El colisionador de hadrones es el experimento más sofisticado que hayamos diseñado jamás. Y entre sus objetivos se encuentra la búsqueda de la esquiva y extraña materia oscura. Pero, ¿cómo se hace?

¿Cómo se busca materia oscura en el universo? ¿Y qué tiene que ver esto con acelerar partículas a toda velocidad en una máquina que mide kilómetros? El Large Hadron Collider es probablemente la máquina más sofisticada que ha creado el ser humano en toda su historia.

Un experimento tan gigantesco puede dividirse en otros experimentos que forman el conjunto. Entre ellos se encuentra el CMS, o Solenoide compacto de Muones, uno de los dos detectores de partículas de propósito general del Gran Colisionador de Hadrones. Este detector tiene una forma cilíndrica, con más de veinte metros de largo por dieciséis de ancho. Y pesa nada menos que 12.500 toneladas. ¿Cómo se pone a punto tremendo armatoste? “La exigencia es que un cacharro que mide veintiún metros de altura esté alineado con 200 micras de precisión. Se puede hacer con láseres, pero algunos lo calibran con unas partículas que ‘llueven’ del cielo llamadas muones”.

“Usando muones, con técnicas matemáticas avanzadas, puedes decir con precisión dónde están los detectores”

Uno de los temas más apasionantes en los que los cientídicos están envuelto es enla búsqueda de una de las sustancias más extrañas y misteriosas del universo: la materia oscura. “De momento la única manera de detectarla es a través de sus fenómenos gravitatorios”. Con estas palabras, los físicos nos explican que no es posible, por el momento, detectar directamente la materia oscura. ¿A qué se debe? “La materia oscura sí que interactúa gravitacionalmente, como la materia ordinaria, pero no interacciona ni electromagnéticamente ni mediante fuerzas nucleares ni nada por el estilo”, afirman. “La llamamos oscura, pero en realidad no es oscura. Es transparente”.

    Los detectores de materia oscura que se encuentran en el SNOLAB están conformados por una caja

              Dicen que todas las galaxias están rodeadas de materia oscura pero…. ¿dónde está?

Hasta el momento todos los esfuerzos por hallar la partícula que conforma la materias oscura… ¡Han fracasado! No han aparecido las partículas súper-simétricas que dicen la podría conformar.

Los científicos han calculado que la presencia de esa llamada materia oscura abarca una cuarta parte del universo, pero nadie ha sido capaz de observar y describir su naturaleza.  Los investigadores han diseñado tres aproximaciones diferentes para encontrar esas partículas, que es el último desafío de la física: con detectores bajo tierra, telescopios o aceleradores.

El rema de la “materia oscura” está llevando hacia ese proyecto grandes medios económicos, materiales y de personas, ya que, la física no soporta el hecho de que sólo el 4% de la materia del Universo nos sea conocida, y, habiendo múltiples estudios del movimiento de las galaxias, se ha comprobado que se mueven a mayor velocidad de la que deberían hacerlo si sólo existiera la materia que podemos ver, la Bariónica, la que emite luz y conforma las estrellas, las galaxias y todos los objetos materiales que podemos ver. Han deducido que existe otra clase de materia que no emite radiación, que es transparente, y que sí emite Gravedad… ¡Y, como locos, se han lanzado a la caza de tan esquiva materia?

¡Claro que, no se sabe si finalmente descubrirán que no existe! El misterio del movimiento de las galaxias podría estar en otra parte.

Todos aquellos objetos brillantes que nosotros y los astrónomos podemos ver están compuestos de materia. Sabemos que toda la materia atrae otra materia, y esta fuerza de atracción se llama gravedad. La fuerza gravitacional de la Tierra es lo que nos mantiene sobre nuestro planeta, ya que nosotros también estamos compuestos de materia. Los atletas que saltan con garrocha, los ascensores, los aviones y los cohetes deben trabajar arduamente para superar la fuerza de la gravedad. Esa misma fuerza que te sujeta a ti y a mí a la superficie de la Tierra también mantiene en sus órbitas a las naves espaciales que están en órbita alrededor de la Tierra, e incluso a la Luna. La gravedad del Sol mantiene a la Tierra y a todos los demás planetas, cometas y asteroides de nuestro Sistema Solar en sus órbitas correspondientes alrededor del Sol.

Los científicos comprenden exactamente cómo se comportan los objetos cuando son atraídos por la gravedad. Tienen fórmulas matemáticas para calcular las órbitas y el movimiento de los objetos que se están atrayendo entre sí. De esta manera pueden enviar una nave espacial para encontrarse con un cometa en particular en un momento específico, o predecir exactamente cuándo Marte estará más cerca a la Tierra.

Ahora cuando los astrónomos observan una galaxia cuidadosamente, pueden medir con qué rapidez se están moviendo las estrellas que ella contiene. Los movimientos de las estrellas son el resultado de las fuerzas gravitacionales provenientes de toda la demás materia de la galaxia. Pero éste es el problema fundamental: Cuando los astrónomos hacen la suma de toda la materia correspondiente a todas las estrellas y gases y polvo visible usando diferentes tipos de telescopios, el total no alcanza para explicar los movimientos que ellos observan. ¡Las estrellas se están moviendo a mucha más rapidez de lo que deberían hacerlo! En otras palabras, toda la materia que podemos ver no alcanza para producir la gravedad que está atrayendo las cosas. Este problema aparece una y otra vez, casi en cualquier lugar que observemos en el Universo. No sólo las estrellas en las galaxias se mueven a mayor velocidad que la esperada, sino que también lo hacen las galaxias dentro de grupos de galaxias. En todos los casos, debe haber otra cosa ahí, algo que no podemos ver, algo oscuro.

Esto podría parecer muy misterioso, pero no es difícil de imaginar. Tú sabes que las personas no pueden flotar por el aire, de modo que si vieras a un hombre haciendo eso, sabrías inmediatamente que deben haber alambres que lo están sujetando, incluso si no los puedes ver.

El nombre que los científicos le han dado al material que les falta es materia oscura. Podemos ver la materia brillante, como las estrellas, pero sabemos que hay algún otro tipo de materia, debido a la manera en que ésta influye sobre la materia brillante. El fondo oscuro del espacio que tendemos a ignorar mientras disfrutamos de las hermosas vistas del cielo oscuro en realidad no está tan vacío como pudieras creer. Aunque parezca sorprendente, hay más de 50 veces más de materia oscura que de materia brillante en el Universo.

                                              ¿De qué podría estar hecha la “materia oscura” ?

“En astrofísica y cosmología física, se denomina materia oscura a un tipo de materia que corresponde al 80% de lamateria del universo, y que no es energía oscura, materiabariónica (materia ordinaria) ni neutrinos. Su nombre hace referencia a que no emite ningún tipo de radiación electromagnética (como la luz).”

¿Pero de qué está compuesta exactamente la materia oscura? Los agujeros negros y algunos objetos demasiado pequeños para ser estrellas (por lo cual no producen luz propia) forman parte de ella. Pero todo eso puede sumar a menos de la quinta parte de la cantidad total de materia oscura que debe existir ahí afuera. Creemos que la mayor parte de la materia negra está compuesta de partículas nuevas más pequeñas que los átomos que son diferentes de cualquier otra cosa que han detectado y estudiado los científicos. Parece que la esencia misma de la mayor parte de la materia del Universo es diferente de lo que estamos compuestos tú y yo y la Tierra y el Sol.

“La primera persona en proporcionar pruebas y deducir la existencia del fenómeno que se ha llamado “materia oscura” fue el astrofísico suizo Fritz Zwicky, del Instituto Tecnológico de California (Caltech), en 1933.⁷​

Aplicó el teorema de virial al cúmulo de galaxias Coma y obtuvo pruebas de masa no visible. Zwicky estimó la masa total del cúmulo basándose en los movimientos de las galaxias cercanas a su borde. Cuando comparó esta masa estimada con la estimación del número de galaxias y con el brillo total del cúmulo, encontró que había unas 400 veces más masa de la esperada. La gravedad de las galaxias visibles en el cúmulo era muy poca para tal velocidad orbital, por lo que se necesita mucha más. Esto se conoce como el “problema de la masa desaparecida”. Basándose en estas conclusiones, Zwicky dedujo que tendría que haber alguna forma de “materia no visible” que proporcionaría suficiente masa y gravedad constituyendo todo el cúmulo.”

LO cierto amigos, es que han pasado cerca de cien años desde que, por primera vez, alguien nos hablara de la posible existencia de la “materia oscura”, y, hasta el momento, a pesar de los muchos medios empleados para ello… ¡Sigue desaparecida!

Veremos si en el año venidero nuestros ingenios la pueden “cazar”

emilio silvera

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ENTREVISTA AL

Premio Nobel de Física en 1979

Sheldon L. Glashow:

 “No veo razón alguna para creer en Dios”

                        Sheldon L. Glashow, en la sede de la Fundación Ramón Areces en Madrid.

Resulta imperial con su metro noventa largo y la insignia del Premio Nobel en la solapa de la chaqueta. Pero sus pequeños ojos vivarachos muestran, tras unas gafas de colores, la perspicaz curiosidad de un niño que no paraba de leer obras de ciencia ficción y que Sheldon L. Glashow aún no ha perdido a sus 83 años. Es uno de los científicos clave para entender el Modelo Estándar de la Física, el marco conceptual sobre el que se ha construido la civilización actual y que nos permite entender el Universo. Pero aún hay grandes misterios por resolver en el Cosmos. Glashow visitó ayer Madrid para impartir la conferencia: La física de partículas y la cosmología,  en la Fundación Ramón Areces con la colaboración de Ciencia Viva y la Academia de Europa.

Hace 100 años de la Relatividad General y todavía seguimos hablando de ella. ¿Habrá algún día físicos de la talla de Einstein?

Tenemos científicos muy competentes hoy en día. Incluso algunos que son muy populares o grandes estrellas, como Stephen Hawking. Pero, sinceramente, no creo que estén en la misma división que Einstein en términos de logros científicos. ¿Tendremos un nuevo Einstein? No lo sé. No se trata sólo de saber qué es la materia oscura o qué es la energía oscura. Hay otras preguntas más fundamentales como por qué hay materia oscura o por qué hay energía oscura en el Universo.

¿Necesitamos un nuevo Albert Einstein?

No sé lo que necesitamos… ¡Experimentos! Hay un gran número de experimentos que tienen que llevarse a cabo y la financiación es muy escasa. Pero, no sé muy bien cuál sería el papel de una figura así hoy en día, qué grandes campos hay que unificar. Einstein identificó una gran contradicción. Por un lado estaba la idea de Galileo del principio de relatividad y por el otro estaba el electromagnetismo descubierto por Maxwell. Estas dos teorías parecían ser inconsistentes la una con la otra y eso es lo que forzó a Einstein a desarrollar su teoría.

¿Qué le convirtió en físico?

Muchas cosas. La primera, que cuando daba clases en el colegio tenía un poco de sobrepeso y no era muy bueno en los deportes. Siempre era el último en ser elegido para formar equipos de béisbol (Se ríe). Así que me dedicaba a leer obras de ciencia ficción y a través de ella empecé a interesarme de verdad por la ciencia. Yo era niño en la Segunda Guerra Mundial y mis dos hermanos estuvieron en Alemania combatiendo contra los nazis. Entonces me empecé a interesar también por los aviones, en principio sólo por identificar cómo eran las aeronaves de combate alemanes o japoneses por si venían a por nosotros, pero después me empecé a interesar en cómo y por qué vuelan los aviones y en la física que hay detrás del lanzamiento de bombas para que la explosión de la propia bomba no termine por acabar con el avión si el vuelo es demasiado bajo. Cuando se lanzaron las bombas atómicas en el mes de agosto de 1945, no supuso una gran sorpresa para mí, porque ya había leído sobre eso en las novelas de ciencia ficción y ya tenía alguna idea de cómo funcionaba la física nuclear. Aprendí muchas cosas por mí mismo antes de ser científico.

¿De dónde proviene la denominación de la partícula de Dios para el bosón de Higgs?

Fue el nombre que le dio el editor del libro de León Lederman que lleva ese título, pero la obra no es tan mala como su nombre. Él lo aceptó porque el editor insistió.

Entiendo que no está muy de acuerdo con esa denominación.

No me gusta en absoluto, ni siquiera al propio Leon Lederman le gustaba. Él no era un creyente, digo fue porque sufre un Alzheimer terrible, pero no creía en Dios para nada.

¿La ciencia tiene que ser antagonista de la religión?

No, la gente puede creer en lo que quiera. Algunos buenos científicos son creyentes y practican la religión de forma seria y eso no les afecta a su trabajo. Pero yo no veo razón alguna para creer en esas cosas. Creo que la religión en general ha tenido un impacto muy negativo para la Humanidad. Seguro que está usted familiarizado con los crímenes del cristianismo en el pasado, bueno esto sigue sucediendo hoy en día con medidas de algunas facciones de la Iglesia católica. Pero afecta también a otras religiones, no hay más que mirar a las controversias que afronta el Islam entre chiíes y suníes en tiempo real hoy en día.

¿Cuál es el mayor reto al que se enfrenta la física actual?

                  Aunque nuestras actividades tiene su parte de culpa, la mayor parte recae en el Sol

Si me permite modificar la pregunta y ampliarlo a los retos de la ciencia moderna, diría que el problema número uno es el cambio climático. Es un problema científico, pero también es político, legal… un problema universal. Si queremos responder otras preguntas sobre la física -algunas de las que hemos estado hablando tardaron 50 años en ser resueltas-, no tenemos tiempo suficiente, no tenemos 50 años antes de que Miami o Nueva York se inunden si no actuamos. Si continuamos haciendo lo que estamos haciendo hoy en día, será con toda seguridad el final de la civilización dentro de los próximos 100 años.

¿Qué le parece el acuerdo alcanzado en París sobre el cambio climático?

Es totalmente insuficiente, tendría que haber sido un compromiso mucho mayor, especialmente de los países más industrializados, los que más contaminan pero, el dinero les ciega.

¿El LHC nos ha dado el bosón de Higgs y nada más, aparte de infinidad de resultados negativos.Quizá esta segunda fase que acaba de comenzar… nos de algo más sustancioso?

Sí, quizá en esta fase. Tengo la esperanza de que se obtenga algo. Pero estoy disgustado con el fracaso de la supersimetría. Hace predicciones muy explícitas sobre la naturaleza de la materia oscura que no existen. Ha sido un fracaso. Pero la supersimetría se ha convertido en una especie de religión entre los físicos en Europa. Sólo hay malas noticias.

Así que, de nuevo, quizá necesitemos un nuevo Einstein…

Bueno, quizá sí lo necesitemos.

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¿A qué se refieren los científicos cuando dicen que ellos “conocen” lo que hay dentro del un átomo, por ejemplo, o lo que pasó en los tres primeros minutos de vida del Universo? En realidad, se refieren a que tienen lo que ellos denominan un modelo del átomo, o del universo temprano, o lo que sea en que ellos estén interesados, y que este modelo encaja con el resultado de sus experimentos, o sus observaciones del mundo. Este tipo de modelo científico no es una representación física de la cosa real, del mismo modo que un modelo de avión representa un avión de tamaño natural, sino que es una imagen mental que se describe mediante un grupo de ecuaciones matemáticas lo que se piensa que “aquello” es, y, nos dice como se comporta la Naturaleza

Los átomos y las moléculas que componen el aire que respiramos, por ejemplo, se pueden describir en términos de un modelo en el que imaginamos cada partícula como si fuera una pequeña esfera perfectamente elástica (una diminuta bola de billar), con todas las pequeñas esferas rebotando unas contra las otras y contra las paredes del recipiente.

Ésa es la imagen mental, pero es sólo la mitad del modelo; lo que lo hace un modelo científico es describir el modo como se mueven las esferas y rebotan unas contra otras mediante un grupo de leyes físicas, escritas en términos de ecuaciones matemáticas. En este caso, estas son esencialmente las leyes del movimiento descubiertas por Isaac Newton hacen más de 300 años.

Mirando dentro del átomo

Utilizando estas leyes matemáticas es posible predecir, por ejemplo, qué le pasará a la presión ejercida por un gas si se aplasta hasta la mitad de su volumen inicial. Si hacemos el experimento, el resultado que se obtiene encaja con la predicción del Modelo (en este caso la presión se doblará), lo que lo convierte en un buen modelo.

Naturalmente, no deberíamos sorprendernos de que el modelo estándar de un gas que lo describe en términos de pequeñas bolas que rebotan unas contra otras de acuerdo con las leyes de Newton haga esta predicción en concreto correcta, porque los experimentos fueron hechos primero, y el modelo fue diseñado o construido, para hacer encajar los resultados de esos experimentos.

                        Tenemos modelos para todo

El siguiente paso en el proceso científico es utilizar el modelo que se ha desarrollado desde las medidas efectuadas en un grupo de experimentos para hacer predicciones (predicciones precisas, matemáticas) sobre lo que le pasará al mismo sistema cuando se hacen experimentos diferentes. Si el modelo hacer predicciones “correctas” bajo nuevas circunstancias, demuestra que es un buen modelo; si fracasa al hacer las predicciones correctas, no se puede descartas completamente, porque todavía nos dice algo útil sobre los primeros experimentos; pero en el mejor de los casos tiene una aplicabilidad limitada.

De hecho, todos los modelos científicos tienen aplicabilidad limitada. Ninguno de ellos es “la verdad”. El modelo de un átomo como una pequeña esfera perfectamente elástica funciona bien en cálculos de cambio de presión de un gas bajo circunstancias diferentes, pero si queremos describir el modo en que el átomo emite o absorbe luz, necesitamos un modelo de átomo que al menos tenga dos componentes, un núcleo central diminuto (que se puede considerar él mismo como una pequeña esfera perfectamente elástica para determinados fines) rodeado por una nube de electrones.

Creamos un Modelo en nuestra Mente y tratamos de comprobarlo con una y mil pruebas, y cuando los resultados coinciden, lo damos por bueno. Sin embargo, no siempre el Modelo es ajusta fielmente a la realidad de la Naturaleza, del Universo, toda vez que, nos quedan cuestiones por comprobar a las que no podemos tener acceso por falta de conocimientos intelectuales, por no tener la tecnología adecuada… Pero vamos avanzando.

Los modelos científicos son representaciones de la realidad, no la realidad en sí misma, y no importa lo bien que funcionen o lo precisas que sean sus predicciones bajo circunstancias apropiadas, siempre se considerarán aproximaciones y ayudas a la imaginación, más que la verdad absoluta. Cuando un científico afirma, por ejemplo, que el núcleo de un átomo está compuesto por partículas denominadas protones y neutrones (nucleones) lo que en realidad debería decir es que el núcleo de un átomo se comporta, bajo determinadas circunstancias, como si estuviera formado de protones y neutrones. Los mejores científicos toman el “como si” como se lee, pero entienden que sus modelos son, efectivamente, sólo modelos; científicos menores a menudo olvidan esta diferencia crucial.

Los científicos menos y muchos no-científicos, tienen otra idea equivocada. A menudo piensan que el papel de los científicos hoy en día es llevar a cabo experimentos que probarán la exactitud de un modelo con una precisión cada vez mayor -hacia posiciones con más y más decimales- ¡En absoluto! La razón para llevar a cabo experimentos que demuestren predicciones previas no comprobadas es descubrir (como decía Feynman) donde fallan los modelos.

Aquí nos dicen que Omega (Ω), es decir, de la materia contenida en el Universo, depende como este pueda estar conformado: Plano, abierto o cerrado y, según sea el universo en el que vivimos, así será su final. Parece que, de todas las maneras que ha sido observado, la Densidad Crítica del Universo, es decir, la cantidad de materia que contiene, es la que hace de nuestro universo un universo plano que se expadirá para siempre.

Encontrar defectos en sus modelos es la esperanza abrigada por los mejores científicos, porque esos defectos -cosas que los modelos no pueden predecir o explicar en detalle- destacarán los lugares donde necesitamos una nueva comprensión, con modelos mejores, para progresar…

El arquetipo ejemplo de esto es la Gravedad. La ley de la gravedad de Newton se consideró la pieza clave de la física durante más de doscientos años, desde la década de 1680 hasta comienzos del siglo XX. Pero había unas pocas, aparentemente insignificantes, cosas que el modelo newtoniano no podía explicar (o predecir), referente a la órbita del planeta Mercurio y al modo como la luz se curva cuando pasa cerca del Sol.

El modelo de la Gravedad de Einstein, basado en su teoría general de la relatividad, explica lo mismo que el modelo de Newton, pero también explica los detalles sutiles de órbitas planetarias y curvatura de la luz. En ese sentido, es un modelo mejor y más completo que el anterior, y hace predicciones correctas (en particular, sobre el Universo en general) que el viejo modelo no hace. Pero el modelo de Newton todavía es todo lo que se necesita si se está calculando el vuelo de una sonda espacial desde la Tierra hasta la Luna. Se podrían hacer los mismos cálculos empleando la relatividad general, pero sería más tedioso por su complejidad y daría la misma respuesta, así que, en muchos casos donde no existe la complejidad, se utiliza el modelo más sencillo de Newton.

Así que, amigos, los modelos (todos los modelos) han sido y serán buenos en su momento y, también, como ocurrió con el de la Gravedad, vendrán otros nuevos que los superarán y servirán mejor y de manera más profunda en el conocimiento de las cosas que traten, llegando así un poco más lejos en nuestros conocimientos sobre la Naturaleza, ya que, a medida que observamos el Universo, nuestras mentes se abren al saber del mundo que nos rodea y cada vez, podemos comprender mejor lo que realmente ocurre en él.

Nuestras percepciones del Universo son, la mayoría de las veces, equivocadas, y nos formamos una idea de lo que allí está o de lo que allí ocurre que, en la realidad, es otra muy diferente. Y, eso, es así debido a que nuestros conocimientos son muy limitados sobre las cosas, y, está aconsejado por ideas preconcebidas que, muchas veces, entorpece la comprensión de esa realidad que incansables buscamos.

Cuando se consiguen describir de manera exitosa las cosas que ocurren en la Naturaleza, como es el caso de la Relatividad, tanto especial como General, a los físicos, les encanta definirlos como “modelo estándar”. El modelo de los gases de las bolas de billar (que también es conocido como teoría cinética, ya que trata de partículas en movimiento) es un modelo estándar. Pero cuando los físicos hablan de “el modelo estándar”, se están refiriendo a uno de los grandes triunfos de la ciencia del siglo XX.

Gravedad y Mecánica cuántica son los dos modelos prevalentes hoy en la física del mundo, de la Naturaleza, del Universo. Ahí están las explicaciones que de la materia, del espacio tiempo y de las fuerzas universales y las constantes podemos dar y, estamos tratando de abrir camino a nuevas teorías y modelos que nos lleven más allá pero, necesitamos saber matemáticas que no se inventaron aún y también, disponer de energías imposibles, ya que, la energía de Planck de 10¹⁹ GeV necesaria para llegar hasta las cuerdas… ¡es sólo un suelo del futuro lejano!

Así ocurre con los modelos que describen la Mecánica Cuántica y la Relatividad, son Modelos Hitos en la Historia de la Ciencia de la Humanidad. Ambos modelos han sido explicado aquí, en mis comentarios muchas veces y, además, no es este el motivo del presente trabajo que, se circunscribe a explicar lo que es un modelo científico y como funciona, al mismo tiempo de cómo se valora su validez que, en realidad, nunca será definitiva, que es lo que ocurre con nuestros conocimientos.

Así que, dicho todo lo anterior, podemos llegar a una conclusión que estaría bien y nos acercaría a la realidad: Lo que sabemos es lo que creemos saber del mundo que nos rodea, y, no es, de ninguna manera, lo que deberíamos saber si nos estamos refiriendo a la realidad de lo que es el Universo y de lo que su Naturaleza finalmente significa y nos quiere decir, para llegar a ese final de comprensión, se necesitarán muchos modelos que se irán desechando por otros que vendrán, y, de esa manera, la Humanidad se acercará a esa realidad que tanto persigue.

emilio silvera

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El psicólogo Erik Erikson llegó a proponer una teoría de estadios psicológicos del desarrollo. Un conflicto fundamental caracteriza cada fase. Si este conflicto no queda resuelto, puede enconarse e incluso provocar una regresión a un periodo anterior. Análogamente, el psicólogo Jean Piaget demostró que el desarrollo mental de la primera infancia tampoco es un desarrollo continuo de aprendizaje, sino que está realmente caracterizado por estadios discontinuos en la capacidad de conceptualización de un niño. Un mes, un niño puede dejar de buscar una pelota una vez que ha rodado fuera de su campo de visión, sin comprender que la pelota existe aunque no la vea. Al mes siguiente, esto resultará obvio para el niño.

Esta es la esencia de la dialéctica. Según esta filosofía, todos los objetos (personas, gases, estrellas, el propio universo) pasan por una serie de estadios. Cada estadio está caracterizado por un conflicto entre dos fuerzas opuestas. La naturaleza de dicho conflicto determina, de hecho, la naturaleza del estadio. Cuando el conflicto se resuelve, el objeto pasa a un objetivo o estadio superior, llamado síntesis, donde empieza una nueva contradicción, y el proceso pasa de nuevo a un nivel superior.

Los filósofos llaman a esto transición de la “cantidad” a la “cualidad”.  Pequeños cambios cuantitativos se acumulan hasta que, eventualmente, se produce una ruptura cualitativa con el pasado. Esta teoría se aplica también a las sociedades o culturas. Las tensiones en una sociedad pueden crecer espectacularmente, como la hicieron en Francia a finales del siglo XVIII. Los campesinos se enfrenaban al hambre, se produjeron motines espontáneos y la aristocracia se retiró a sus fortalezas. Cuando las tensiones alcanzaron su punto de ruptura, ocurrió una transición de fase de lo cuantitativo a los cualitativo: los campesinos tomaron las armas, tomaron París y asaltaron la Bastilla.

              Un ejemplo de la transición de fase

Las transiciones de fases pueden ser también asuntos bastante explosivos. Por ejemplo, pensemos en un río que ha sido represado. Tras la presa se forma rápidamente un embalse con agua a enorme presión. Puesto que es inestable, el embalse está en el falso vacío. El agua preferiría estar en su verdadero vacío, significando esto que preferiría reventar la presa y correr aguas abajo, hacia un estado de menor energía. Así pues, una transición de fase implicaría un estallido de la presa, que tendría consecuencias desastrosas.

También podría poner aquí el ejemplo más explosivo de una bomba atómica, donde el falso vacío corresponde al núcleo inestable de uranio donde residen atrapadas enormes energías explosivas que son un millón de veces más poderosas, para masas iguales, que para un explosivo químico.  De vez en cuando, el núcleo pasa por efecto túnel a un estado más bajo, lo que significa que el núcleo se rompe espontáneamente. Esto se denomina desintegración radiactiva. Sin embargo, disparando neutrones contra los núcleos de uranio, es posible liberar de golpe esta energía encerrada según la formula de Einstein E = mc². Por supuesto, dicha liberación es una explosión atómica; ¡menuda transición de fase!

Las nuevas características descubiertas por los científicos en las transiciones de fases es que normalmente van acompañadas de una ruptura de simetría. Al premio Nobel Abdus Salam le gusta la ilustración siguiente: consideremos una mesa de banquete circular, donde todos los comensales están sentados con una copa de champán a cada lado. Aquí existe simetría. Mirando la mesa del banquete reflejada en un espejo, vemos lo mismo: cada comensal sentado en torno a la mesa, con copas de champán a cada lado.  Asimismo, podemos girar la mesa de banquete circular y la disposición sigue siendo la misma.

Rompamos ahora la simetría. Supongamos ahora que el primer comensal toma la copa que hay a su derecha. Siguiendo la pauta, todos los demás comensales tomaran la copa de champán de su derecha. Nótese que la imagen de la mesa del banquete vista en el espejo produce la situación opuesta.  Cada comensal ha tomado la copa izquierda. De este modo, la simetría izquierda-derecha se ha roto.

Así pues, el estado de máxima simetría es con frecuencia también un estado inestable, y por lo tanto corresponde a un falso vacío.

Con respecto a la teoría de supercuerdas, los físicos suponen (aunque todavía no lo puedan demostrar) que el universo decadimensional original era inestable y pasó por efecto túnel a un universo de cuatro y otro de seis dimensiones. Así pues, el universo original estaba en un estado de falso vacío, el estado de máxima simetría, mientras que hoy estamos en el estado roto del verdadero vacío.

Al principio, cuando el universo era simétrico, sólo existía una sola fuerza que unificaba a todas las que ahora conocemos, la gravedad, las fuerzas electromagnéticas y las nucleares débil y fuerte, todas emergían de aquel plasma opaco de alta energía que lo inundaba todo. Más tarde, cuando el universo comenzó a enfriarse, se hizo transparente y apareció la luz, las fuerzas se separaron en las cuatro conocidas, emergieron las primeras quarks para unirse y formar protones y neutrones, los primeros núcleos aparecieron para atraer a los electrones que formaron aquellos primeros átomos.  Doscientos millones de años más tarde, se formaron las primeras estrellas y galaxias. Con el paso del tiempo, las estrellas sintetizaron los elementos pesados de nuestros cuerpos, fabricados en supernovas que estallaron, incluso antes de que se formase el Sol. Podemos decir, sin temor a equivocarnos, que una supernova anónima explotó hace miles de millones de años y sembró la nube de gas que dio lugar a nuestro sistema solar, poniendo allí los materiales complejos y necesarios para que algunos miles de millones de años más tarde, tras la evolución, apareciéramos nosotros.

Se forman en un grumo formado por una anomalía gravitatoria, como proto-estrellas que pasan a la secuencia principal en varios cambios de fase, así brillan y fusionan material durante miles de M de años.

Las estrellas evolucionan desde que en su núcleo se comienza a fusionar hidrógeno en helio, de los elementos más ligeros a los más pesados.  Avanza creando en el horno termonuclear, cada vez, metales y elementos más pesados. Cuando llega al hierro y explosiona en la forma explosiva de  una supernova. Luego, cuando este material estelar es otra vez recogido en una nueva estrella rica en hidrógeno, al ser de segunda generación (como nuestro Sol), comienza de nuevo el proceso de fusión llevando consigo materiales complejos de aquella supernova.

                                         Si pudiéramos contemplar todo lo que pasa ahí

Puesto que el peso promedio de los protones en los productos de fisión, como el cesio y el kriptón, es menor que el peso promedio de los protones de uranio, el exceso de masa se ha transformado en energía mediante E = mc². Esta es la fuente de energía que subyace en la bomba atómica.

Así pues, la curva de energía de enlace no sólo explica el nacimiento y muerte de las estrellas y la creación de elementos complejos que también hicieron posible que nosotros estemos ahora aquí y, muy posiblemente, será también el factor determinante para que, lejos de aquí, en otros sistemas solares a muchos años luz de distancia, puedan florecer otras especies inteligentes que, al igual que la especie humana, se pregunten por su origen y estudien los fenómenos de las fuerzas fundamentales del universo, los componentes de la materia y, como nosotros, se interesen por el destino que nos espera en el futuro.

No quiere dar la nota y calla pero… ¡No cree nada!

Cuando alguien oye por vez primera la historia de la vida de las estrellas, generalmente (lo sé por experiencia), no dice nada, pero su rostro refleja escepticismo. ¿Cómo puede vivir una estrella 10.000 millones de años? Después de todo, nadie ha vivido tanto tiempo como para ser testigo de su evolución.

Sin embargo, tenemos los medios técnicos y científicos para saber la edad que tiene, por ejemplo, el Sol.

emilio silvera

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