Los Bosones son sociables y se juntan, los Fermiones, por el contrario, sometidos al Principio de exclusi´çon de Paule, se rechaxam.

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¡Los cuantos!

Así podría ser el disco proto-planetario en el que se formó el Sistema solar en sus comienzos y en la segunda imagen en lo que se transformó con el paso del tiempo y la evolución. En nuestro Universo, nada permanece, toda se transforma y cambia.

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En la tumba de David Hilbert (1862-1943), en el cementerio de Gotinga (Alemania), dice:

“Debemos saber. Sabremos”.

Estoy totalmente de acuerdo con ello. El ser humano está dotado de un resorte interior, algo en su mente que llamamos curiosidad y que nos empuja (sin que en muchas ocasiones pensemos en el enorme esfuerzo y en el alto precio que pagamos) a buscar respuestas, a querer saber el por qué de las cosas, a saber por qué la naturaleza se comporta de una u otra manera y, sobre todo, siempre nos llamó la atención aquellos problemas que nos llevan a buscar nuestro origen en el origen mismo del universo y, como nuestra ambición de saber no tiene límites, antes de saber de dónde venimos, ya nos estamos preguntando hacia dónde vamos. Nuestra osadía no tiene barreras y, desde luego, nuestro pensamiento tampoco las tiene, gracias a lo cual, estamos en un estadio de conocimiento que a principios del siglo XXI, se podría calificar de bastante aceptable para dar el salto hacia objetivos más valiosos.

Fusión de dos estrellas de neutrones

Se fotografía el Horizonte de sucesos de un Agujero Negro

Un trabajador mide los anillos de piedra de la cueva de Bruniquel (Francia), que podrían haber sido obra de neandertales.

 

Enrollada en una bola de colores, esta avispa dorada o avispa cuco parece serena en esta imagen del fotógrafo Thorben Danke. Pero no te dejes engañar por su tranquila pose: igual que el pájaro con el que comparte el nombre, la avispa cuco pone sus huevos en los nidos de otros insectos. Cuando eclosionan, las larvas se alimentan de los bebés del constructor del nido o los matan de hambre devorando la comida almacenada.

 

La ceniza que emerge de los volcanes está compuesta por fragmentos de roca y vidrio. En algunos lugares de La Palma, la ceniza se ha acumulado tanto que ha sepultado árboles y casas, de las que sólo quedan chimeneas asomando por el manto volcánico.

 

Una pequeña semilla de arándano parece cubierta de escamas si se ve ampliada 300 veces. Cambios estacionales que traen nuevas plagas, climas extremos y una reducción de los polinizadores están afectando a los arándanos en todo el mundo.

 

Si ampliamos 700 veces la flor de girasol podemos ver como la recubre el polen. Los investigadores están interesados en explorar las virtudes del girasol y se acaba de crear un equipo internacional para estudiar el código genético de la planta. Descubrieron que el genoma del girasol es un 20 por ciento más largo que el genoma humano, con cerca del doble de genes. Esto permite una gran diversidad de combinaciones genéticas, que han desembocado en 70 especies de girasoles.

 

 

El cráneo de un falso gato de dientes de sable, un tipo extinto de carnívoro parecido a los felinos, es acunado por la conservadora jefe Xènia Aymerich, del Instituto Catalán de Paleontología Miquel Crusafont. El ejemplar es uno de los más de 70 000 fósiles encontrados en el Abocador de Can Mata, un vertedero cercano a Barcelona que se ha convertido en el paraíso de los paleontólogos.

 

Bajo la imagen nos decían;

“Tras un viaje de 8.000 kilómetros en barco desde Estados Unidos hasta la Guayana Francesa, el telescopio espacial James Webb se instala en su sala blanca temporal antes del lanzamiento. El elaborado telescopio espacial de infrarrojos proporcionará vistas asombrosas de los primeros días del universo, si se lanza con seguridad a finales de este mes y se desarrolla sin problemas. Si surge un problema, no hay forma de repararlo: El telescopio estará estacionado a aproximadamente un millón de kilómetros de la Tierra.”

Formar una sociedad civil con robots

Ilustración de un robot y un humano. (foto: XLSemanal)

Las relaciones humano-robot están entrando en la etapa de la “primera cita”. Ya estamos viendo personas en Japón que prefieren novias avatar a las reales. Hoy vivimos en un mundo donde mucha gente está sola y necesita de cuidados especiales. En el futuro eso no cambiará. Entre los avances de la inteligencia artificial y la robótica, la creación de asistentes personales inteligentes sería uno de los objetivos principales para los robots del futuro. Una de las empresas que empezará a trabajar en robots de asistencia personal es —sorpresivamente—Toyota, quien ya ha anunciado sus planes de construir robots enfocados en ayudar a las personas en el hogar.

Es mucho lo que hemos avanzado en los últimos ciento cincuenta años.  El adelanto en todos los campos del saber es enorme. Las matemáticas, la física, la astronomía, la química, la biología genética, y otras muchas disciplinas científicas que, en el último siglo, han dado un cambio radical a nuestras vidas.

El crecimiento es exponencial; cuanto más sabemos más rápidamente avanzamos. Compramos ordenadores, teléfonos móviles, telescopios y microscopios electrónicos y cualesquiera otros ingenios e instrumentos que, a los pocos meses, se han quedado anticuados, otros nuevos ingenios mucho más avanzados y más pequeños y con muchas más prestaciones vienen a destituirlos.

¿Hasta dónde podremos llegar? La NASA desarrolla un plan para futuras misiones (incluso terra-formar otros mundos), con astronautas Robots de última generación. Prepararán otros planetas para nuestra posterior llegada sin peligro alguno.

Con el tiempo suficiente por delante… no tenemos límite. Todo lo que la mente humana pueda idear… podrá hacerlo realidad. A excepción, claro está, de las imposibilidades físicas que, en este momento, no tenemos la capacidad intelectual para enumerar. La verdad es que nuestra especie es inmortal. Sí, lo sé, a nivel individual morimos pero…, debemos tener un horizonte más amplio y evaluar una realidad más global y, sobre todo, a más largo plazo. Todos dejamos aquí nuestro granito de arena, lo que conseguimos no se pierde y nuestras antorchas son tomadas por aquellos que nos siguen para continuar el trabajo emprendido, ampliar los conocimientos, perfeccionar nuestros logros y pasar a la fase siguiente.

Este es un punto de vista que nos hace inmortales e invencibles, nada podrá parar el avance de nuestra especie, a excepción de nuestra especie misma.

Ninguna duda podemos albergar sobre el hecho irrefutable de que venimos de las estrellas* y de que nuestro destino, también está en las estrellas**.

La humanidad necesita más energía para continuar avanzando. Los recursos naturales fósiles, como el petróleo, el gas o el carbón, son cada vez más escasos y difíciles de conseguir. Se ha llegado a un punto en el que se deben conseguir otras energías.

Dentro de unos treinta años estaremos en el camino correcto. La energía de fusión sería una realidad que estará en plena expansión de un comenzar floreciente. Sin residuos nocivos peligrosos como las radiaciones de la fisión nuclear, la fusión nos dará energía limpia y barata en base a una materia prima muy abundante en el planeta Tierra.

Nuestro Sol fusiona hidrogeno en helio a razón de 4.654.000 toneladas por segundo. De esta enorme cantidad de hidrógeno, 4.650.000 toneladas se convierten en helio. Las 4.000 toneladas restantes son lanzadas al espacio en forma de luz y calor, energía termonuclear de la que, una parte, llega al planeta Tierra y hace posible la vida.

Resulta pues que el combustible nuclear de las estrellas es el hidrógeno que mediante su fusión hace posible que genere tal enormidad de energía.  Así lleva el Sol unos 4.500 millones de años y se espera que al menos durante un período similar nos esté regalando su luz y su calor.

Pero ¿tenemos hidrógeno en el planeta Tierra para tal empresa de fusión nuclear?

La verdad es que sí. La fuente de suministro de hidrógeno con la que podemos contar es prácticamente inagotable…

¡El agua de los mares y de los océanos!

Todos sabemos que el hidrógeno es el elemento más ligero y abundante del universo. Está presente en el agua y en todos los compuestos orgánicos.  Químicamente, el hidrógeno reacciona con la mayoría de los elementos.  Fue descubierto por Henry Cavendisch en 1.776. El hidrógeno se utiliza en muchos procesos industriales, como la reducción de óxidos minerales, el refinado del petróleo, la producción de hidrocarburos a partir de carbón y la hidrogenación de los aceites vegetales y, actualmente, es un candidato muy firme para su uso potencial en la economía de los combustibles de hidrógeno en la que se usan fuentes primarias distintas a las energías derivadas de combustibles fósiles (por ejemplo, energía nuclear, solar o geotérmica) para producir electricidad, que se emplea en la electrólisis del agua. El hidrógeno formado se almacena como hidrógeno líquido o como hidruros de metal.

Bueno, tantas explicaciones sólo tienen como objeto hacer notar la enorme importancia del hidrógeno. Es la materia prima del universo, sin él no habría estrellas, no existiría el agua y, lógicamente, tampoco nosotros podríamos estar aquí sin ese preciado elemento.

Cuando dos moléculas de hidrógeno se junta con una de oxígeno (H₂O), tenemos el preciado líquido que llamamos agua y sin el cual la vida no sería posible.

Así las cosas, parece lógico pensar que conforme a todo lo antes dicho, los seres humanos deberán fijarse en los procesos naturales (en este caso el Sol y su producción de energía) y, teniendo como tiene a su disposición la materia prima (el hidrógeno de los océanos), procurar investigar y construir las máquinas que sean necesarias para conseguir la fusión, la energía del Sol.

En la Tierra, necesitamos temperaturas superiores a los 100 millones de grados Celsius y una intensa presión para conseguir que el deuterio y el tritio se fusionen, así como un confinamiento suficiente para retener el plasma y mantener una reacción de fusión durante un lapso lo suficientemente prolongado como para que se produzca la fusión

Esa empresa está ya en marcha y, como he dicho al principio de este comentario, posiblemente en unos treinta años sería una realidad que nos dará nuevas perspectivas para continuar el imparable avance en el que estamos inmersos.

Pero no me gustaría cerrar este comentario sobre la fusión sin contestar a una importante pregunta…

¿Y por qué la fusión?

Porque tiene una serie de ventajas muy significativas en seguridad, funcionamiento, medio ambiente, facilidad en conseguir su materia prima, ausencia de residuos peligrosos, posibilidad de reciclar los escasos residuos que genere, etc.

Esquema de un reactor nuclear de fusión tipo tokamak, como ITER

• Los recursos combustibles básicos (deuterio y litio) para la fusión son abundantes y fáciles de obtener.
• Los residuos son de helio, no radiactivos.
• El combustible intermedio, tritio, se produce del litio.
• Las centrales eléctricas de fusión no estarán expuestas a peligrosos accidentes como las centrales nucleares de fisión.
• Con una elección adecuada de los materiales para el propio dispositivo de fusión, sus residuos no serán ninguna carga para las generaciones futuras.
• La fuente de energía de fusión es sostenible, inagotable e independiente de las condiciones climáticas.

Para producir la energía de fusión sólo tenemos que copiar lo que hace el Sol. Tenemos que hacer chocar átomos ligeros de hidrógeno para que se fusionen entre sí a una temperatura de 15 millones de grados Celsius, lo que, en condiciones de altas presiones (como ocurre en el núcleo del Sol) produce enormes energías según la formula E = mc² que nos legó Einstein demostrando la igualdad de la masa y la energía.

Ese estado de la materia que se consigue a tan altas temperaturas, es el plasma, y sólo en ese estado se puede conseguir la fusión.

Aunque en Europa la aventura ya ha comenzado, y para ello se han unido los esfuerzos económicos de varias naciones, la empresa de dominar la fusión no es nada fácil, pero…, démosle…

Siempre será la Naturaleza la que nops indique el camino a seguir. En las estrellas se “fabrican” los elementos mediante la fusión nuclear, los elementos sencillos se han cada vez más complejos a medida que avanza el proceso y, finalmente, son las explosiones supernovas las que nos traen los elementos más complejos como el Uranio, el nº 92 de la Tabla Periódica.

¡TIEMPO!

Sí, es el tiempo el factor que juega a nuestro favor para conseguir nuestros logros más difíciles, para poder responder preguntas de las que hoy no tenemos respuesta, y es precisamente la sabiduría que adquirimos con el paso del tiempo la que nos posibilita para hacer nuevas preguntas, más profundas que las anteriores y que antes, por ignorancia, no podríamos hacer.  Cada nuevo conocimiento nos abre una puerta que nos invita a entrar en una nueva región donde encontramos otras puertas cerradas que tendremos que abrir para continuar nuestro camino. Sin embargo, hasta ahora, con el “tiempo” suficiente para ello, hemos podido franquearlas hasta llegar al momento presente en el que estamos ante puertas cerradas con letreros en los que se puede leer: fusión, teoría M, viajes espaciales tripulados, nuevas formas de materia, el gravitón, la partícula de Higgs, las ondas de energía de los agujeros negros, hiperespacio, otros universos, materia oscura, y otras dimensiones.

       Siempre estaremos delante de puertas cerradas. La abrí llenó de inquietud ¿Qué habría dentro? Y, lo que encontré fue un gran salón lleno de puestas cerras que, encima de sus dinteles exhibían letreros con las leyendas siguientes:

137

Gravedad cuántica

Teoría de Cuerdas

Teoría del Todo

Universos paralelos

Hiperespacio

Agujeros de Gusano

Viajes en el Tiempo

Todas esas puertas y muchas más nos quedan por abrir. Además, tenemos ante nuestras narices puertas cerradas que llevan puesto el nombre de: genética, nanotecnología, nuevos fármacos, alargamiento de la vida media, y  muchas más en otras ramas de la ciencia y del saber humano.

Aunque es mucho lo que se ha especulado sobre el tema, en realidad, el tiempo sólo transcurre (que sepamos) en una dirección, hacia delante. Nunca ha ocurrido que unos hechos, que unos sucesos, se pudieran borrar, ya que para ello habría que volver en el tiempo anterior al suceso para evitar que sucedieran. Está claro que en nuestro universo, el tiempo sólo transcurre hacia lo que llamamos futuro.

Siempre encontramos las huellas del paso del tiempo, aparecen sutiles efectos que delata el sentido del paso del tiempo, aunque es algo que no se puede ver ni tocar, su paso se deja sentir, lo nuevo lo va convirtiendo en viejo, con su transcurrir, las cosas cambian. La misma Tierra, debido a las fuerzas de marea, con el paso del tiempo va disminuyendo muy lentamente su rotación alrededor de su eje (el día se alarga) y la distancia media entre la Tierra y la Luna crece. El movimiento de un péndulo, con el tiempo disminuye lentamente en su amplitud por las fuerzas de rozamiento. Siempre está presente ese fino efecto delator del sentido del paso del tiempo que va creando entropía destructora de los sistemas que ven desaparecer su energía y cómo el caos lo invade todo.

Nos podríamos hacer tantas preguntas sobre las múltiples vertientes en que se ramifica el tiempo que, seguramente, este libro sería insuficiente para poder contestarlas todas (de muchas no sabríamos la respuesta).

                 El Tiempo pasa, o, ¿En realidad pasamos nosotros?

• ¿Por qué consideramos que el tiempo rige nuestras vidas?
• ¿Cómo explicarías “qué es el tiempo”?
• ¿Por qué unas veces te parece que el tiempo “pasa rápido” y otras veces “muy lento”?
• ¿Crees que el tiempo estaba antes del Big Bang? ¿Por qué?
• ¿En algún momento se acabará el tiempo?
• ¿Cómo el ser humano “fue consciente” de la existencia del tiempo?
• ¿Qué cosa es el tiempo?
• ¿Por qué no lo vemos ni tocamos pero notamos sus efectos?
• ¿Por qué la velocidad relativista puede frenar el transcurrir del tiempo?

En realidad, si nos detenemos a pensar detenidamente y en profundidad en el entorno en que nos encontramos, una colonia de seres insignificantes, pobladores de un insignificante planeta, de un sistema solar dependiente de una estrella mediana, amarilla, del tipo G-2, nada especial y situada en un extremo de un brazo espiral, en la periferia (los suburbios del Sistema Solar) de una de entre miles de millones de galaxias… si pensamos en esa inmensidad, entonces caeremos en la cuenta de que no somos tan importantes, y el tiempo que se nos permite estar aquí es un auténtico regalo. Ese tiempo, corto espacio de tiempo en relación al tiempo cosmológico, es por cierto un espacio suficiente para nacer, crecer, aprender, dejar huella de nuestro paso por este mundo a través de nuestros hijos y a veces (si somos elegidos) por nuestro trabajo, tendremos la oportunidad (casi siempre breve) de ser felices y muchas oportunidades para el sacrificio y el sufrimiento, y así irán pasando nuestras vidas para dejar paso a otras que, al igual que nosotros, continuaran el camino iniciado en aquellas cuevas remotas del pasado, cuando huyendo del frío y de los animales salvajes, nos refugiábamos en las montañas buscando cobijo y calor.

* El material de que estamos hechos se formó hace miles de millones de años en estrellas lejanas que explotaron en supernovas y dejaron el espacio regado de la materia que somos.

** El final del Sol, dentro de 4.000 millones de años, nos obligará a que antes tengamos que emigrar a otros mundos lejanos.

Y, de todas las maneras, habrá que prestar atención a las palabras de aquel pensador:

“Que no está muerto lo que duerme eternamente, y, con el paso de los Eones, hasta la misma muerte tendrá que morir”.

Emilio Silvera Vázquez

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La curiosidad siempre nos ha empujado a querer asomarnos al lugar del suceso, sin pensar en los posibles riesgos, los testigos del acontecimiento se acercan al lugar.

En libros de Ciencia Ficción, no pocas veces hemos leído sobre una nave extraterrestre que cae en la Tierra. La escena que describen era la que se podía esperar después de la caída de una nave en plena montaña. Los pocos testigos que por el lugar estaban, llamaron a las autoridades que enviaron, de inmediato, a personal especializado en este tipo de investigaciones.¡

“Mira, un trazo de la nave caída, ¿de qué materiales estará hecha? Nunca he visto algo así! ¿De dónde vendrán estos seres, de qué estará conformado su mundo? Esto preguntaba uno de los investigadores al otro que con él, recogía muestras de aquella extraña nave caída y que, según el seguimiento hecho en su acercamiento a la Tierra, venía de más allá de los confines del Sistema Solar y, quién sabe de dónde pudieron partir. Sin embargo, el material que recogían, debería ser el mismo que está repartido por todo el Universo.

Veamos los materiales más densos del Universo:

El Iridio tiene una Densidad de 22.560 Kg/m³ . Es decir, es más denso que el núcleo terrestre que pesa 13.000 Kgs/m^3.

Osmio que tiene una Densidad de 22.570 Kgs/m³ . Es posiblemente el metal más denso del Universo y se utiliza en aleaciones con el Platino.

Densidad de 40.700 Kgs/m^{3 .}  No es un elemento Natural

El Núcleo del Sol tiene una Densidad de 150.000 Kgs/m³ . Es la densidad media del núcleo estelar. Sin embargo, a partir de aquí, las cosas parecen de Ciencia Ficción.

El puntito blanco del centro es la enana blanca

Densidad de una Enana Blanca es de 10.000.000.000 kg/m3. El satélite GAIA de la ESA, pudo comprobar por primera vez como se solidifica  (o cristaliza) una estrella como el Sol al final de su vida, cuando se convierte en Gigante roja primero y enana blanca después. La enana blanca es 66.000 veces más densa que el Sol. 

El punto blanco del centro de la Nebulosa planetaria es la enana blanca que radia en ultravioleta e ioniza el material de la Nebulosa. A este final se llega debido al Principio de exclusión de Pauli.

“Los productos de las reacciones nucleares de fusión que tuvieron lugar durante las etapas previas en la vida de la estrella) junto a trazas de otros elementos químicos, como los isótopos 22Ne (neón), 25Mg (magnesio) y 54Fe (hierro). Las enanas blancas tienen una masa similar a la del Sol, pero un tamaño equiparable al de la Tierra. Su densidad alcanza valores formidables, del orden de una tonelada por centímetro cúbico.”

                           

“Su densidad es tan alta que si llenáramos una botella de 1 litro con el material de su corteza y la trajéramos a la Tierra, esa botella pesaría tanto como 71 millones de ballenas azules. En cambio, una botella llena de osmio, el elemento más denso de la tabla periódica, «sólo» pesaría 22,3 kilos.”

“Una estrella de neutrones puede contener 500 000 veces la masa de la Tierra en una esfera de un diámetro de una decena de kilómetros.”

“Una estrella de neutrones típica tiene una masa entre 1,35 y 2,1 masas solares,¹​²​³​^a​ con un radio correspondiente aproximado de 12 km.⁴​^b​ En cambio, el radio del Sol es de unas 60 000 veces esa cifra. Las estrellas de neutrones tienen densidades totales de 3,7×10¹⁷ a 5,9×10¹⁷ kg/m³ (de 2,6×10¹⁴ a 4,1×10¹⁴ veces la densidad del Sol),^c​ comparable con la densidad aproximada de un núcleo atómico de 3×10¹⁷ kg/m³.⁵​ La densidad de una estrella de neutrones varía desde menos de 1×10⁹ kg/m³ en la corteza, aumentando con la profundidad a más de 6×10¹⁷ u 8×10¹⁷ kg/m³ aún más adentro (más denso que un núcleo atómico).⁶​ Esta densidad equivale aproximadamente a la masa de un Boeing 747 comprimido en el tamaño de un pequeño grano de arena.”

Densidad de la Estrella de neutrones: 10^17 kg/m3

 

        Evolución estelar en función de sus masas

“!Una estrella de neutrones es un tipo de remanente estelar resultante del colapso gravitacional de una estrella supergigante masiva después de agotar el combustible en su núcleo y explotar como una supernova tipo II, tipo Ib o tipo Ic. Como su nombre indica, estas estrellas están compuestas principalmente de neutrones, más otro tipo de partículas tanto en su corteza sólida de hierro, como en su interior, que puede contener tanto protones y electrones, como piones y kaones. Las estrellas de neutrones son muy calientes y se apoyan en contra de un mayor colapso mediante presión de degeneración cuántica, debido al fenómeno descrito por el principio de exclusión de Pauli. Este principio establece que dos neutrones (o cualquier otra partícula fermiónica) no pueden ocupar el mismo espacio y estado cuántico simultáneamente.”

                       

                                Plasma de quarks: 10^19 kg/m3

“Seguimos con cosas increíbles. Y a partir de ahora son tan asombrosas que su presencia de forma natural no se ha observado. Empecemos esta nueva etapa con el conocido como “plasma de quarks”. Se trata de un estado de la materia que se cree que era la forma en la que se encontraba el Universo apenas unos milisegundos después del Big Bang.

Todo lo que daría lugar al Cosmos estaba contenido en este plasma asombrosamente denso. Su posible existencia en los orígenes del Universo se demostró cuando, en 2011, científicos del Gran Colisionador de Hadrones consiguieron crear la sustancia en cuestión haciendo colisionar (valga la redundancia) átomos de plomo entre ellos a la (casi) velocidad de la luz.”

“Llegamos a la densidad de Planck. La partícula de Planck es una hipotética partícula subatómica que se define como un agujero negro en miniatura. Y muy miniatura. Para entenderlo “fácilmente”, imaginemos esta partícula como un protón, pero 13 millones de cuatrillones de veces más pesada y varios trillones de veces más pequeña.”

Partícula de Planck: 10^96 kg/m3

Y como un agujero negro es un punto del espacio en el que la densidad es tan alta que genera una gravedad de la que ni siquiera la luz puede escapar, de ahí que digamos que una partícula de Planck es un “agujero negro en miniatura”.

                                   

“El agujero negro es el objeto más denso del Universo. Y nunca nada le quitará este trono porque, básicamente, las leyes de la física impiden que haya algo más denso. Un agujero negro es una singularidad en el espacio, es decir, un punto de infinita masa sin volumen, por lo que, por matemáticas, la densidad es infinita. Y esto es lo que hace que genere una fuerza gravitacional tan alta que ni la luz puede escapar de su atracción. Más allá de esto, no sabemos (y seguramente nunca lo haremos) qué sucede en su interior. Todo son suposiciones.”

        Es posible que se puedan realizar aleaciones que no conocemos

Sabiendo todo esto sobre los materiales que existen en nuestro Universo, también sabemos que lo único que puede diferir, es la forma en que se utilice, el tratamiento que se le pueda dar, y, sobre todo el poseer el conocimiento y la tecnología necesarios para poder obtener, el máximo resultado de las propiedades que dicha materia encierra, llevando a cabo aleaciones con técnicas para nosotros desconocidas. Porque, en última instancia ¿es en verdad inerte la materia?

¿Os podéis imaginar que pudiéramos manejar el material de la estrella de neutrones para hacer vehículos espaciales  indestructibles?

Sí, son muchas las cosas que nos quedan por aprender e incluso, el agua tan familiar en nuestras vidas esconde secretos que ahora se están desvelando, Algún día conoceremos la verdadera “personalidad” de éste líquido elemento y de la luz, y, entonces, seremos un poco más sabios,

El Agua y la Luz son esenciales para la Vida. Sin embargo, aún esconden secretos que debemos desvelar

Tiene y encierra tantos misterios la materia que estamos aún y años-luz de saber y conocer sobre su verdadera naturaleza. Nos podríamos preguntar miles de cosas que no sabríamos contestar.  Nos maravillan y asombran fenómenos naturales que ocurren ante nuestros ojos pero que tampoco sabemos, en realidad, a que son debidos.  Si, sabemos ponerles etiquetas como, por ejemplo, la fuerza nuclear débil, la fisión espontánea que tiene lugar en algunos elementos como el protactinio o el torio y, con mayor frecuencia, en los elementos que conocemos como transuránicos. Los que están más allá del Uranio y que son artificiales, no se encuentran libres en el Universo.

Algunos son:

ATÓMICO	NOMBRE	SÍMBOLO	MASA ATÓMICA
92	uranio	U	283,03
93	neptunio	Np	237,048
94	plutonio	Pu	244
95	amercio	Am	243
96	curio	Cm	247
97	berquelio	Bk	247
98	californio	Cf	252
99	Einstenio	Es	254
100	fermio	Fm	257
101	mendelevio	Md	258
102	nobelio	No	259
103	laurencio	Lr	260
104	rutherfordio	Rf	261
105	dubnio	Db	262

 

 

A medida que los núcleos se hacen más grandes, la probabilidad de una fisión espontánea aumenta.  En los elementos más pesados de todos (einstenio, fermio y mendelevio), esto se convierte en el método más importante de ruptura, sobre pasando a la emisión de partículas alfa.

            ¡Parece que la materia está viva!

Son muchas las cosas que desconocemos y, nuestra curiosidad nos empuja continuamente a buscar esas respuestas. El electrón y el positrón son notables por sus pequeñas masas (sólo 1/1.836 de la del protón, el neutrón, el antiprotón o antineutrón), y, por lo tanto, han sido denominados leptones (de la voz griega lentos, que significa “delgado”).

Aunque el electrón fue descubierto en 1.897 por el físico británico Josepth John Thomson (1856-1940), el problema de su estructura, si la hay, no está resuelto.  Conocemos su masa y su carga negativa que responden a 9,1093897 (54)x10^-31kg la primera y, 1,602 177 33 (49)x10^-19 culombios, la segunda, y también su radio clásico:  no se ha descubierto aún ninguna partícula que sea menos cursiva que el electrón (o positrón) y que lleve  una carga eléctrica, sea lo que fuese (sabemos como actúa y cómo medir sus propiedades, pero aun no sabemos qué es), tenga asociada un mínimo de masa, y que esta es la que se muestra en el electrón.

Lo cierto es que, el electrón, es una maravilla en sí mismo.  El Universo no sería como lo conocemos si el electrón (esa cosita “insignificante”), fuese distinto a como es, bastaría un cambio infinitesimal para que, por ejemplo, nosotros no pudiéramos estar aquí ahora para poder construir conjuntos tan bellos como el que abajo podemos admirar.

         ¡No por pequeño, se es insignificante! La enorme complejidad del átomo lo hace importante

Recordémoslo, todo lo grande está hecho de cosas pequeñas. En realidad, existen partículas que no tienen en absoluto asociada en ellas ninguna masa (es decir, ninguna masa en reposo).  Por ejemplo, las ondas de luz y otras formas de radiación electromagnéticas se comportan como partículas (Einstein en su efecto fotoeléctrico y De Broglie en la difracción de electrones. Esta manifestación en forma de partículas de lo que, de ordinario, concebimos como una onda se denomina fotón, de la palabra griega que significa “luz”.

        A la izquierda la imagen captada de un fotón, la otra imagen es una conjetura de como sería

El fotón tiene una masa de 1, una carga eléctrica de o, pero posee un espín de 1, por lo que es un bosón. ¿Cómo se puede definir lo que es el espín? Los fotones toman parte en las reacciones nucleares, pero el espín total de las partículas implicadas antes y después de la reacción deben permanecer inmutadas (conservación del espín).  La única forma que esto suceda en las reacciones nucleares que implican a los fotones radica en suponer que el fotón tiene un espín de 1. El fotón no se considera un leptón, puesto que este termino se reserva para la familia formada por el electrón, el muón y la partícula Tau con sus correspondientes neutrinos: V_e, V_u y V_T.

Existen razones teóricas para suponer que, cuando las masas se aceleran (como cuando se mueven en órbitas elípticas en torno a otra masa o llevan a cabo un colapso gravitacional), emiten energía en forma de ondas gravitacionales.  Esas ondas pueden así mismo poseer aspecto de partícula, por lo que toda partícula gravitacional recibe el nombre de gravitón.

La fuerza gravitatoria es mucho, mucho más débil que la fuerza electromagnética.  Un protón y un electrón se atraen gravitacionalmente con sólo 1/10³⁹ de la fuerza en que se atraen electromagnéticamente. El gravitón (aún sin descubrir) debe poseer, correspondientemente, menos energía que el fotón y, por tanto, ha de ser inimaginablemente difícil de detectar.

De todos modos, el físico norteamericano Joseph Weber emprendió en 1.957 la formidable tarea de detectar el gravitón.  Llegó a emplear un par de cilindros de aluminio de 153 cm. De longitud y 66 de anchura, suspendidos de un cable en una cámara de vacío.  Los gravitones (que serían detectados en forma de ondas), desplazarían levemente esos cilindros, y se empleó un sistema para detectar el desplazamiento que llegare a captar la cienmillonésima parte de un centímetro.

Las débiles ondas de los gravitones, que producen del espacio profundo, deberían chocar contra todo el planeta, y los cilindros separados por grandes distancias se verán afectados de forma simultánea.  En 1.969, Weber anunció haber detectado los efectos de las ondas gravitatorias.  Aquello produjo una enorme excitación, puesto que apoyaba una teoría particularmente importante (la teoría de Einstein de la relatividad general).  Desgraciadamente, nunca se pudo comprobar mediante las pruebas realizadas por otros equipos de científicos que duplicaran el hallazgo de Weber.

De todas formas, no creo que, a estas alturas, nadie pueda dudar de la existencia de los gravitones, el bosón mediador de la fuerza gravitatoria.  La masa del gravitón es o, su carga es o, y su espín de 2.  Como el fotón, no tiene antipartícula, ellos mismos hacen las dos versiones.

          Agujeros negros binarios. Mejor no pasar por allí

Tenemos que volver a los que posiblemente son los objetos más misteriosos de nuestro Universo: Los agujeros negros.  Si estos objetos son lo que se dice (no parece que se pueda objetar nada en contrario), seguramente serán ellos los que, finalmente, nos faciliten las respuestas sobre las ondas gravitacionales y el esquivo gravitón.

La onda gravitacional emitida por el agujero negro produce una ondulación en la curvatura del espacio-temporal que viaja a la velocidad de la luz transportada por los gravitones.

                                                                        Espuma cuántica

Hay aspectos de la física que me dejan totalmente sin habla, me obligan a pensar y me transporta de este mundo material nuestro a otro fascinante donde residen las maravillas del Universo.  Hay magnitudes asociadas con las leyes de la gravedad cuántica. La longitud de Planck-Wheeler,  es la escala de longitud por debajo de la cual el espacio tal como lo conocemos deja de existir y se convierte en espuma cuántica.  El tiempo de Planck-Wheeler (1/c veces la longitud de Planck-Wheeler o aproximadamente 10^-43 segundos), es el intervalo de tiempo más corto que puede existir; si dos sucesos están separados por menos que esto, no se puede decir cuál sucede antes y cuál después. El área de Planck-Wheeler (el cuadrado de la longitud de Planck-Wheeler, es decir, 2,61×10^-66cm²) juega un papel clave en la entropía de un agujero negro.

Me llama poderosamente la atención lo que conocemos como las fluctuaciones de vacío, esas oscilaciones aleatorias, impredecibles e in-eliminables de un campo (electromagnético o gravitatorio), que son debidas a un tira y afloja en el que pequeñas regiones del espacio toman prestada momentáneamente energía de regiones adyacentes y luego la devuelven.

     Andamos a la caza del vacío, del gravitón, de las ondas gravitatorias…

Ordinariamente, definimos el vacío como el espacio en el que hay una baja presión de un gas, es decir, relativamente pocos átomos o moléculas.  En ese sentido, un vacío perfecto no contendría ningún átomo o molécula, pero no se puede obtener, ya que todos los materiales que rodean ese espacio tienen una presión de vapor finita.  En un bajo vacío, la presión se reduce hasta 10^-2 pascales, mientras que un alto vacío tiene una presión de 10^-2-10^-7 pascales.  Por debajo de 10^-7 pascales se conoce como un vacío ultra-alto.

De ese “vacío” nos queda muchísimo por aprender. Al parecer, todos los indicios nos dicen que está abarrotado de cosas, y, si es así, no es lo que podemos llamar con propiedad vacío, ese extraño lugar es otra cosa, pero, ¿Qué cosa es?

Antes se denominaba éter luminífero (creo) a toda esa inmensa región. Más tarde, nuevas teorías vino a desechar su existencia. Pasó el tiempo y llegaron nuevas ideas y nuevos modelos, y, se llegó a la conclusión de que el Universo entero estaba permeado por “algo” que algunos llamaron los océanos de Higgs. Ahí, se tiene la esperanza de encontrar al esquivo Bosón que le da la masa a las demás partículas, y, el LHC del CERN, es el encargado de la búsqueda para que el Modelo Estándar de la Física de Partículas se afiance más.

Andamos un poco a ciega, la niebla de nuestra ignorancia nos hace caminar alargando la mano para evitar darnos un mamporro. Pero a pesar de todo, seguimos adelante y, es más la fuerza que nos empuja, la curiosidad que nos aliente que, los posibles peligros que tales aventuras puedan conllevar.

Está claro que, dentro del Universo, existen “rincones” en los que no podemos sospechar las maravillas que esconden, ni nuestra avezada imaginación, puede hacerse una idea firme de lo que allí pueda existir. Incansables seguimos la búsqueda, a cada nuevo descubrimiento nuestro corazón se acelera, nuestra curiosidad aumenta, nuestras ganas de seguir avanzando van creciendo y, no pocas veces, el físico que, apasionado está inmerso en uno de esos trabajos de búsqueda e investigación, pasa las horas sin sentir el paso del tiempo, ni como ni duerme y su mente, sólo tiene puesto los sentidos en ese final soñado en el que, al fín, aparece el tesoro perseguido que, en la mayor parte de las veces, es una nueva partícula, un parámetro hasta ahora desconocido en los comportamientos de la materia, un nuevo principio, o, en definitiva, un nuevo descubrimiento que nos llevará un poco más lejos.

Encontrar nuevas respuestas no dará la opción de plantear nuevas preguntas.

Emilio silvera V.

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                 El amanecer del día es tan antiguo que se pierde en la noche de los tiempos

Desde tiempos inmemoriales, se hizo cada vez más evidente para nuestros antepasados que en la Naturaleza se daban sucesos predecibles y también impredecibles. Unos eran repetitivos, como el día y la noche y otros, nunca se veían venir, como los temblores de la Tierra. Así, los aspectos impredecibles eran peligrosos y temibles. En aquellos tiempos remotos, decían que eran castigos de los dioses por el comportamiento humano y, ahí estaban incluidos desde la erupción de un volcán, un Tsunami o un terremoto. También plagas, desastres y pestilencias que azotaron al mundo se vieron como un castigo.

Mucho menos interés tenían lo predecible  de los comportamientos de la Naturaleza que, por cotidianos, se veían naturales y eran, al ser conocidos, aprovechados de una u otra manera. Advirtiendo y explotando los cambios periódicos del entorno, podían prepararse las cosechas, hacer acopios para el invierno y construir defensas contra las incursiones del viento y de las aguas. Estas regularidades de la Naturaleza se reflejaron en el comportamiento de las Sociedades estables que se estructuraron alrededor de estos sucesos y generaron una creencia en la ley y el orden a escala cósmica.

                     Lo impredecible

Finalmente, ayudadas por la fe monoteísta de muchas sociedades occidentales, estas creencias alimentaron la idea de que existían cosas llamadas “leyes de la Naturaleza” que son válidas en todos los tiempos y lugares. Estas leyes universales prescriben el modo en que se comportaran las cosas y no, como las leyes humanas que son cambiantes y dependen de criterios que no siempre están aconsejados por la razón.

Hemos llegado a comprender que las leyes de cambio siempre pueden reemplazarse por el requisito de que algún otro aspecto de la Naturaleza no cambie: es lo que llaman el principio de conservación o una invariancia de la Naturaleza. Se cree que la energía es un ejemplo primordial. Puede ser intercambiada y reorganizada de formas diferentes pero, al final, cuando se hace la suma, la energía total debe ser siempre la misma.

Hasta la década de 1970 los físicos estaban impresionados por esta correspondencia entre leyes de la Naturaleza y pautas invariables que empezaron a explotar el catálogo de pautas invariables en busca de candidatos para las leyes de cambio asociadas. Las cuatro fuerzas básicas de la Naturaleza -Gravedad, electricidad y magnetismo, radiactividad e interacciones nucleares- eran descritas por teorías de este tipo. Cada una de estas cuatro fuerzas de la Naturaleza corresponde a una pauta independiente que se conserva cuando algo sucede en la Naturaleza: cuando un núcleo radiactivo se desintegra o un imán en movimiento en la dinamo de una bicicleta produce una corriente eléctrica.

Todo esto eran buenas noticias para los físicos. A mediados de la década de 1970 tenían teorías separadas para la Gravedad, el Electromagnetismo, la Fuerza débil (de la que se deriva la radiactividad) y la Fuerza fuerte (de la que se deriva las fuerzas nucleares) que estaban de acuerdo con los sucesos observados. La conservación de una pauta invariable en cada caso requería que existiese la respectiva fuerza de la Naturaleza y determinara en detalle cómo y sobre qué debería actuar. ¿Por qué debería el mundo estar gobernado por cuatro pautas invariables diferentes?

Hemos aprendido que las fuerzas de la naturaleza no son tan diferentes como a primera vista nos pueden parecer. Parecen tener intensidades muy diferentes y actuar sobre partículas elementales diferentes. Pero esto es una ilusión creada por nuestra necesidad de habitar un lugar en el Universo donde la temperatura es más bien baja; suficientemente baja para que existan átomos y moléculas. Conforme la temperatura aumenta y las partículas elementales de materia colisionan entre sí a energías cada vez más altas, las fuerzas separadas que gobiernan nuestro mundo quiescente a baja temperatura se hacen cada vez más parecidas. Las fuerzas fuertes se debilitan y las fuerzas débiles se fortalecen. aparecen nuevas partículas a medida que se alcanzan temperaturas más elevadas y consiguen producir interacciones entre las familias separadas de partículas que, a bajas temperaturas, parecen estar aisladas entre sí.

                             Gran número de partículas generadas después del choque en el Gran Colisionador de Hadrones.

Las partículas viajan a velocidades cercanas a la velocidad de la luz y haces de hadrones chocan con tal violencia que, a muchos miles de millones de grados de temperatura, surge una nueva materia y partículas desconocidas que, durante una pequeñísima fracción de tiempo – de una trillonésima de segundo- son captadas por las potentes computadoras para que, posteriormente, los expertos experimentadores, diluciden los misterios que han surgido de ese big bang en miniatura.

Así, poco a poco, a medida que alcanzamos esas inimaginables condiciones de la temperatura “última” que Max Planck encontró definida por las cuatro constantes G, k, c y h, esperamos que las diferencias se vayan borrando completamente y que las fuerzas de la Naturaleza presenten al fín, un único frente unido como se cree que sucedía al principio de todo, antes de que las temperaturas iniciales del Universo se enfriaran y diera lugar a que, la única fuerza existente en aquel momento, se escindiera en las cuatro que hoy conocemos.

Todo esto que aquí podemos contar es posible gracias a que existe algo que llamamos cerebro en el que se estructura un algo que llamamos mente y que, ha llegado a un nivel de consciencia  de inusitada grandeza, capaz de percibir esos parámetros y pautas de la Naturaleza que la hacen como es y que, permiten que dicha mente pueda estar presente para observar todo lo que aquí ocurre en tan inmenso Universo.

Hay cosas que se nos escapan pero que, de alguna manera presentimos. Por ejemplo, en nuestras vidas cotidianas, los efectos de la energía de vacío son ínfimos, diminutos, pero aún así detectables en pequeñas correcciones a los niveles de las energías de los átomos. En Teorías de campos relativistas, la energía de vacío está dada por una expresión matemáticamente idéntica y físicamente indistinguible de la famosa constante cosmológica, o por el contrario varia con el tiempo, algo que tendría consecuencias importantísimas para el destino del universo y que es un tema de investigación candente en cosmología, con varios experimentos propuestos para detectarlo.

Imaginar lo que pudiera ser… siempre se nos ha dado muy bien y, a veces, hasta hemos acertado

Claro que… No podemos anclarnos en el Pasado.

Es cierto que existen campos en los que tenemos dudas y queremos seguir avanzando, es mucha la ignorancia que sobre nuestros hombros cargamos pero, por ejemplo, si bien existe confusión e intriga acerca de su uso y factibilidad, la computación cuántica no es un sueño. De hecho, muchos expertos la ven como inevitable. En los computadores tradicionales, el procesamiento paralelo divide una tarea en partes y las delega a procesadores separados. La computación cuántica hace mas o menos lo mismo, solo que el procesamiento ocurre a nivel subatómico, donde rigen las leyes de la mecánica cuántica.

“Un qubit, o bit cuántico, es la unidad básica sw ubnfirmaciñobn en la computación cuántica. Es el equivalente cuántico del bit tradicional, que se utiliza en los ordenadores clásicos. “

Mientras que un bit magnético tradicional puede representar solo un 1 o un 0, los bits cuánticos, o “cubits”, consistentes de átomos y partículas subatómicas ofrecen una gama de posibilidades exóticas. Un computador cuántico puede guardar datos en el espín de los electrones, o en la posición de un cierto electrón. Un qubit, por ejemplo, puede ser 0, 1 y 0 y 1 al mismo tiempo, permitiendo la construcción de procesadores inmensamente más rápidos que los procesadores tradicionales.

Sabemos que, en el centro del átomo se encuentra un pequeño grano compacto aproximadamente 100.000 veces más pequeño que el propio átomo: el núcleo atómico. Su masa, e incluso más aún su carga eléctrica, determinan las propiedades del átomo del cual forma parte. Debido a la solidez del núcleo parece que los átomos, que dan forma a nuestro mundo cotidiano, son intercambiables entre sí, e incluso cuando interaccionan entre ellos para formar sustancias químicas (los elementos). Pero el núcleo, a pesar de ser tan sólido, puede partirse. Si dos átomos chocan uno contra el otro con gran velocidad podría suceder que los núcleos llegaran a chocar entre sí y entonces, o bien se rompen en trozos, o se funden liberando en el proceso partículas sub-nucleares. La nueva física de la primera mitad del siglo XX estuvo dominada por los nuevos acertijos que estas partículas planteaban.

Pero tenemos la mecánica cuántica; ¿es que no es aplicable siempre?, ¿Cuál es la dificultad? Desde luego, la mecánica cuántica es válida para las partículas subatómicas, pero hay más que eso. Las fuerzas con que estas partículas interaccionan y que mantienen el núcleo atómico unido son tan fuertes que las velocidades a las que tienen que moverse dentro y fuera del núcleo están cerca de la velocidad de la luz, c, que es de 299.792’458 Km/s. Cuando tratamos con velocidades tan altas se necesita una segunda modificación a las leyes de la física del siglo XIX; tenemos que contar con la teoría de la relatividad especial de Einstein.

Esta teoría también fue el resultado de una publicación de Einstein de 1905. en esta teoría quedaron sentadas las bases de que el movimiento y el reposo son conceptos relativos, no son absolutos, como tampoco habrá un sistema de referencia absoluto con respecto al cual uno pueda medir la velocidad de la luz.

Pero había más cosas que tenían que ser relativas. En este teoría, la masa y la energía también dependen de la velocidad, como lo hacen la intensidad del campo eléctrico y del magnético. Einstein descubrió que la masa de una partícula es siempre proporcional a la energía que contienen, supuesto que se haya tenido en cuenta una gran cantidad de energía en reposo de una partícula cualquiera, como se denota a continuación:

E = mc²

Como la velocidad de la luz es muy grande, esta ecuación sugiere que cada partícula debe almacenar una cantidad enorme de energía, y en parte esta predicción fue la que hizo que la teoría de la relatividad tuviese tanta importancia para la física (¡y para todo el mundo!). Para que la teoría de la relatividad también sea autoconsistente tiene que ser holista, esto es, que todas las cosas y todo el mundo obedezcan a las leyes de la relatividad. No son sólo los relojes los que se atrasan a grandes velocidades, sino que todos los procesos animados se comportan de la forma tan inusual que describe esta teoría cuando nos acercamos a la velocidad de la luz. El corazón humano es simplemente un reloj biológico y latirá a una velocidad menor cuando viaje en un vehículo espacial a velocidades cercanas a la de la luz. Este extraño fenómeno conduce a lo que se conoce como la “paradoja de los gemelos”, sugerida por Einstein, en la que dos gemelos idénticos tienen diferente edad cuando se reencuentran después de que uno haya permanecido en la Tierra mientras que el otro ha viajado a velocidades relativistas.

Einstein comprendió rápidamente que las leyes de la gravedad también tendrían que ser modificadas para que cumplieran el principio relativista. Y, tras profundos pensamientos y continuados sufrimientos, él pudo elaborar su ecuación que es el reflejo de una de las mayores muestras de ingenio que han podido ser hechas por un humano. Su Ecuación de campo de la Relatividad General.

De la ecuación de campo de Einstein (entre otras muchas cosas) nos sale el esquema de la curvatura del espacio-tiempo que se produce en presencia de grandes masas. Ahí, también está encerrado el exótico agujero negro. En esa breve ecuación subyace la inmensidad del Cosmos, de su geometría y configuración. Así que, en el presente comentario, vamos a explicar una serie de cosas que ocurren y están aquí con nosotros en el Universo, e incluso, formar parte de nosotros mismos o hacen posible que podamos estar aquí.

Leyendo el material enviado por un amigo al que pidió ayuda, Einstein quedó paralizado. Ante él, en la primera página de una conferencia dada ante el Sindicato de Carpinteros, 60 años antes por un tal Riemann, tenía la solución a sus desvelos: el tensor métrico de Riemann, que le permitiría utilizar una geometría espacial de los espacios curvos que explicaba su relatividad general.

                                                   ¡La belleza y los misterios del Universo!

Para poder aplicar el principio de la relatividad a la fuerza gravitatoria, el principio tuvo que ser extendido de la siguiente manera: no sólo debe ser imposible determinar la velocidad absoluta del laboratorio, sino que también es imposible distinguir los cambios de velocidad de los efectos de una fuerza gravitatoria.

Einstein comprendió que la consecuencia de esto era que la gravedad hace al espacio-tiempo lo que la humedad a una hoja de papel: deformar la superficie con desigualdades que no se pueden eliminar. Hoy en día se conocen muy bien las matemáticas de los espacios curvos, pero en el época de Einstein el uso de estas nociones matemáticas tan abstractas para formular leyes físicas era algo completamente nuevo, y le llevó varios años encontrar la herramienta matemática adecuada para formular su teoría general de la relatividad que describe cómo se curva el espacio en presencia de grandes masas como planetas y estrellas.

Claro que, no siempre es todo como creemos verlo, ni siempre estamos en disposición de elegir. Nada es lo que nos dicen nuestros sentidos que es. Y, lo que entendemos por libre albedrío, de la misma manera, está distorsionado por mil parámetros ajenos a nosotros que, sólo podemos ejercer de manera parcial y hasta el punto en que, el entorno nos lo permite.

Emilio Silvera Vázquez

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