T. Kaluza

Las dimensiones mas altas fueron introducidas en una teoria unificada por primera vez en 1919, en Alemania, por Theodor Kaluza. Kaluza le escribio a Einstein sugiriendole que su sueño de hallar una teoria unificada de la gravitacion y el electromagnetismo podia realizarse si elaboraba sus ecuaciones en un espaciotiempo de cinco dimensiones. Einstein al principio se burlo de la idea, pero mas tarde, pensando y estudiando la sugerencia con mas frialdad y examen mas profundo, lo reconsidero y ayudo a Kaluza a que pudiera publicar su articulo.

      Oskar Klein

Pocos años mas tarde, el fisico sueco Oskar Klein publico una version del trabajo de Kaluza que, lo mejoraba dejando un diseño matematico mas fino, de mas calidad y que explicaba de manera mas contundente lo que la teoria queria significar al elevar la teoria a cinco dimensiones y lograr unificar la gravedad con el magnetismo. Desde entonces, la teoria es conocida como de Kaluza-Klein y, aunque parecia muy interesante, en realidad nadie sabia que hacer con ella hasta los años setenta, cuando resulto beneficioso trabajar en la supersimetria.

Pronto Kaluza-Klein estuvo en los labios de todo el mundo (los fisicos mas destacados del momento hablaron de esa teoria). Aunque la teoria de cuerdas en particular y la supersimetria en general apelaban a mas dimensiones, las cuerdas tenian un modo de seleccionar su dimensionalidad requerida. Pronto se hizo evidente que la teoria de cuerdas solo seria eficaz en dos, diez y veintiseis dimensiones, y solo invocaba dos posibles grupos de simetria: SO(32) o E_{8 x} E₈. Cuando una teoria apunta hacia algo tan tajantemente, los cientificos prestan atencion, y a finales de los años ochenta habia muchos fisicos que trabajaban en las cuerdas.

   El Modelo estándar se nos quedó pequeño, iremos más lejos

La cuerda es cuántica y gravitatoria, de sus entrañas surge, como por arte de magia, la partícula mensajera de la fuerza de gravedad: el gravitón. Funde de forma natural las dos teorías físicas más poderosas de que disponemos, la mecánica cuántica y la relatividad general, y cuando se convierte en supercuerda -con mayores grados de libertad- es capaz de describir bosones y fermiones, partículas de fuerza y de materia. La simple vibración de una cuerda infinitesimal podría unificar todas la fuerzas y partículas fundamentales.

Parece que todo está hecho de cuerdas, incluso el espacio y el tiempo podrían emerger de las relaciones, más o menas complejas, entre cuerdas vibrantes. La materia-materia, que tocamos y nos parece tan sólida y compacta, ya sabíamos que está conformada por grandes espacios vacíos, pero no imaginábamos que era tan sutil como una cuerda de energía vibrando. Los átomos, las galaxias, los agujeros negros, todo son marañas de cuerdas y supercuerdas vibrando en diez u once dimensiones espaciotemporales.

Lo cierto es que, andamos un poco perdidos y no pocos físicos (no sabemos si de forma interesada), insisten una y otra vez, en cuestiones que parecen no llevar a ninguna parte y que, según las imposibilidades que nos presentan esos caminos, ¿no sería conveniente elegir otros derroteros para indagar nuevas físicas mientras tanto?, para dejar que avanzacen las tecnologías, se adquieran más potentes y nuevas formas de energías que nos puedan permitir llegar a sondear las cuerdas y poder vislumbrar si, es cierto, que puedan existiresas cuerdas vibrantes que, con sus resonancias crean las partículas y la materia.

Nos queda mucho para porder oír las vibraciones de esas “cuerdas” que la física trata de encontrar, y, mientras tanto, oiremos estas otras.

Quedaba mucho y duro trabajo por hacer, pero las perspectivas eran brillantes. y, de entre todos ellos, los mas destacados fueron Schwarz y sus colaboradores en supercuerdas Green y Edward Witten. Ellos fueron los artifices de un gran periodo de aventura intelectual que desemboco en la mas moderna version de la teoria de cuerdas que elaboro E. Witten con el nombre de Teoria M. Esta teoria de mas altas dimensiones nos ha llevado a una enorme profundidad matematica en el campo de la topologia y, desde luego, ha dejado un panorama muy optimista en el horizonte.

Tal optimismo, desde luego, podria ser equivocado, ya que, de momento, solo contamos con el aparato teorico de la teoria y su verificacion experimental se nos escapa al requerir disponer de la energia de Planck de 10¹⁹ GeV para comprobarla y, de momento, dicha energia esta fuera del alcance humano.

        Como nadie las ha podido ver, las imaginamos de mil maneras

Einstein, como todos sabeis, dedico buena parte de la segunda mitad de su vida a intentar hallar una teoria de campo unificada de la gravitacion y el electromagnetismo, con expectativas populares tan altas que las ecuaciones de su labor en marcha eran expuestas en escaparates a lo largo de la Quinta Avenida de Nueva York, donde eran escudriñadas por multitud de curiosos que no las entendian. En aquel tiempo, Einstein desconocia que las matematicas precisas para desarrollar una teoria asi, aun no existian. De ahi su fracaso en el intento. El habia ignorado los principios cuanticos.

Pero, retomemos las cuerdas. Los criticos del concepto de supercuerda señalaron que las afirmaciones sobre sus posibilidades se basaban casi enteramente en su belleza interna. La teoria no habia siquiera repetido los logros del Modelo Estandar, ni habia hecho ni una sola prediccion que pudiera someterse a prueba mediante experimentos.

         Hemos podido ver otras muchas cosas pero…, ni fotinos ni selectrones han aparido nunca

Cuando puedo admirar la imagen de n magnetar, me siento transportado a regiones lejanas del espacio en las que, ese magnetar o magnetoestrella (que es una estrella de neutrones alimentada con un campo magnético extremadamente fuerte y, Simplemente se trata de una variedad de púlsar cuya característica principal es la expulsión, en un breve período -equivalente a la duración de un relámpago-, de enormes cantidades de alta energía en forma de rayos X y rayos gamma. ), ha surgido a partir de una estrella masiva y se ha conformado como un extraño objeto exótico que nos produce sorpresa y admiración al ver como, a partir de una cosa totalmente diferente, por medio de transiciones de fase de diversa índole, se llega a formar otro objeto totalmente distinto del que fue.

La supersimetria ordenaba que el Universo debia contener familias enteras dee nuevas particulas, entre ellas “selectrones” (equivalente supersimetrico del electron) y “fotinos” (equivalentes del foton), pero no especificaba las masas hipoteticas de tales particulas. La ausencia de pruebas aducidas en busquedas preliminares de particulas supersimetricas, como las realizadas en el acelerador PEP de Stanford y el PETRA de Hamburgo, por lo tanto no probaban nada; siempre se podia imaginar que las particulas eran demasiado masivas para ser producidas en esas maquinas y habria que esperar a otras mas adelantadas del futuro que, como ahora el LHC, nos pueda sacar a la luz, algunas de esas particulas supersimetricas que confirmarian la teoria.

¡Fotinos y selectrones! ¿Dónde?

La Teoria M que antes mencionaba, es una version mas adelantada, en 11 dimensiones, nos ha dejado un cuadro que ilusiona y, desde luego, si finalmente se puede verificar lo que predice, estariamos ante una teoria cuantica de la gravedad y, desde luego, nos explicaria el Universo como nunca antes se pudo hacer. Claro que, nosotros, pobres mortales e igniorantes, nos seguimos haciendo las mismas preguntas:

¿Donde, pues, hemos de buscar ese universo hiperdimensional de la simetria perfecta? El mundo en el que vivimos esta lleno de simetrias rotas, y solo tiene cuatro dimensiones. La respuesta llega de la Cosmologia, la cual nos dice que el universo supersimetrico, si existio, pertenece al pasado. La implicacion de esto es que el universo empezo en un estado de perfeccion simetrica, del que evoluciono al universo menos simetrico en el que vivimos. Si es asi, la busqueda de la simetria perfecta es la busqueda del secreto del origen del universo, y la atencion de sus acolitos puede, volverse con buenas razones, como las caras de las flores al alba, hacia la blanca luz de la genesis cosmica.

¡Nos queda tanto por saber!

emilio silvera

[?]

La gran Nebulosa (M42). En el Bazo de Orión, en su parte interna, está nuestro Sisterma Solar a 30.000 a.l. del Centro de la Galaxia. En esa zona tranquila, nuestro planeta situado a una distnacia adecuada del Sol, aloja la vida que, consciente, se pregunta cómo pudo llegar hasta aquí.

¿Cómo empezó exactamente? ¿Qué procesos físicos y químicos pueden transformar la materia “inerte” hasta constituirse en un organismo vivo? Está claro que, contestar a cualquiera de estas preguntas no resulta nada fácil y, el peliagudo problema, persiste en nuestros días como uno de los más importantes retos con los que se enfrentan los científicos.

Siendo un tema que siempre me ha fascinado, he leído cuanto en relación a ella ha caído en mis manos, y, verdaderos ejércitos de químicos, biólogos, astrónomos, astrofísicos y hasta matemáticos se han visto implicados en el estudio de su origen y han tratado de abrirse camino hacia ese comienzo remoto de aquella primera célula replicante. No en pocos casos, algunos llegaron a pensar que, el Universo, o, mejor la Naturaleza, tenía amañados los parámetros y las leyes a favor de la vida que, en circunstancias inauditas, se hace presente en contra de toda lógica.

  ¡La Vida! puede estar presente en tántos mundos

Muchos son ya los que piensan que la Vida, en sus múltiples formas, puede estar presente, no ya en la Tierra, sino en cualquier lugar del Universo y, si me apuráis mucho, a no tardar podría aparecer en algún tubo de ensayo. Si eso es así (como creo que lo es), significaría que la Vida formaría parte de un Orden Natural y que nosotros, no estamos tan solos como algunos creen.

Esta manera de ver y entender la presencia de la Vida en el Universo, al ser expuesta por mí en muchas ocasiones y lugares, no ha dejado de encontrar una enconada réplica de parte de la religión (con la que no quiero cuentas y pienso que, cada cual es libre de pensar y tener sus creencias que, respeto como a las mías propias), es bien conocida la tesis de que la Vida es fruto de un universo concebido para contener criaturas vivas y, aunque muchos científicos puedan despreciar tales ideas, e insisten en que el origen de la vida fue un accidente anómalo de la química que sólo se dio en la Tierra y que, organismos complejos (entre los que están los seres conscientes como nosotros), es, así mismo, el resultado fortuito de un Azar, o, de una “Lotería Cósmica” que vino a caernos, precisamente, en este planeta.

Claro que, pensar eso a estas alturas, no parece ni lógico ni racional. Ayer mismo dejaba aquí expuesto en uno de los trabajos (Un breve recorrido por el comienzo), lo que piensan los astrónomos de cómo se formó el Universo, evolucionó la materia y surgieron las leyes que todo lo rigen y, aquella sopa primordial de protones, neutrones y electrones, bañada en  radiación a una temperatura de diez mil millones de grados en un universo homogéneo y simétrico que, comparado con los patrones actuales, difiere al haber evolucionado hasta una asimetría que, ha traído la diversidad en el material cósmico disperso por todo el espacio. La materia, descompuesta en sus constituyentes básicos por el tremendo calor reinante, estaba en un estado de tremenda simplicidad. Si fuese posible volver hacia atrás en el tiempo, contemplar aquel panorama y emitir un veredicto sobre el futuro, no creo, que ningún observador hubiera podido conjeturar a partir de aquel estado presente lo que más tarde, con el paso de más de diez mil millones de años, sucedería, y, desde luego, no podría haberse percatado de las inmensas potenciales que estaban presentes en aquel universo temprano.

cientos de miles de millones de estrellas fulgurantes

Ninguna clave podía desvelar que, algunos miles de años después, billones de estrellas fulgurantes, se organizarían en miles de millones de galaxias espirales repartidas por todo el Universo; que aparecerían multitud de mundos, cristales, nubes y océanos, montañas y glaciares y que, al menos uno de esos planetas (es lo que sabemos de momento) sería habitado por plantas y árboles y, sobre todo, por bacterias que, durante miles de millones de años, cambiaron la faz de la Tierra y transformaron su atmósfera, más tarde, aparecieron peces en los océanos y diversos animales en tierra y, finalmente, se pudieron oír sonidos guturales, gemidos y risas. Nada de todo eso podría haber sido predicho al ver aquel universo primero.

Ya hemos contado aquí muchas veces cómo se expandió y enfrió el Universo desde el Comienzo del Tiempo y del Espacio para que, algunas estrellas explotaran y crearan Nebulosas y mundos a partir de materiales más complejos y ricos de los que, con el tiempo y bajo las condiciones adecuadas, surgió la vida en los mundos (digo los mundos por el simple hecho de que, me niego rotundamente a que sólo sea la Tierra, el único planeta con vida de todo el Universo) que, repartidos a lo largo y lo ancho de un inmenso Cosmos, proliferan a cientos de miles de millones como probables hogares de criaturas que sólo podemos imaginar.

Así que, el tiempo pasaba mientras cosas maravillosas emergían por todas partes: agujeros negros monstruosos tan masivos como miles de millones de soles que, engullían estrellas y arrojaban chorros de gases, estrellas masivas que explotaban en Supernovas y, dejando inmensas regiones de espacio interestelar regados de gases y polvo estelar, dejaba en el centro el resultado final que, no era otra cosa que una estrella de neutrones que, asombrosamente, giraba miles de veces cada segundo, como si de un faro cósmico se tratara y que está compuesta por neutrones que está comprimida hasta una densidad de mil millones de toneladas por centímetro cúbico; partículas subatómicas tan esquivas que podían atravesar una capa de plomo de años-luz de espesor, Ondas Gravitatorias fantasmales surgidas de los agujeros negros rotatorios y que no dejan ninguna huella discernible que podamos medir (de momento) y, de entre todas esas maravillas y, muchas más, es el fenómeno de la Vida el más notable que surgió del Universo, nada de lo anteriormente relacionado, aún siendo maravilloso, puede ser comparado con la magnificencia que la vida es. Y, desde luego, el surgir de la vida, cambió por completo el concepto que del Universo se pudiera tener, ya que, pasar de “algo inerte” a lo que conocemos como “Vida” ha sido un salto tan grande en la evolución de la materia que, se podría pensar que ésta, alcanzó uno de sus mayores niveles.

Nuevas estrellas, vientos estelares, radiación, energías, estrellas de meutrones, púlsares y agujeros negros. También, mediante la evolución del Universo, se producen cambios a partir del material primario que se constituye en estrellas dentro de cuyos hornos nucleares, se fabrican “los ladrillos” necesarios para la Vida.

He dicho, queriendo, uno de sus mayores niveles, toda vez que, firmemente creo que, la vida consciente está simplemente en un estadio intermedio y que, seguirá evolucionando hacia cotas mayores que, de conocerlas ahora, sería el asombro de todos.

Muchos libros he leído del origen de la vida y de la biogénesis y, dentro de lo que he podido, he tratado de seguir aquellos pensamientos dispersos por el mundo sobre el tema de la vida, e, incluso, me he sumergido (más de una vez) en novelas de ciencia ficción que nos hablaban de estos temas con cierta fantasía pero, en el fondo, siempre contenían mensajes de verdad.

Recuerdo aquí aquella novela del gran Fred Hoyle: La Nube Negra. La llegada a nuestro Sistema solar de una gran nube de gas procedente del espacio interestelar. De esas Nubes hemos tenido muchas visitas por aquí, las hemos llamado Nebulosas y hemos tratado de contar y explicar lo que en ellas está presente. Y, efectivamente, Hoyle, introducía en su novela la idea de que, la nube, podía estar “viva”. ¿Cómo puede estar viva una nube? Sí, todos sabemos que las nubes de gas se rigen por las leyes de la física y, en ellas, se producen importantes acontecimientos y cambios de fases cuyo resultado es, transformar elementos simples en complejos y, tales cambios ha llevado a que, en ellas, sean detectados elementos y átomos que, de ninguna manera deberían estar ahí. No parecía más que, esas nubes, tengan vida propia.

Esta misma podría ser la Nube Negra de Hoyle. En realidad, una inmensa Nebulosa Molecular con los ingredientes para la Vida

Pero, no debemos olvidar algo importante: todos los organismos obedecen a las leyes de la Física y, la brillante idea de Hoyle consistió en utilizar ese ejemplo en una nube para exponer dicha paradoja de la manera más cruda. Él, gran astrofísico, sabía bien de las transformaciones que en esas nubes se producen y también sabía que, en ellas, están presentes los materiales necesarios para la vida, esos que, en su conjunto, hemos llamado CHON (Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno).

Por aquellos tiempos, allá por los años setenta, cuando leí la obra de Hoyle, me dejó profundamente impresionado y, aunque no poseía aún, los pocos conocimientos que sobre el tema tengo hoy, llegué a comprender el mensaje de que, la Vida, podía estar presente en…casi cualquier parte. Como por otra parte, resulta ser.

Así, seguí leyendo sobre el tema y lo mismo Brandon Carter que Schrödinger, me surtieron de buen material para poder adentrarme en esos difíciles caminos del origen de la vida y de su presencia aquí, en la Tierra.

Carter, se alejaba de posibles problemas y soslayó hablar acerca de en qué consiste la vida o cómo comenzó. Carter planteaba la pregunta: ¿Qué propiedades debe contener el universo para que pueda existir una vida de cualquier tipo? Él hacia un alarde imaginación y decía: “Supongamos que podemos cambiar las condiciones iniciales del universo ¿hasta qué punto se podrían alterar las leyes básicas o las estructuras de la Naturaleza sin que dejara de admitir la presencia de la vida? Ponía el ejemplo sencillo de que el universo tal como lo conocemos requiere elementos químicos, en especial Carbono. Pero pocos átomos de Carbono se crearon en el Big Bang, la mayoría fueron fabricados en el interior de las estrellas y, paradójicamente, fue Fred Hoyle el que encontró el proceso de dicha fabricación que, era un asunto delicado y muy complejo, difícil de entender y que traía a los astrofísicos del mundo de cabeza dada la complejidad que conlleva dicha dinámica de la producción del Carbono que, finalmente, se llamó el proceso triple Alfa, que depende de manera muy precisa del proceso presente en las fuerzas nucleares que hace posible el surgir del Carbono a partir de materiales más sencillos.

El proceso triple alfa es el proceso por el cual tres núcleos de helio (partículas alfa) se transforman en Carbono

Siendo eso así (que lo es), cambiar las leyes básicas nucleares del universo y éste, tendría poco a nada de ese preciado material que llamamos carbono y que es, como sabemos, la base de la vida que en la Tierra está presente.

Las ideas de Carter llegaron a conocerse como “el principio antrópico”, y sugerían de forma audaz, que la misma existencia de la vida es un asunto incierto, una consecuencia de ciertas y felices coincidencias en la estructura matemática subyacente al universo.

Por provocativo que resultara el artículo de Carter, dejaba sin explicar, el secreto de la vida. Después de aquello, pude adentrarme en la lectura de un pequeño librito: ¿Qué es la vida?, estaba escrito por el Físico Eewin Schrödinger que parecía abordar el mismo problema pero él, trataba de explicar por qué los organismos biológicos parecen tan misteriosos desde el punto de vista de la física. El libro, había alcanzado una enorme influencia en su momento, en aquellos primeros días de la disciplina de Biología Molecular.

Claro que, el libro, planteaba más preguntas de las que respondía, estaba claro que, para el autor, el problema de “biogénesis” era muy difícil de entender. Muchos antes y después que ellos, han tratado sobre el tema y, es innegable que los avances han sido grandes. Sin embargo, grandes no significa maravillosos, sino que, simplemente, los podríamos dejar en aceptables, toda vez que, en el problema de la vida está implicado algo de una complejidad que, posiblemente, sólo la del universo se le podría comparar: La Mente.

Sobre el misterio de la Vida, muchas son las cosas que se han dicho y las que se seguirán diciendo: Su origen…es incierto, y, sin ninguna duda, lo podemos clasificar como la mayor maravilla que en el universo está presente, ya que, muchas han sido las coincidencias que han tenido que estar presentes para que, la Vida, pudiera surgir y se pusiera en marcha evolucionando hacia la consciencia.

Mi padre, de familia de marineros y marinero él también. Cuando podía, me llevaba en su barca de Vela Latina (las he visto deslizarse suavemente por el Nilo), me llevaba por el Río Odiel hasta el embarcadero del Monasterio de La Rábida, ese lugar en el que, los franciscanos, acogieron a Colón y a su hijo antes de que partiera para la Américas. En mi mente de niño soñador (aquellas lecturas de Homero y otros me abrían la mente hacia mundos lejanos), mientras miraba las tranquilas aguas que brillaban al recibir los rayos del Sol, me transportaba a otros mundos, a otros lugares en los que, unas veces fantásticos animales y seres me acogían y otras, en las que, extraños escenarios de mares violetas y soles azules y verdes, me hacían sentir en otra dimensión. En uno de esos mundos, me acerqué a la orilla del Océano, la arena era de maravilloso polvo dorado que se pegaba a la piel y, las olas, llegaban suaves hasta la orilla y cuando bañaban aquel dorado material, éste se convertía en pequeños seres que se retorcían, amontonados en una maraña de increíble nudosidad.

¡Otros mundos! ¡Otras Tierras! pero, ¿de difentes maneras?

Allí reinaba el silencio, todo era suave y, al contrario que en la Tierra, los ruidos estaban ausentes. Extraño mundo aquel y, cuando parecía que, a lo lejos, algo se movía hacia mí, la voz de mi padre me transportó de nuevo a nuestro mundo.

–         ¿Has visto que Sargo ha saltado por babor? (aquí Kike me dijo que los sargos no saltan).

–         No, estaba distraído.

–         Pues espera y verás como de nuevo se deja ver.

Y, efectivamente, aquel sargo juguetón, como me pasaba a mí, quería dejar, por un momento “su mundo” para venir al mío. Saltó y sus doradas escamas brillaron, mojadas, a la luz del Sol.

En aquellas sencillas escenas guardo el recuerdo de mi padre, hombre humilde y trabajador que, a su manera, entregaba todo el amor del mundo por su familia. Aunque taciturno y poco hablador, sus hechos le delataban y, con claridad podía ver, aún en mi corta edad, donde estaban sus prioridades. Todo aquello, me sirvió de escuela para entender el proceder humano que, en la familia tiene lo más importante de sus vidas.

Y, hablando de vida, he dejado el tema que trataba a un lado, los recuerdos de otros tiempos me arrastraron hasta el río Odiel y revivieron en mí, escenas que, no cambiaría por nada.

emilio silvera

[?]

El mundo de la Física tiene planteado un gran problema y los físicos son muy conscientes de ello, conocen su existencia desde hace décadas. El problema centra la gran aventura de la Física actual y consiste en hallar una formulación que combine las dos grandes teorías de la Ciencia: La Relatividad y la Mecánica Cuántica. Aunque parece que, tal matrimonio, resulta imposible y que, los contrayentes son imcompatibles.

                        Lo grande y lo pequeño

Existen dos pilares fundamentales en los cuales se apoya toda la Física moderna. Uno es la relatividad general de Albert Einstein, que nos proporciona el marco teórico para la comprensión del Universo a una escala máxima: estrellas, Galaxias, cúmulos(o clusters) de Galaxias, y aún más allá, hasta la inmensa expansión del propio Universo.

El otro pilar es la mecánica cuántica que, en un primer momento vislumbro Max Planck y posteriormente fue desarrollada por W.Heisemberg, Schrödinger, el mismo Einstein, Dirac, Niels Bohr y otros y que nos ofrece un marco teórico para comprender el Universo en su escala mínima: moléculas, átomos, y así hasta las partículas subatómicas, como los electrones y quarks.

Durante años de investigación los físicos han confirmado experimentalmente, con una exactitud casi inimaginable, la practica totalidad de las predicciones que hacen las dos teorías. Sin embargo, estos mismos instrumentos teóricos nos llevan a una conclusión inquietante: Tal como se formulan actualmente, la relatividad general y la mecánica cuántica no puede ser ambas ciertas a la vez.

Nos encontramos con que las dos teorías en las que se basan los enormes avances realizado por la física durante el último siglo (avances que han explicado la expansión de los cielos y la estructura fundamental de la materia) son mutuamente incompatibles. Cuando se juntan ambas teorías, aunque la formulación propuesta parezca lógica, aquello explota, la respuesta es un sinsentido que nos arroja un sin fin de infinitos a la cara.

                                            Einstein © Crédito: shaunanyi

Las diferencias entre la relatividad general y la mecánica cuántica son tan grandes que, por el momento, ha fallado cualquier intento de reconciliarlas. Sin embargo, estos intentos han sido completamente teóricos y eso les ofrece una utilidad limitada. The Physics ArXiv Blog.

Así que si tú, lector no has oído nunca previamente hablar de este feroz antagonismo, te puedes preguntar a que es debido. No es tan difícil encontrar la respuesta. Salvo en algunos casos muy especiales, los físicos estudian cosas que son o bien pequeñas y ligeras (como los átomos y sus partes constituyentes), o cosas que son enormes y pesadas (como estrellas de Neutrones y Agujeros Negros), pero no ambas al mismo tiempo. Esto significa que sólo necesitan utilizar la mecánica cuántica, o la relatividad general, y pueden minimizar el problema que se crea cuando las acercan demasiado, las dos teorías no pueden estar juntas. Durante más de medio siglo este planteamiento no ha sido tan feliz como la ignorancia, pero ha estado muy cerca de serlo.

No obstante, el Universo puede ser un caso extremo. En las profundidades centrales de un agujero negro se aplasta una descomunal masa hasta reducirse a un tamaño minúsculo. En el momento del Bing Bang, la totalidad del Universo salió de la explosión de una bolita microscópica cuyo tamaño hace que un grano de arena parezca gigantesco. Estos contextos son diminutos y, sin embargo, tienen una masa increíblemente grande, por lo que necesitan basarse tanto en la mecánica cuántica como en la relatividad general.

Según los primeros trabajos sobre la teoría cuántica de la gravedad, el propio espaciotiempo varió en su topografía, dependiendo de las dimensiones del universo recien nacido. Cuando el universo era del tamaño de un núcleo atómico (ver imagen de abajo), las condiciones eran relativamente lisas y uniformes; a los 10^-30 cm (centro) es evidente una cierta granulidad; y a la llamada longitud de Planck, todavía unas 1.000 veces más pequeño (abajo), el espacio tiempo fluctúa violentamente.

Los físicos han intentado con denuedo elaborar una teoría completa de la gravedad que incluya la mecánica cuántica. Los cálculos de la mayoría de las teorías propuesta de la «gravedad cuántica» arrojan numerosos infinitos. Por ciertas razones, las fórmulas de la relatividad general y las de la mecánica cuántica, cuando se combinan, empiezan a agitarse, a traquetear y tener escapes de vapor como el motor de un viejo automóvil. O dicho de manera menos figurativa, hay en la Física preguntas muy bien planteadas que ocasionan esas respuestas sin sentido, a que me referí antes, a partir de la desafortunada amalgama de las ecuaciones de las dos teorías.

Aunque se desee mantener el profundo interior de un agujero negro y el surgimiento inicial del Universo envueltos en el misterio, no se puede evitar sentir que la hostilidad entre la mecánica cuántica y la relatividad general está clamando por un nivel más profundo de comprensión.

     No creo que el Universo esté dividido en dos partes

¿Puede ser creíble que para conocer el Universo en su conjunto tengamos que dividirlo en dos y, conocer cada parte por separado? Las cosas grandes una ley, las cosas pequeñas otra.

No creo que eso pueda ser así. Mi opinión es que aún no hemos encontrado la llave que habré la puerta de una teoría cuántica de la gravedad, es decir, una teoría que unifique, de una vez por todas las dos teorías más importantes de la Física: Mecánica Cuántica+Relatividad General. La respuesta, si es que la hay, parece estar en la Teoría de Supercuerdas o la más moderna versión de la Teoría M.

Recordemos que Einstein se pasó los últimos 30 años de su vida en Princeton tratando de buscar la fórmula maravillosa que uniera éstas dos grandes teorías, la R.G. y la M.C., no lo consiguió por que aún no existían las matemáticas necesarias para poder llegar a tales profundidades del conocimiento.

Y, aún hoy, tampoco existen.

emilio silvera

[?]

Las estrellas brillan en el cielo para hacer posible que nosotros estemos aquí descubriendo los enigmas del Universo, de los mecanismos que lo rigen, de la materia y de la energía que está presente y, ¿por qué no? de la vida inteligente que en él ha llegado a evolucionar. En las estrellas se crean los elementos esenciales para la vida. Esos elementos esenciales para la vida están elaborandose en los hornos nucleares de las estrellas. Allí,mediante transiciones de fases a muy altas temperaturas, se hace posible, a partir del simple Hidrógeno, hacer aparecer materia más compleja que, más tarde, mediante procesos físico-químicos-biológicos, hacen posible el surgir de lavida bajo ciertas circunstancias y condiciones especiales del planeta y de la estrella que orbita.

Pero está claro, como digo, que todo el proceso estelar evolutivo inorgánico nos condujo desde el simple gas y polvo cósmico a la formación de estrellas y nebulosas solares y mundos, la Tierra en particular, en cuyo medio ígneo procesos dinámicos dieron lugar a la formación de las estructuras de los silicatos, desplegándose con ello una enorme diversidad de composiciones, formas y colores, asistiéndose, por primera vez en la historia de la materia, a unas manifestaciones que contrastan con las que hemos mencionado en relación al proceso de las estrellas.

Desde el punto de vista del orden es la primera vez que nos encontramos con objetos de tamaño comparables al nuestro, en los que la ordenación de sus constituyentes es el rasgo más característico.

Al mismo tiempo nos ha parecido reconocer que esos objetos, es decir, sus redes cristalinas “reales”, almacenan información (memoria) que se nos muestra muy diversa y que puede cobrar interés en ciertos casos, como el de los microcristales de arcilla, en los que, según Cairns-Smith, puede incluso llegar a transmitirse.

                                        Microcristales de arcilla

Porque, ¿qué sabemos en realidad de lo que llamamos materia inerte? Lo único que sabemos de ella son los datos referidos a sus condiciones físicas de dureza, composición, etc; en otros aspectos ni sabemos si pueden existir otras propiedades distintas a las meramente físicas.

¿No os hace pensar que nosotros estemos hechos, precisamente, de lo que llamamos materia inerte?

Pero el mundo inorgánico es sólo una parte del inmenso mundo molecular. El resto lo constituye el mundo orgánico, que es el de las moléculas que contienen carbono y otros átomos y del que quedan excluidos, por convenio y características especiales, los carbonatos, bicarbonatos y carburos metálicos, los cuales se incluyen en el mundo inorgánico.

Según decía en trabajos anteriores, los quarks u y d se hallan en el seno de los nucleones (protones y neutrones) y, por tanto, en los núcleos atómicos. Hoy día, éstos se consideran como una subclase de los hadrones.

La composición de los núcleos (lo que en química se llama análisis cualitativo) es extraordinariamente sencilla, ya que como es sabido, constan de neutrones y protones que se pueden considerar como unidades que dentro del núcleo mantienen su identidad. Tal simplicidad cualitativa recuerda, por ejemplo, el caso de las series orgánicas, siendo la de los hidrocarburos saturados la más conocida. Recordad que su fórmula general es C_nH_2n+2, lo que significa que una molécula de hidrocarburo contiene n átomos de carbono (símbolo C) y (2n+2) átomos de hidrógeno (símbolo H).

El número de protones y neutrones determina al elemento, desde el hidrógeno (el más simple), al uranio (el más complejo), siempre referido a elementos naturales que son 92; el resto son artificiales, los conocidos transuránicos en cuyo grupo están el einstenio o el plutonio, artificiales todos ellos.

Los núcleos, como sistemas dinámicos de nucleones, pertenecen obviamente a la microfísica y, por consiguiente, para su descripción es necesario acudir a la mecánica cuántica. La materia, en general, aunque presumimos de conocerla, en realidad, nos queda mucho por aprender de ella.

                                                   Los átomos se juntan para formar moléculas

El número de especímenes atómicos es finito, existiendo ciertas razones para suponer que hacia el número atómico 173 los correspondientes núcleos serían inestables, no por razones intrínsecas de inestabilidad “radiactiva” nuclear, sino por razones relativistas. Ya antes me referiría a las especies atómicas, naturales y artificiales que son de unos pocos millares; en cambio, el número de moléculas conocidas hasta ahora comprende varios millones de especímenes, aumentando continuamente el número de ellas gracias a las síntesis que se llevan a cabo en numerosos laboratorios repartidos por todo el mundo.

            Ya son muchas decenas de moléculas encontradas en las nubes interestelares

Una molécula es una estructura con individualidad propia, constituida por núcleos y electrones. Obviamente, en una molécula las interacciones deben tener lugar entre núcleos y electrones, núcleos y núcleos y electrones y electrones, siendo del tipo electromagnético.

Debido al confinamiento de los núcleos, el papel que desempeñan, aparte del de proporcionar la casi totalidad de la masa de la molécula, es poco relevante, a no ser que se trate de moléculas livianas, como la del hidrógeno. De una manera gráfica podríamos decir que los núcleos en una molécula constituyen el armazón de la misma, el esqueleto, cuya misión sería proporcionar el soporte del edificio. El papel más relevante lo proporcionan los electrones y en particular los llamados de valencia, que son los que de modo mayoritario intervienen en los enlaces, debido a que su energía es comparativamente inferior a la de los demás, lo que desempeña un importante papel en la evolución.

Desde las moléculas más sencilla, como la del hidrógeno con un total de 2 electrones, hasta las más complejas, como las de las proteínas con muchos miles de ellos, existe toda una gama, según decía, de varios millones.  Esta extraordinaria variedad de especies moleculares contrasta con la de las especies nucleares e incluso atómicas.

Sin entrar en las posibles diferencias interpretativas de estas notables divergencias, señalaré que desde el punto de vista de la información, las especies moleculares la poseen en mucho mayor grado que las nucleares y atómicas.

Dejando aparte los núcleos, la información que soportan los átomos se podría atribuir a la distribución de su carga eléctrica, y en particular a la de los electrones más débilmente ligados. Concretando un poco se podría admitir que la citada información la soportan los orbitales atómicos, pues son precisamente estos orbitales las que introducen diferencias “geométricas” entre los diferentes electrones corticales.

Justamente esa información es la que va a determinar las capacidades de unión de unos átomos con otros, previo el “reconocimiento” entre los orbitales correspondientes. De acuerdo con la mecánica cuántica, el número de orbitales se reduce a unos pocos. Se individualizan por unas letras, hablándose de orbitales s, p, d, f, g, h. Este pequeño número nos proporciona una gran diversidad.

La llamada hibridación (una especie de mezcla) de orbitales es un modo de aumentar el número de mensajes, esto es, la información, bien entendido que esta hibridación ocurre en tanto y en cuanto dos átomos se preparan para enlazarse y formar una molécula. En las moléculas, la información, obviamente, debe abarcar todo el edificio, por lo que en principio parece que debería ser más rica que en los átomos. La ganancia de información equivale a una disminución de entropía; por esta razón, a la información se la llama también negantropía.

En términos electrónicos, la información se podría considerar proporcionada por un campo de densidad eléctrica, con valles, cimas, collados, etc, es decir, curvas isoelectrónicas equivalentes formalmente a las de nivel en topografía. Parece razonable suponer que cuanto más diverso sean los átomos de una molécula, más rica y variada podrá ser su información, la información que pueda soportar.

La enorme variedad de formas, colores, comportamientos, etc que acompaña a los objetos, incluidos los vivientes, sería una consecuencia de la riqueza en la información que soportan las moléculas (y sus agregados) que forman parte de dichos objetos. Ello explicaría que las moléculas de la vida sean en general de grandes dimensiones (macromoléculas). La inmensa mayoría de ellas contiene carbono. Debido a su tetravalencia y a la gran capacidad que posee dicho átomo para unirse consigo mismo, dichas moléculas pueden considerarse como un esqueleto formado por cadenas de esos átomos.

El carbono no es el único átomo con capacidad para formar los citados esqueletos. Próximos al carbono en la tabla periódica, el silicio, fósforo y boro comparten con dicho átomo esa característica, si bien en un grado mucho menor. Si tengo que ser sincero, mi convicción está centrada en que, cualquier forma de vida que podamos encontrar en el Universo, estarán conformadas como las que tenemos y existieron en la Tierra, en el Carbono. Otro elemento no podría dar, tanto…¿juego?

emilio silvera

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