La Imposibilidad de saberlo todo

Está claro que, cuando surgen noticias como aquella que tanto revuelo formó, en relación a los neutrinos que corrían más que la luz, nos siver de toque de atención para que despertemos a la realidad de que en el Universo, existen muchas, muchísimas cosas que no sabemos. Es raro el día que no podemos leer noticias sorprendetes:

“Los astrónomos han descubierto la masa más grande y antigua de agua que se haya detectado en el universo, una gigantesca nube de 12 mil millones de años y que alberga 140 billones de veces más agua que todos los océanos de la Tierra juntos. La nube de vapor de agua rodea a una agujero negro supermasivo llamado cuásar situado a 12 millones de años luz de la Tierra. El descubrimiento muestra que el agua ha sido frecuente en casi toda la existencia del universo.”  Dijeron los investigadores.

“Debido a que la luz que vemos ahora de este cuásar de más de 12 mil millones de años, estamos viendo el agua que estaba presente sólo alrededor de 1,6 millones de años después del comienzo del universo”, dijo en un comunicado el coautor del estudio, Alberto Bolatto de la Universidad de Maryland. “Este descubrimiento lleva la detección de agua mil millones años más cerca del Big Bang que cualquier otro encontrado”.

El descubrimiento se ha hecho observando las inmediaciones del cuásar APM 08279+5255, una gigantesca fuente de energía electromagnética 20 mil millones de veces más grande que nuestro Sol y que es posiblemente la cuna de una nueva galaxia en formación. Gracias a las peculiares circunstancias que se dan en torno a este cuásar ha sido posible la formación de una reserva de agua de tan enmensas proporciones, según afirma Matt Bradford del Jet Propulsion Laboratory.

El vapor de agua en el quásar se distribuye alrededor del agujero negro masivo en una región que abarca cientos de años luz. La nube tiene una temperatura de menos 63 grados Fahrenheit, y 300 billones de veces menos densa que la atmósfera de la Tierra.

Esta cifra puede parecer fría y tenue, pero significa que la nube es cinco veces más caliente y de 10 a 100 veces más densa que lo que es típico de galaxias como la Vía Láctea, dijeron los investigadores.

Además de arrojar luz sobre los inicios del universo, la enorme nube de vapor también revela información importante sobre el cuásar, dijeron los investigadores. Las mediciones de vapor de agua y de otras moléculas, tales como monóxido de carbono, sugieren que hay suficiente gas para alimentar el agujero negro hasta que crezca cerca de seis veces su tamaño. Pero no está claro que esto vaya a pasar, según los investigadores, ya que parte del gas puede terminar condensándose en estrellas o puede ser expulsado del cuásar. El estudio ha sido aceptado para su publicación en el Astrophysical Journal Letters.

Claro que, todo esto, la noticia en sí al igual que otras muchas que diariamente circulan por ahí, no pocas veces son aproximaciones de lo que en realidad es, y, con los datos que se han podido captar los científicos hacen sus propios cálculos y cábalas que los llevan a exponer “lo que ellos piensan” de este o aquel descubrimiento o suceso.

A mí me gustaría saber, a qué se refieren los científicos cuando afirman que ellos “conocen”, por ejemplo, lo que hay dentro del átomo, o, lo que pasó en los primeros tres minutos de la vida del Universo (cosa que nadie puede saber, toda vez que antes de que el tiempo llegara a cumplir el primer minuto de su vida, en lo que llamamos Tiempo de Planck, existe una zona oscura que no hemos podido desvelar y en la que no ha sido posible entrar con la lámpara del saber para descubrir lo que allí pudo pasar en esa primera fracción de tiempo). Y, si eso es así (que lo es), en realidad los científicos se están refiriendo a que tienen un modelo del átomo o del Universo temprano y que este modelo encaja con los resultados hasta ahora obtenidos por la observación y el experimento.

Por ejemplo: La ilustración -arriba- es un modelo que representa la estructura de una célula eucariota animal. Los modelos científicos se caracterizan porque son construcciones de la mente humana, y representan ideas o conceptos que se tienen sobre algún aspecto de la realidad. Los modelos científicos cumplen un papel importante en la construcción del conocimiento y la comprensión de los fenómenos naturales.  Ayudan a predecir, describir y explicar fenómenos naturales, objetos y estructuras;  y simplifican las observaciones haciendo más fácil trabajar con ellos, especialmente cuando se trata de  objetos que no se perciben a simple vista, como una estructura microscópica.  ¿Cómo se llega a determinar un modelo de la célula que no solo representa su estructura sino también su función? Sin duda, el desarrollo de instrumentos ópticos cada vez más precisos y de técnicas moleculares de visualización, han desempeñado un papel preponderante en estos logros científicos ya que permitieron conocer lo inalcanzable para el ojo humano.

Para definir sucesos muy lejanos en el Tiempo, y, captar objetos que estaban allí presentes, nos valemos de instrumentos muy sofisticados tecnológicamente hablando, con múltiples funciones que pueden, captar la luz que desde allí fue radiada y, de esa manera podemos construir modelos que nos acerquen a lo que realmente pudo suceder.

este tipo de Modelo científico no es una representación de la cosa real, del mismo modo que un modelo de nave espacial no es, en sí mismo una nave espacial sino, su representación para que nos permita concoer cómo sería esa nave. Otros modelos son representados mediante  imágenes mentales que son descritas a través de ecuaciones matemáticas.

Cuando un científico afirma, por ejemplo, que el núcleo de un átomo está compuesto por por partículas denominadas protones y neutrones, lo que en realidad debería decir es que el núcleo del átomo se comporta, bajo determinadas circunstancias, como si estuviera formado por protones y neutrones. Los mejores científicos toman el “como si” como se lee, pero entienden que sus modelos son, efectivamente, sólo modelos; otros “científicos” olvidan a menudo esa diferencia crucial.

Por lo general, la gente cree que los científicos se dedican a efectuar experimentos para probar la exactitud de sus modelos con una precisión cada vez mayor -hacia posiciones con más decimales, más exactas- ¡En absoluto! La principal razón para llevar a cabo experimentos que demuestren predicciones previas no comprobadas es descubrir dónde pueden fallar sus Modelos. Encontrar defectos en sus modelos es la mayor aspiración de los buenos cioentíficos, ya que, de esa manera, saben en qué fallan y los pueden mejorar.

Es cierto que, a través de esos modelos, no pocas veces, hemos podido coger los conductos luminosos que transportan las respuestas a dealgunos de lo ecretos que del Universo queremos desvelar. Se experimento y se conforman modelos por ordenador o matemáticos que nos puedan expresar la realidad de aquellos resultados experimentales.

Recordemos al escocés James Clerk Maxwell que, partiendo del trabajo experimental del londinense Michael Faraday, descubrió el grupo de ecuaciones que describe la electricidad y el magnetismo dentro de la estructura de un único modelo. Son realmente aspectos  diferentes de la misma interacción, como las dos caras de una misma moneda.

Las fuerzas de la Naturaleza

Encontramos, sin embargo, grandes diferencias entre las distintas fuerzas de la Naturaleza. Por ejemplo, podemos contemplar varias diferencias genuinas e importantes entre la interacción gravitacional y la interacción electromagnética. La Gravedad es muchísimo más débil que el electromagnetismo. Toma la fuerza de toda la Tierra para sujetar un alfiler de acero al suelo, por ejmplo, pero un simple imán de juguete de un niño puede fácilmente vencer esta fuerza y elevar el alfiler.

Debido a que los electrones y los núcleos atómicos tienen carga eléctrica, y la fuerza de atracción de un sólo átomo sobre otro es tan profundamente pequeña que se puede ignorar, todas las interacciones significativas entre los átomos son electromagnéticas. De modo que las fuerzas electromagnéticas mantienen nuestro cuerpo unido y hacen trabajar nuestros músculos. Si recogemos una manzana de la mesa, las interacciones electromagnéticas en nuestros músculos están dominando a la interacción gravitacional entre la manzana y toda la Tierra. En un sentido real, somos más poderosos que un planeta, gracias a las interacciones electromagnéticas

La fuerza de Gravedad determina la atracción de los cuerpos

Claro que, aunque la Grqavedad es débil, tiene un largo alcance. La interacción entre el Sol y los planetas mantiene a los planetas en sus órbitas y a la Luna unida a la Tierra por los hilos invisibles de la fuerza gravitatoria. Ambas fuerzas, la Gravedad y el electromagnetismo, tienen el mismo alcance que se ha fijado en ∞ (infinito).

El mismo Sol es parte de un sistema de de miles de millones de estrellas que confroman nuestra Galaxia de un centener de miles de años luz de diámetro y que, a pesar de esa inmensidad, todos esos cuerpos están unidos por la Gravedad.

Pero la diferencia entre estas dos fuerzas es que se presentan en distintas variedades, que se cancelan las unas a las otras. En un átomo, la carga positiva del núcleo se cancela por la carga negativa de los electrones con lo rodean, siendo fuerzas equivalentes la positiva y negativa, el resultado final es cero que consigue la estabilidad del átomo.

Otra diferencia de estos dos fuerzas es que, la Gravedad siempre atrae, mientras que, el magnetismo, lo mismo atrae (fuerzas opuestas) que rechaza (fuerzas iguales). Más sutílmente, podemos ver que no todas las fuerzas afectan a todo del mismo modo. La Gravedad parece ser universal y afecta a todo. Pero las influencias eléctricas y magnéticas sólo afectan a determinados tipos de objetos. esta realidad fue de gran utilidad cuando los físicos empezaron a investigar dentro del núcleo.

Aquí se construyó un Acelerador de partículas como si de una obra de arte se tratara. Es el Fermilab que, ocupa 30 kilómetros cuadrados de campos de cereales reconvertidos, unso ocho kilómetros al este de Batavia. Illinois y situado a una hora de volante de al oeste de Chicago. En la entrada a los terrenos por la Pine Street hay una gigantesca estatua de acero de Robert Wilson, su primer director y el principal responsable de su construcción, un triunfo artístico, arquitectónico y científico. La escultura titulada Simetría rota, consiste en tres arcos que se curvan hacia arriba, como si fueran a cortarse en un punto a más de quince metros del suelo. No lo hacen, al menos no limpiamente. Los tres brazos se tocan, pero casi al azar, como si los hubieran construido diferentes contratistas que no hablasen entre sí. La escultura tiene un aire de un “ay” por que sea así, en lo que no es muy distinta de nuestro universo. Si se camina a su alrededor, la enorme obra de acero aparece desde cada ángulo desapaciblemente asimétrica. pero si uno se tumba de espaldas justo debajo de ella y mira hacia arriba, disfrutará del único punto privilegiado en el que la estructura es imétrica. la obra de arte de Wilson casa de maravilla con el Fermilab, pués ahí el trabajo de los físicos consiste en buscar las pistas de lo que sospechan es una simetría oculta en un universo de apariencia muy asimétrica.

El Edificio está inspirado en la Catedral Francesa que Wilson visitó, la de Beauvais, empezada en el año 1225, La catedral de Beauvais tiene dos torres separadas por el Prebisterio. El Wilson Hall, concluido en 1972, consta de dos torres gemelas (las dos manos en oración) unidas por galerias a distintas alturas y uno de los mayores atrios del mundo. El rascacielos tiene a la entrada un estanque donde se refleja con un alto obelisco en una de sus extremos. El obelisco, con el que terminaron las contribuciones artísticas de Wilson al Laboratorio, se conoce como la última construcción de Wilson.

Sigamos con el trabajo. En lugares como este del Fermilab (también el CERN), se tienen preparadas instalaciones de alta tecnología y de una sofisticación de muy alto nivel, hay aparatos cuya sensibilidad podríamos comparar con lo más depurado en el arte de la finura técnica que el ser humano halla podido alcanzar.

             Heisenberg, Bohr y Einstein

“La incertidumbre, la discrepancia y la inconsistencia constituyen la moneda de cambio de cualquier disciplina científica viva.” Nada se debe dar por cierto, siempre hay que buscar dónde radica el fallo o la carencia de un Modelo, o, donde están los parámetros que sobran para eliminarlos o los que faltan para proceder a su incorporación. El Modeo que hoy nos describe el mundo, cuando mañana, las nuevas tecnologías nos permiten entrar a profundizar en lo que ese mundo es, podemos comprobar que, aquella teoría no estaba en lo cierto.

Sí, podemos decir sin lugar a equivocarnos que en la Física, nos podemos encontrar con muchos conceptos extraños y, sin embargo, la historia sigue y nos lleva mucho más allá de lo que nuestras mentes pueden comprender. Caemos en atolladeros que nos retienen, tratamos de salir, forzamos y tratamos de desprendernos de las ligaduras (fuertes ligaduras) de ignorancia que nos mantienen atados, y, con el paso del tiempo y mucho esfuerzo, a veces conseguimos zafarnos de ellas (sólo en parte) y dar un paso hacia adelante que nos lleva, de manera irremediable, ante otra gran maraña de ligaduras…¡Es tanto lo que no sabemos!

Sí todo esto nos puede resultar muy extraño. El mismo tipo de incertidumbre cuántica se traslada a otros ámbitos de las propiedades del mundo cuántico. El Principio de Incertidumbre de Hesinberg combinado con la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein (centrada en el espacio-tiempo) nos dice que si tomamos un determinado volumen de un espacio aparentemente vacío y lo miramos durante un determinado tiempo, no podemos estar seguros de cuánta energía contiene.

No somos sólo “nosotros” los que no podemos estar seguros; como con la posición y el movimiento, la Naturaleza en sí misma no lom sabe. Durante un largo período de tiempo podemos estar seguros de que el espacio está vacío (o prácticamente vacío). Pero cuqanto más corto sea el período de tiempo involucrado, menos certeza podemos tener sobre la cantidad de energía dentro del volumen.

Estas entidades efímeras  las que llamamos partículas virtuales, y el proceso completo se denomina una “fluctuación del vacío”. En este Modelo, el “espacio vacío” o “vacío”, se entiende como agitándose activamente en la escala cuántica. En concreto una partícula cargada como un electrón está embebida en un mar de partículas virtuales y fotones, e incluso en sus cortas vidas las partículas interactúan con el electrón.

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