— es de 149.600.000 km.

La Luna tiene un radio de 1736,6 km y gira alrededor de la Tierra a una distancia media de 384.403 km (60,27 radios ecuatoriales de la Tierra). La altura del cono de sombra es de 1.384.584 km (217 radios ecuatoriales) que es mayor que la distancia de la Luna a la Tierra, por lo que se producen eclipses.

Para un astronauta que estuviera situado sobre la superficie de la Luna, un eclipse penumbral sería un eclipse parcial de Sol. Análogamente, si el astronauta se encontrara dentro del cono de sombra de la Tierra no podría ver el Sol; para él se estaría produciendo un eclipse total de Sol.

 

 

La atmósfera terrestre tiene una influencia vital en los eclipses. Si la atmósfera no existiese, en cada eclipse total de Luna ésta desaparecería completamente (cosa que sabemos que no ocurre). La Luna totalmente eclipsada adquiere un color rojizo característico debido a la luz refractada por la atmósfera de la Tierra. Para medir el grado de oscurecimiento de los eclipses lunares se emplea la escala de Danjon.

La sombra tiene un tamaño de 4607 km y como el radio de la Luna es 1736,6 km resulta que el radio de la sombra es 2,65 veces el radio de la Luna por lo que dentro de la sombra caben casi 3 lunas.

Según los estudios realizados y considerando los valores extremos de los anteriores resulta que la distancia de la Luna a la Tierra variará en nuestro siglo en 50.337 km como máximo, cantidad importante que supone unos 4 minutos de arco para el diámetro angular lunar, en más o en menos, un 8% del diámetro angular medio de nuestro satélite.

 

 

Es cierto que cada día, tomamos nuevos riesgos en busca del saber e instalamos ingenios tecnológicos espaciales que nos dicen lo que ahí fuera está pasando, e, incluso, enviamos a seres humanos que, con trajes especiales (no del todo adecuados) llevan a cabo trabajos necesarios de mantenimiento, laboratorio, mediciones, etc.

 

 

En su sentido más general, un cosmos es un sistema ordenado o armonioso. Se origina del termino griego “κόσμος”, que significa orden u ornamentos, y es la antítesis del caos. Hoy la palabra suele utilizar como sinónimo de universo (considerando el orden que éste posee). Las palabras cosméticos y cosmetología tienen el mismo origen. El estudio del cosmos (desde cualquier punto de vista) se llama cosmología. Cuando esta palabra se usa como término absoluto, significa todo lo que existe, incluyendo lo que se ha descubierto y lo que no.

 

 

Se dice que Pitágoras fue el primer filósofo en aplicar el término cosmos al Universo, tal vez por el orden del firmamento estrellado.

Emilio Silvera V.

Algunos de los pasajes que arriba se leen, se deben a Asimov.

 

Sabemos que en la misma Vía Láctea existen 30.000 millones de estrellas como nuestro Sol, y, la mayoría, tienen sus propios planetas que las orbitan. No podemos poner en duda que las posibilidades que entre esa multitud de planetas existan más de uno parecidos o iguales que nuestra Tierra.

Nosotros solo conocemos un planeta habitable (por el momento), y, ese planeta es el nuestro que, desde que aparecimos en él, no ha dejado de proporcionarnos todo aquello que necesitamos para vivir.

A nuestro alrededor, en las diversas regiones, nos ofreció y nos sigue ofreciendo las maravillas que contiene, su Naturaleza es asombrosa, y, no siempre sabemos corresponder a lo que nos da.

Fue en el siglo XX (al observar partículas subatómicas que, en los grandes aceleradores de partículas, se movían a velocidades de decenas de miles de kilómetros por segundo) cuando se empezaron a encontrar aumentos de masa que eran suficientemente grandes para poder detectarlos. Un cuerpo que se moviera a unos 260.000 Km por segundo respecto a nosotros mostraría una masa dos veces mayor que cuando estaba en reposo (siempre respecto a nosotros).

 

Los protones se acercan al límite impuesto por la Naturaleza de la velocidad de la luz, se ven frenados, y, la energía de la inercia (por la predicción de E= mc2) se convierte en masa.

En el universo todo es cambiante. Hasta “la nada” es cambiante. La energía que lo integra, que es parte de la misma materia, también es cambiante. Se transforma de una a otra. No se destruye. Cambia y evoluciona. El cuerpo humano es una gran máquina transformadora de energía porque es energía pura. El universo, en más del setenta por ciento, es energía. Vivimos y formamos parte de un universo repleto de energía. Y en ese universo variable y lleno de energía existen multitudes de formas de comunicación, entre otras, la del intercambio de energía entre los objetos que pueblan el espacio “infinito”.

Nos comunicamos con el Sol que nos manda su energía para hacer posible nuestra presencia aquí, en el planeta Tierra. La energía que se comunica a un cuerpo libre puede integrarse en él de dos maneras distintas:

1. En forma de velocidad, con lo cual aumenta la rapidez del movimiento.
2. En forma de masa, con lo cual se hace “más pesado”.

La división entre estas dos formas de ganancia de energía, tal como la medimos nosotros, depende en primer lugar de la velocidad del cuerpo (medida, una vez más, por nosotros). Si el cuerpo se mueve a velocidades normales, prácticamente toda la energía se incorpora a él en forma de velocidad: se moverá más aprisa sin cambiar su masa.

 

El objeto que se mueve más rápido tendrá más masa que el que se mueve despacio

A medida que aumenta la velocidad del cuerpo (suponiendo que se le suministra energía de manera constante) es cada vez menor la energía que se convierte en velocidad y más la que se transforma en masa. Observamos que, aunque el cuerpo siga moviéndose cada vez más rápido, el ritmo de aumento de velocidad decrece. Como contrapartida, notamos que gana más masa a un ritmo ligeramente mayor.

 

               El misterio sobre la velocidad de la luz

Las leyes de la naturaleza se rigen por la luz, que viaja a una velocidad fija de 299 792,458 km/s, confirmada por la ciencia en miles de experimentos y es la constante fundamental que rige las leyes de la física y del cosmos.

Los fotones son partículas sin masa, que se encargan de transportar energía en forma de ondas electromagnéticas. La luz visible (como la del sol) está formada por fotones. La energía de un fotón depende de su longitud de onda.

La luz, formada por cuantos llamados fotones, es tan rápida que nada en el Universo, la puede alcanzar. Sin embargo sí hay algo que la puede retener mediante la fuerza de Gravedad: Los agujeros negros tienen y emiten tal fuera de gravedad que hasta la luz, se ve confinada en ellos y no puede salir una vez atrapada por la singularidad.

Si aumentamos aún más la velocidad y el objeto se acerca  a los 299.792’458 Km/s., que es la velocidad de la luz en el vacío, casi toda la energía añadida entra en el objeto en movimiento en forma de masa. Es decir, la velocidad del cuerpo aumenta muy lentamente, pero la masa es la que sube a pasos agigantados. Hipotéticamente, en el momento en que se alcanza la velocidad de la luz, toda la energía añadida se traduce en masa.

 

 

El cuerpo no puede sobrepasar la velocidad de la luz porque para conseguirlo hay que comunicarle energía adicional, y a la velocidad de la luz toda esa energía, por mucha que sea, se convertirá en nueva masa, con lo cual la velocidad no aumentaría ni un ápice.

 

 

Si pudiéramos coger con los dedos, un muón que es lanzado por el Acelerador de partículas a velocidad cercana a la de la luz, veríamos como su masa a podido aumentar más de diez veces, toda vez que, la energía que se le ha inyectado no puede seguir convirtiéndose en velocidad más allá de la de la luz, y, el excedente, se convierte en masa. Todo esto no es pura teoría, sino que tal como ha sido comprobado, es la realidad de los hechos.

 

En el CERN se guardan las pruebas de que una partícula lanzada a velocidades cercanas a c, aumenta su masa. La velocidad de la luz es la velocidad límite en el universo. Cualquier cosa que intentara sobrepasarla adquiriría una masa infinita.

La velocidad de la luz, por tanto, es un límite en nuestro universo; no se puede superar. Siendo esto así, el hombre tiene planteado un gran reto, no será posible el viaje a las estrellas si no buscamos la manera de esquivar este límite de la naturaleza, ya que las distancias que nos separan de otros sistemas solares son tan enormes que, viajando a velocidades por debajo de la velocidad de la luz, sería casi imposible alcanzar el destino deseado.

 

Si no se encuentra otras maneras… La velocidad de la luz es el límite

Ninguna nave espacial, por los métodos convencionales, podrá alcanzar nunca la velocidad de la luz. Seguramente, los hombres inventarán otros procedimientos para que esas naves puedan burlar ese muro ahora infranqueable y, discurrirán otros caminos que nos posibiliten llegar hasta las estrellas.

Los científicos, físicos experimentales, tanto en el CERN como en el FERMILAB, aceleradores de partículas donde se estudian  los componentes de la materia haciendo que haces de protones o de muones, por ejemplo, a velocidades cercanas a la de la luz choquen entre sí para que se desintegren y dejen al descubierto sus contenidos de partículas aún más elementales.  Pues bien, a estas velocidades relativistas cercanas a c (la velocidad de la luz), las partículas aumentan sus masas; sin embargo, nunca han logrado sobrepasar el límite de c, la velocidad máxima permitida en nuestro universo.

 

 

Los muones, descubiertos en 1936 en observaciones de radiación cósmica, son partículas elementales muy similares a los electrones, pero con una masa 207 veces mayor y un tiempo de vida que apenas alcanza un mero lapso de 2,2 millonésimas de segundo. Pese a que se los conoce desde hace 85 años, en los últimos meses se han vuelto el centro de las atenciones para los físicos de partículas debido a que aparentemente se han detectado anomalías en dos grandes experimentos internacionales de distinta naturaleza. En uno de los estudios, que se llevó a cabo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el mayor acelerador de partículas del planeta, situado en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (Cern), los muones se formaron a una tasa diferente a la de los electrones como resultado de la desintegración de partículas más pesadas. Según una teoría que tiene amplia aceptación entre los físicos, ambas partículas deberían producirse en proporciones iguales. En el otro estudio, realizado en el acelerador del Fermilab, en Chicago, Estados Unidos, los muones presentaban un alto nivel de magnetismo, mayor que el previsto.

 

 

Ambos registros parecen contrariar los supuestos de lo que se denomina modelo estándar, la teoría dominante en la física de partículas que, desde hace medio siglo, explica las interacciones entre las fuerzas conocidas, con excepción de la gravedad, y las partículas que constituyen la materia. Cuando existe una posibilidad sólida de que este tipo de discrepancia sea un fenómeno real y no un error de medición o una fluctuación estadística, los físicos se plantean si están ante un hallazgo que hace necesaria una revisión del modelo para incluir algo que no estaba previsto, como una nueva fuerza o una partícula que hasta ahora era desconocida, quizá surgida de algún fenómeno cuántico ignorado. No es la primera vez que el modelo es puesto a prueba. Los neutrinos, unas partículas sin carga eléctrica y extremadamente abundantes en el Universo, no deberían tener masa, según lo que postula el modelo. Pero ahora se sabe que tienen cierta masa, aunque la misma sea ínfima. Otras cuestiones que la teoría no explica son la existencia de la materia oscura y de la energía oscura, los dos componentes más abundantes del Cosmos, y la aparente predominancia de la materia sobre la antimateria.

 

 

Los muones pasaron a ser objeto de debates recientes entre los físicos cuando en el mes de marzo, el experimento LHCb –uno de los cuatro grandes proyectos en marcha en el Cern, que está ubicado en los alrededores de Ginebra, en la frontera entre Suiza y Francia– dio a conocer nuevos resultados. En un artículo disponible como preprint, aún no revisados por pares ni aceptado para su publicación en una revista científica, los miembros de la colaboración científica informan que el decaimiento de las partículas emergentes de las colisiones de protones en el interior del acelerador condujo a la formación de un 15 % menos de muones que de electrones.

 

 

Hemos tenido que construir máquinas inmensas para poder comprobar los efectos que se producen en un cuerpo cuando éste quiere ir más rápido que la luz. Lo predijo la teoría de la relatividad especial de Einstein y se ha comprobado después en los aceleradores de partículas: Nada va más rápido que la luz en nuestro Universo.

Es preciso ampliar un poco más las explicaciones anteriores que no dejan sentadas todas las cuestiones que el asunto plantea, y quedan algunas dudas que incitan a formular nuevas preguntas, como por ejemplo: ¿por qué se convierte la energía en masa y no en velocidad?, o ¿por qué se propaga la luz a 299.793 Km/s y no a otra velocidad?

La única respuesta que podemos dar hoy es que así es el universo que nos acoge y las leyes naturales que lo rigen, donde estamos sometidos a unas fuerzas y unas constantes universales de las que la velocidad de la luz en el vacio es una muestra.

Antes se dejo la ecuación del aumento de masa y, en esta se escenifica la de la contracción de Lorentz

A velocidades grandes cercanas a la de la luz (velocidades relativistas) no sólo aumenta la masa del objeto que viaja, sino que disminuye también su longitud en la misma dirección del movimiento (contracción de Lorentz) y en dicho objeto y sus ocupantes – si es una nave – se retrasa al paso del tiempo, o dicho de otra manera, el tiempo allí transcurre más despacio. A menudo se oye decir que las partículas no pueden moverse “más deprisa que la luz” y que la “velocidad de la luz” es el límite último de velocidad.

Pero decir esto es decir las cosas a medias, porque la luz viaja a velocidades diferentes dependiendo del medio en el que se mueve. Donde más deprisa se mueve la luz es en el vacío: allí lo hace a 299.792’458 Km/s. Este sí es el límite último de velocidades que podemos encontrar en nuestro universo.

 

            Fotones viajeros ¿Quién o qué los podría seguir?

Tenemos el ejemplo del fotón, la partícula mediadora de la fuerza electromagnética, un bosón sin masa que recorre el espacio a esa velocidad antes citada de 299.792.458 metros por segundo. Esa es también, el límite de la velcoidad en que podemos transmitir información en nuestro Universo. Y, si eso es así (que lo es), tenemos un problema de comunicación con nuestros hipotéticos vecinos galácticos situados a miles de millones de años-luz de nosotros que, si les enviamos un mensaje, nunca sabremos si lo recibirán, o, si para cuando el mensaje llegue, su mundo existe todavía.

Einstein en su teoría de la relatividad especial de 1.905, nos decía que en nuestro universo nada puede ir más rápido que la luz. También nos dejó dicho que masa y energía son dos aspectos de una misma cosa. Que la materia se puede convertir en energía  (muchos son los ejemplos que tenemos de ello, y, no todos son buenos)  pero,  ¿es posible hacer lo contrario y convertir energía en materia?

 

En la serie Star Trek vemos como los viajeros hablan a una máquina y de allí sale la comida calentita. No sólo convierten la energía en materia sino que eligen a la carta en qué manjar convertir la materia. Lo que no nos explican es de dónde obtienen esa fuente inagotable de materia.

 

 

Sí sería posible convertir energía en materia, pero hacerlo en grandes cantidades resulta poco práctico. Veamos por qué: Según la teoría de Einstein, tenemos que E = mc², donde e representa la energía, medida en ergios, m representa la masa, medida en gramos, y c es la velocidad de la luz en centímetros por segundo.

Así que, en un gramo de materia podemos encontrar una gran cantidad de energía y para convertir la energía en materia, se necesitarían inmensas cantidades de energía, una fuente ilimitada que hoy no podemos tener y que, en el futuro, seguramente encontraremos para utilizarla en cuantas cosas podamos necesitar y, seguramente, una de ellas será esa: Convertir energía en materia.

 

La luz se propaga en cualquier medio

El agua es un medio transparente que conduce la luz (o las ondas de energía). Al igual que cuando enfocamos la luz contra un espejo observamos que el rayo de luz se desvía cambiando de dirección, de la misma manera sucede en el agua.

La luz se propaga en el vacío a una velocidad aproximada a los 30.000 millones (3×10¹⁰) de centímetros por segundo. La cantidad c² representa el producto c×c, es decir:

3×10¹⁰ × 3×10¹⁰, ó 9×10²⁰.

Por tanto, c² es igual a 900.000.000.000.000.000.000. Así pues, una masa de un gramo puede convertirse, en teoría, en 9×10²⁰ ergios de energía.

El ergio es una unida muy pequeña de energía que equivale a: “Unidad de trabajo o energía utilizado en el sistema c.g.s. (Sistema Cegesimal de Unidades ) y actúa definida como trabajo realizado por una fuerza de 1 dina cuando actúa a lo largo de una distancia de 1 cm: 1 ergio = 10^-7 julios”. La kilocaloría, de nombre quizá mucho más conocido, es igual a unos 42.000 millones de ergios. Un gramo de materia convertido en energía daría 2’2×10¹⁰ (22 millones) de kilocalorías.  Una persona puede sobrevivir cómodamente con 2.500 kilocalorías al día, obtenidas de los alimentos ingeridos. Con la energía que representa un solo gramo de materia tendríamos reservas para unos 24.110 años, que no es poco para la vida de un hombre.

 

 

La masa y la energía son dos aspectos de la misma cosa

En el contexto del universo, hay energías que se convierten en masa. Esa difícil transformación, no resulta nada fácil de conseguir en un laboratorio manipulado por el hombre, Hay cosas que aún, se escapan a nuestras posibilides y a las de nuestros ingenios tecnológicos.

O digámoslo de otro modo: si fuese posible convertir en energía eléctrica la energía representada por un solo gramo de materia, bastaría para tener luciendo continuamente una bombilla de 100 vatios durante unos 28.200 años. O bien: la energía que representa un solo gramo de materia equivale a la que se obtendría de quemar unos 32 millones de litros de gasolina.

 

 

Nada tiene de extraño, por tanto, que las bombas nucleares, donde se convierten en energías cantidades apreciables de materia, desaten tanta destrucción. La conversión opera en ambos sentidos. La materia se puede convertir en energía y la energía en materia. Esto último puede hacerse en cualquier momento en el laboratorio, donde continuamente convierten partículas energéticas (como fotones de rayos gamma) en 1 electrón y 1 positrón sin ninguna dificultad. Con ello se invierte el proceso, convirtiéndose la energía en materia. Claro que, sólo lo hacemos en esas infinitesimales proporciones. Bueno, para empezar no está mal.

 

 

Estos personajes del futuro, tenían la posibilidad de obtener alimentos de una máquina que transformaba la energía en viandas. ¿Cuando será realidad tal logro? Sería una buena solución para muchas regiones de la Tierra. Sin embargo, lejos queda esa posibilidad futura.

Pero, lo que nosotros podemos lograr en ese plano,  sería hablar de una transformación de ínfimas cantidades de masa casi despreciable. ¿Pero podremos utilizar el mismo principio para conseguir cantidades mayores de materia a partir de energía?

 

Bueno, si un gramo de materia puede convertirse en una cantidad de energía igual a la que produce la combustión de 32 millones de litros de gasolina, entonces hará falta toda esa energía para fabricar un solo gramo de materia, lo que nos lleva al convencimiento de que no sería muy rentable invertir el proceso.

 

 

Ya arriba dejo la imagen de aquellos viajeros espaciales de la Nave Enterprise, cuando tenían hambre, le piden a una dispensadora de alimentos lo que desean comer o beber, y la máquina, a partir de la energía, le facilita todo aquello que necesiten. La serie Star Trek, unas de las mejores que han sido realizadas, reflejan algunas licencias que como esta de la máquina dispensadora, no explican de dónde precede la fuente de energía que utilizan y, que según lo que se ve, tendría que ser inagotable.

 

 

Antes de que llegara Einstein, los físicos del siglo XIX creían que la materia y la energía eran dos cosas completamente diferentes. Materia es todo aquello que ocupaba un espacio y que poseía masa. Y al tener masa también tenía inercia y respondía al campo gravitatorio. La energía en cambio, no ocupaba espacio ni tenía masa, pero podía efectuar trabajo. Además, se pensaba que la materia consistía en partículas (átomos), mientras que la energía, se componía de ondas.

Por otra parte, esos mismos físicos del XIX creían que ni la materia ni la energía, cada una por su parte, podía ser creada ni destruida. La cantidad de materia del universo era constante, igual que la cantidad total de energía.  Había pues una ley de conservación de la energía y de conservación de la materia.

 

Albert Einstein, en 1.905, les demostró que la masa es una forma muy concentrada de energía. La masa podía convertirse en energía y viceversa.  Lo único que había que tener en cuenta era la ley de conservación de la energía. En ella iba incluida la materia.

Hacia los años veinte se vio además que no se podía hablar de partículas y ondas como si fuesen dos cosas diferentes. Lo que se consideraban partículas actuaban en ciertos aspectos como si de ondas se tratara, y lo que normalmente se consideraban ondas actuaban en ciertos aspectos como partículas.

 

Son muchos los experimentos que han demostrado la doble naturaleza de la luz. Sin embargo… ¿Sabemos realmente lo que es la luz? Nos dicen: “Un fotón no tiene energía de reposo, es decir, ninguna masa propia. Sin embargo, un fotón puede aportar energía e impulso a un sistema de objetos. De ahí que la presencia de uno o más fotones en un sistema pueda aumentar la masa de ese sistema”. Luego el fotón que vive en forma de energía, en realidad también es masa cuando interacciona con otros objetos.

 

La primera imagen nos muestra la función del onda del hidrógeno, la segunda la imagen ondulatoria del electrón, la tercera nos dice que en lo más profundo de la materia, el movimiento es inevitable, y, la cuarta es la imagen de propagación de una onda electromagnética por medio de una antena dipolo.

Así podemos hablar de ondas del electrón, por ejemplo; y también de partículas de luz, o fotones. Pero existe una diferencia entre la una y el otro, mientras que la partícula que denominamos electrón, posee una “masa en reposo” mayor a cero, los fotones por el contrario, no tienen masa alguna, por ese motivo, estas partículas se mueven siempre a una velocidad de 299.792’458 metros por segundo a través del vacío, no debemos olvidar que un fotón es una partícula de luz.

 

Las estrella parpadean en la noche como si quisieran decirnos alguna cosa,. El cielo nocturno es un espectáculo vibrante y dinámico que ha fascinado a la humanidad durante milenios. Uno de los fenómenos más intrigantes es el titilar de las estrellas. ¿Alguna vez te has preguntado por qué las estrellas titilan y cambian de color? Bueno, las estrella no tililan ni parpadean, en realidad es la atmósfera de la Tierra la que se interpone entre ellas y nosotros y se produce ese fenómeno.

Estamos inmersos en un Universo palpitante, en el que todo es movimiento y energía, nada está estático y, hasta las más ínfimas partículas de materia, se mueven a velocidades alucinantes. Es una dinámica que está marcada, o, regida, por las leyes fundamentales, las fuerzas rigen el Cosmos infinito. Nosotros, siempre curiosos y deseosos de saber, buscamos en lo más profundo del SER del UNIVERSO, para desentrañar lo que es y lo que somos. ¿Lo conseguiremos algún día?

Eso, me lo podéis preguntar dentro de unos pocos millones de años, y, seguramente, aún no os sabría contestar.

Emilio Silvera Vázquez

Fuentes: diversas obras de ciencia con una brizna de mi propio archivo mental.

 

Si en Marte hay vida, será en el subsuelo, ahí no llega la radiación, la temperatura es más alta, el agua líquida discurrirá por los regajos que existen en los “tubos” formados en las rocas por la actividad de su pasado volcánico, y, si es así (que lo será), allí habrán surgido líquenes, hongos, bacterias…

La Dra. Jasmina Lazendic-Galloway, Amelia Fraser-McKelvie y el Dr. Kevin Pimbblet. En mayo de 2.011, pudimos ller la noticia:

 

 

 

 

                       Unidades de Planck

 

 

 

 

 

 

                                                         Imagines del Universo de hoy