¿Qué es la vida?

¿Mundos habitados? Bueno, si nos guiamos por las probabilidades que en tan vasto Universo pueden estar presentes… ¡Muchos mundos lo estarán!

¿Cómo podríamos ensamblar una explicación científica de la génesis de la vida? A simple vista nos puede parecer una tarea sin esperanzas. No creo que buscar fósiles en las rocas más antiguas sea suficiente y nos ofrezca todas las claves necesarias. La mayoría de las delicadas moléculas prebióticas que dieron lugar a la vida habrán sido erradicadas por el inexorable paso del tiempo y la destructora entropía que todo en polvo lo convierte. Es posible, que podamos esperar el hallazgo de algún residuo químico ya degradado de aquellos organismos ancestrales a partir de los cuales evolucionó la vida celular que conocemos.

Claro que, aparte de los fósiles que podamos encontrar en las rocas, existe otra línea de evidencia que, de la misma manera, se remonta al pasado lejano y oscuro, pero que existe aquí y ahora, dentro de las formas de la vida presente. Los biólogos están convencidos de que ciertas reliquias de organismos antiguos siguen viviendo en las estructuras y procesos bioquímicos de sus descendientes, incluyéndonos a nosotros, los seres humanos.

Estudiando cómo funciona la célula moderna podemos tener una visión de los remanentes de la vida ancestral en acción –una molécula peculiar aquí, una reacción química singular allí, de la misma forma que unas monedas fuera de lugar, unas herramientas rústicas del pasado lejano o, cómo los montículos sospechosos que alertan al experimentado arqueólogo. Así, entre los intrincados procesos que tienen lugar dentro de los organismos modernos, sobreviven trazas de vida primordial que establecen un puente con nuestro pasado lejano. Analizando estas oscuras trazas, los científicos han comenzado a reconstruir los caminos físicos y biológicos que pueden haber llevado a la existencia de la primera célula viva.

De todas las maneras, incluso con tales claves bioquímicas, la tarea de reconstrucción seguiría siendo básicamente una conjetura si no fuera por el relativamente reciente descubrimiento de ciertos “fósiles vivientes”: microbios que habitan en ambientes extraños y extremos.

Estos denominados supermicrobios, han sido y continúan  siendo intensamente investigados y según parece, van revolucionar la microbiología. Pudiera ser que estemos atisbando en estos microbios  poco convencionales algo próximo a los primitivos organismos que generaron toda la vida en la Tierra. Claves adicionales pudieran venir de la búsqueda de la vida en Marte y otros planetas, y del estudio de cometas y meteoritos. Reconstruyendo todas estas líneas de evidencia, quizá seamos capaces de deducir, al menos en líneas generales, de qué manera emergió la primera vida en el universo.

Muestras de diversos tipos de microorganismos extremófilos.

Claro que, convendría saber, antes de abordar el problema de su origen, lo que la vida es. Hace menos de un siglo que muchos científicos estaban convencidos de que ese problema estaba a punto de ser resuelto. Los avances en la estructura de la materia a nivel atómico, y los avances en el saber de los componentes moleculares de la célula, elevó de manera excesiva la ilusión de los expertos que, con el paso del tiempo, no se plasmó en realidad, y, la vida, sigue siendo un gran misterio sin resolver.

Una cosa está clara para mí, es posible que la materia, en sus distintas fases y por separado, nos pueda parecer que es algo inerte, pasivo, y hasta “torpe” que sólo suele responder cuando es requerida por fuerzas externas y, sin embargo, en ciertas circunstancias especiales, la materia parece tener una especie de “chispa interior” un algo que, a veces, se nos asemeja a una especie de “vida propia”. Todos conocemos de las transformaciones que, en ciertas condiciones y lugares, pueden producirse en la materia “inerte” que se transmuta en otra cosa muy distinta de lo que en principio era y, dicho cambio, si no es una especie de “extraña vida” ¿qué es lo que es?

Claro que, de ahí hasta lo que conocemos por ¡Vida!, el trecho es grande y en eso andamos. Buscamos incansables una explicación satisfactoria que nos diga lo que la vida es pero, el enigma continúa y los conocimientos se limitan a niveles locales de cuestiones muy concretas que, de ninguna manera, explican lo que queremos saber.

La ciencia continúa en su intento de dar respuesta a los misterios de los orígenes de la vida sobre la Tierra. Esta vez, un grupo de químicos cree haber dado con nuevas pistas sobre la aparición de las primeras moléculas como almacenes de información genética. Sus hallazgos aparecen publicados en la revista británica Nature.

La sensación que se percibe al profundizar en todo este complejo problema es el de que, todo ha surgido a partir del Caos, inmerso en una gran complejidad de factores que no siempre hemos podido comprender. Otra paradoja adicional de la vida concierne a la extraña conjunción de permanencia y cambio (¿o, es adaptación?). A este antiguo rompecabezas se suelen referir los filósofos como el problema del ser frente al devenir. El trabajo de los genes consiste en replicarse, en conservar el mensaje genético. Pero sin variación, la adaptación sería imposible y los genes finalmente se agotarán: adaptarse o morir es el imperativo que nos impone la Naturaleza.

Pero, ¿Cómo coexisten conservación y cambio en el sistema? Esta contradicción yace en el corazón de la biología. La vida florece en la Tierra debido a una serie de tensiones creativas que existen y son creadas por la propia Naturaleza y que, finalmente, se acoplan y compensan para que todo transcurra en armonía dentro de una rica variedad de cuyas reglas del juego, en realidad, no tenemos ni idea.

Muchos son los puntos en los que nos podríamos fijar para tratar de indagar lo que realmente pasó para que, en la Tierra, surgiera la vida.

                                       Imagen de satélite del Lago Acraman; Captura de pantalla de NASA World Wind

Por ejemplo, el lago Acraman (un gran lago seco, de forma aproximadamente circular y de unos treinta kilómetros de diámetro) situado en Australia del Sur, a doscientos kilómetros de Port Augusta, en el límite de la llanura de Nullarbaor, aunque nos pueda parecer como otro lago seco cualquiera, resulta que el Acraman no es un lecho lacustre ordinario.

Hace aproximadamente unos seiscientos millones de años, un meteoro gigante cayó del cielo y abrió un enorme agujero en lo que ahora es la península de Eyre. El agujero original media al menos noventa kilómetros de diámetro y varios de profundidad. El lago Acraman de hoy es todo lo que queda de aquella enorme cicatriz, un testigo mudo de un antiguo cataclismo de proporciones impresionantes. El daño físico causado por el impacto supera todo lo imaginable. ¡La caída de un pedrusco de cien mil millones de toneladas y varios kilómetros de diámetro!

Claro que, tal suceso, no fue un hecho aislado. Cada pocos millones de años un cometa o un gran asteroide golpea la Tierra y, cada vez hay más evidencia de que los impactos cósmicos han tenido una influencia capital en la evolución de la vida en el planeta al provocar extinciones en masa. Los impactos cósmicos no sólo han alterado el rumbo de la evolución, sino que también desempeñaron un papel crucial en el origen de la vida.

Hasta hace poco tiempo, los científicos apelaban fundamentalmente a la química y a la geología en sus intentos de explicar la biogénesis. Se trataba a la Tierra como un sistema aislado. Pero en las últimas décadas se ha asumido que, la realidad, es que la Tierra es simplemente una parte de un todo y, siendo así (que lo es), hay que tener en cuenta la dimensión astronómica de la Vida. Para entender cómo empezó la vida, parece que tenemos que buscar respuestas en las estrellas.

Hasta Lucrecio, el poeta-filósofo romano, con algún poema, trató de convencernos de que no estamos solos en el Universo. Él argumentaba que si el Universo estaba hecho de átomos idénticos y sujeto a leyes universales de la Naturaleza, entonces los mismos procesos que dieron lugar a la vida en la Tierra deberían también dar lugar a la vida en otros mundos. El argumento se remonta al atomista griego Epicuro y es, muy convincente pero, de momento, no sabemos si es correcto.

Yo, hace tiempo que aposté por él, la vida debe estar presente ¡en tantos lugares!

Claro que todo esto, no responde a la pregunta: ¿Qué es la vida?

emilio silvera

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¿Cuántas veces habremos hablado aquí de las constantes de la naturaleza? Han sido muchas y todas ellas, han estado influidas por el profundo interés que en mí causan estos números misteriosos que hacen del Universo el que nosotros conocemos. Es porisble, que en otros universos que pudierann ser, y, en los que las constantes fuesen diferentes a las del nuestro, hubieran nacido muertos y sin vida.

Está claro que este interes que las constantes han despertado, no ha en mí, sino en mucho científicos del mundo, es que, existen muchas maneras en las que los valores reales de esas constantes ayudan a que sea posible que la vida esté presente en nuestro Universo. Más aún, a veces parece permitir su existencia por un pequeño margen. Su aumentáramos la constante de estructura fina y no podrá haber átomos y si hacemos mayor la fuerza de la Gravedad y las estrellas agotarían sus combustibles muy rápidamente, si reducimos la intensidad de las fuerzas nucleares no habría bioquímica y así sucesivamente.

Si cambiamos el valor de α (alfa) en una pequeña cantidad, digamos en laq segunda cifra decima, entonces los cambios se harán importantes. Las propiedades de los átomos se aleteran y procesos complicado…

… como el plegamiento de las proteínas o la replicación del ADN podrían verse afectados de manera muy adversa. Claro que, ¿quién sabe si, tales cambios, podrían tener otras posibilidades  para la complejidad química? De la que no podemos sino imaginarlas al faltarnos datos para poder emitir un juicio sensato de ello. Por otra parte, si los cambios son muy grandes, harían que los núcleos y los átomos dejaran de existir y sean mucho más nítidos como barrera para el desarrollo de la complejidad basada en las fuerzas de la Naturaleza. Hay muchos cambios concebibles para los que la vida, estaría ausente.

Pero, a pesar del cambio incesante y la dinámica del Universo visible, existen aspectos de la fábrica del Universo misteriosos en su inquebrantable constancia. Son esas misteriosas cosas invariables las que hace de nuestro Universo el que es y lo distinguen de otros mundos que pudiéramos imaginar. Cuando se conocen estas misteriosas constantes, podemos percibir que es como si hubiera un hilo dorado que teje una continuidad a través del espacio-tiempo que, inexorable, transcurre en la Naturaleza. Y, tales constancias, nos llevan a pensar que todas las cosas son iguales a lo largo del vasto Universo. Que fueron y serán las mismas en otros tiempos además de hoy.

Con razón nos decía Planck:

“La ciencia no puede resolver el misterio final de la Naturaleza. Y esto se debe a que, en el último análisis, nosotros mismos somos parte del misterio que estamos tratando de resolver.” 

 

La Constante de la Estructura Fina

Poco después , en 1967, Bahcall y Schmidt observaron un par de líneas de emisión de oxígeno que aparecen en el espectro de cinco galaxias que emiten radioondas, localizadas con un desplazamiento hacia el rojo promedio de 0,2 (emitiendo así su luz hace unos dos mil millones de años: Aproximadamente la época en que el reactor de Oklo estaba activo en la Tierra y obtuvieron un resultado consistente con ausencia de cambio en la constante de estructura fina que era aún diez veces más fuerte:

α (z = 0,2)/α(z = 0) = 1,001 ± 0,002

Estas observaciones excluían rápidamente la propuesto por Gamow de que la constante de estructura fina estaba aumentando linealmente con la edad del universo. Si hubiese sido así, la razón α(z = 0,2)/α(z = 0) debería haberse encontrado con un valor próximo a 0,8.

Una de las cuestiones más controvertidas en la cosmología es porque las constantes fundamentales de la naturaleza parecen finamente ajustadas para la vida. Una de estas constantes fundamentales es la constante de estructura fina o alfa, que es la constante de acoplamiento de la fuerza electromagnética (usualmente denotada g, es un número que determina la fuerza de una interacción) y equivale a 1/137,03599911.

La ilustración muestra cómo los rayos X de un cuasar distante, son filtrados al pasar por una nube de gas intergaláctico. Midiendo la cantidad de la disminución de la luz debido al oxígeno y otros elementos presentes en la nube los astrónomos pudieron estimar la temperatura, densidad y la masa de la nube de gas  (el cuasar PKS 2155-304).

Es cierto que en el Universo existen equilibrios muy delicados y que, nos puede producir la sensación de que, de un momento a otro, todo se irá al garete y aquello, se convertirá en un Caos sin reversión posible y, sin embargo, es una impresión engañosa, toda vez que, de la explosión supernova surgen nebulosas de las que surgen nuevas estrellas y nuevos mundos. Es la engañosa “Destrucción-Creadora”.

Actualmente, el más potente método utilizado en estos eperimentos dirige todo su potencial en la búsqueda de pequeños cambios  en la absorción por los átomos de luz procedentes de cuásares lejanos.  En lugar de considerar pares de lineas espectrales  en dobletes del mismo elemento, como el silicio,  considera la separación entre líneas causada por la absorción de la luz del cuásar por diferentes elementos químicos en nubes de gas situadas entre el cuásar y nosotros. Y, a todo esto, las cuatro fuerzas fundamentales siguen estando presentes.

Existen varias coincidencias aparentemente inusuales entre las constantes de la Naturaleza no relacionadas en un nivel superficial que parecen ser cruciales para nuestra propia existencia o la de cualquier otra forma de vida concebible. Los inusuales niveles resonantes del carbono y el oxígeno de Hoyle son ejemplos arquitípicos. Cambios pequeños en las intensidades de las diferentes fuerzas de la naturaleza y en las masas de las diferentes partículas elementales destruyen muchos de los equilibrios delicados que hacen posible la vida.

Todas las estructuras del Universo que se comportan como objetos estables, en realidad, se muestran así como consecuencia de que son, malabarismos que se producen entre dos fuerzas antagónicas equivalentes que consiguen esa “delicada” estabilidad que está centrada en la lucha entre la atracción y la repulsión. Por ejemplo, en un planeta, como la Tierra, hay un equilibrio entre la fuerza atractiva de la Gravedad y la repulsión atómica que aparece cuando los átomos se comprimen demasiado juntos y se llegan a degenerar por el Principio de exclusión de Pauli quen no permite que dos fermiones ocupen el mismo lugar. Todos esos equilibrios pueden expresarse aproximadamente en términos de los números puros de Stobe-Planck creados a partir de las constantes e, h, c, G y m_pr

α = 2πe^₂/hc = 1/137

α_G = Gm_pr ²/hc ≈ 10^-38

La identificación de constantes de la Naturaleza como α y α_G, junto con los números que desempeñam el mismo papel definitorio para las fuerzas débil y fuerte de la Naturaleza, nos anima a pensar por un momento en mundos diferentes al nuestro. Estos otros mundos pueden estar definidos por leyes de la Naturaleza iguales a las que gobiernan el universo tal como lo conocemos, pero estarán caracterizadas por duiferentes valores de constantes adimensionales. estos cambios numéricos alteran toda la fábrica de los mundos imaginarios. Los equilibrios entre los fuerzas serán diferentes de los que se dan en el nuestro. Los átomos pueden tener propiedades diferentes. La Gravedad podría tener un papel más pequeño en esos otros mundos. La Naturaleza cuántica de la realidad podría intervenir en lugares inimaginables.

Claro que, nosotros, nos tenemos que ceñir a éste, nuestro Universo que nos muestras unas leyes y unas constantes que son como son y no de otra manera y, de esa forma, está construido nuestro universo conocido que, en alguna ocasión he pensado sino tendrá “otro universo” escondido dentro de este mismo.

Decimos que los valores de las constantes de la Naturaleza están “escogidos” de manera bastante fortuita cuando se trata de permitir que la vida evoluciones y persista pero, echemos una irada a otros ejemplos:  La estructura de los átomos y las moléculas está controlada casi por completo por dos números  de los que he hablado aquí alguna vez: la razón entre las masas del electrón y el protón, β, que es aproximadamente igual a 1/1.836, y la constante de estructura fina α, que es aproximadamente igual a 1/137.

Supomngamos que permitimos que estas dos constantes cambien su valor de forma independiente y supongamos también (para hacerlo más sencillo) que ninguna otra constante de la naturaleza cambie. ¿Qué le sucede al mundo si las leyes de la Naturaleza siguen siendo las mismas?

Si deducimos las consecuencias pronto encontramos  que, en realidad, no existe mucho espacio para maniobrar. Incrementemos β demasiado y no puede haber estructuras moleculares ordenadas porque es el pequeño valor de β el que asegura que los electrones ocupen posiciones bien definidas alrededor de un núcleo atómico y no se agiten demasiado. Si lo hicieran entonces fallarían procesos muy bien ajustados como la replicación del ADN. El número β también desempeña un papel en los procesos de generación de energía que alimentan las estrellas. Aquí se une con α para hacer los centros de las estrllas lo suficientemente calientes como para iniciar reacciones nucleares.

Podríamos seguir poniendo muchos ejemplos de los posibles cambios en las constantes de la Naturaleza y, todos ellos, nos llevarían a lugares que no nos gustaría imaginar,. ya que, en la mayoría de ellos, ni estaríamos al no ser la vida permitida por aquellas condiciones.

Somos tan ilusos que, a veces, nos cremos ser dueños hasta de las estrellas, y, lo cierto es que, estamos a merced de fuerzas y constantes que el Universo nos ofrece para hacer posible nuestra presencia aquí. Si alguna de esas Leyes cambiaran…¡pobre de nosotros! Y, deberíamos ser conscientes de ello, no creernos más que nadie pero, tampoco menos. Todos llegamos a este lugar de la misma manera y de la misma manera nos tenemos que ir y, sin embargo algunos, se empeñan en ser diferentes cuando…eso, ¡es imposible! como que, las fuerzas de la naturaleza cambien.

emilio silvera

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Witten con sus complejas ecuaciones que le sacan de este mundo y lo transporta a otro de 11 dimensiones, dentro de la teoría de  M

Existe en la Fisica, un principio que se denomina Navaja de Occan, que afirma que siempre deberíamos tomar el camino más sencillo posible e ignorar las alternativas más complicadas, y, especialmente las alternativas que no pueden medirse nunca. Si queremos seguir ese postulado, nos encontramos con un enorme problema, ya que, con esa máxima, ¿Qué hacen perdiendo el tiempo Witten y todos los demás físicos y matemáticos con la teoría de supercuerdas?

Aquí tenemos un ejemplo claro de un principio que, al menos para mí, sólo es válido en ciertos contextos, sino experimentamos y teorizamos en cuestiones que, “de momento”, no son demostrables nos quedaríamos anclados en el tiempo del saber. El físicop Paul Davies se refirió una vez a ese tiempo futuro cuando se tenga conseguida la unificación de todas las fuerzas:

” Podremos cambiar la estructura del espacio y del tiempo, atar nuestros propios nudos en la nada, y dar orden a la materia. Controlar las superfuerzas nos permitirá crear y transmutar partículas a voluntad, generando así exóticas formas de materia. Quizá seamos capaces incluso de manipular la dimensionalidad del propio espacio, creando extraños mundos artificiales con propiedades inimaginables. Verdaderamente seremos los señores del Universo.”

                       Es posible. Sin embargo, esos señores del universo, ya no seremos nosotros

Pero para que el sueño de Davies y muchos otros se pueda cumplir, tendríamos que poder dominar esas energías derivadas de la masa de Planck, o sea, la energía de Planck de 10^-19 GeV, lo que supone disponer y “saber” manipular energías del orden de las que estaban presentes en la creración de nuestro Universo, cuando surgió el Big Bang ¿Será por soñar!

Claro que no debemos fiarnos del potencial de nuestra imaginación. Los seres humanos han existido en este planeta quizá durante los dos últimos millonmes de años (consideramos ya como hombres modernos) el rápido auge de la civilización moderna en los dos últimos siglos ha sido posible a que el crecimiento del conocimiento cientifico es exponencial; es decir, su tasa de expansión es proporcional a la que ya se conoce. Cuanto más conocemos más rapidamente adquirimos nuevos conocimientos, de tal manera es así que cada 10/20 años, duplicamos lo que sabemos.

Ya he explicado en muchas de mis libretas como se produce este mecanismo, hay preguntas que  ni podemos hacer, no tenemos los datos ni el conocimiento necesario para plantearla. Asi que, cuando adquirimos nuevos conocimientos hemos adquirido el poder de planterar nuevas preguntas que antes, por ignorancia, no sabíamos formular.

                     Para poder preguntar, antes tenemos qaue saber formular las preguntas

Suelo poner el ejemplo de las puertas cerradas. Hallar un nuevo conocimiento es como encontrar la llave para abrir la puerta detrás de la cual, se encuentran las respuestas a preguntas que habíamos planteado y de las que nadie tenía la respuesta. Sin embargo, cuando habrimos esa puerta cerrada, ¡Oh! sorpresa, nos encontramos con nuevas puertas cerradas que, en lo alto de sus dinteles tienen colgados letreros como: Materia Oscura, Teoría M, Partícula de Higgs, y muchas más.

Quiere esto decir que, por mucho que avancemos, siempre, siempre, encontraremos una puerta cerrada con algún letrero colgado de algo que no sabemos. Acordaos de lo que decía León Lederman, el premio de Nobel Física: “En todas las casas de los Fisicos, en el lugar más destacado, tendrían que tener colgado un letrero. En él se pondría un sólo número: 137. Así, cada vez que lo miraran, les recordaría lo que NO saben”

Ese es nuestro destino amigos, estamos condenados a seguir aprendiendo, es nuestra nataturaleza, en nuestra genética tenemos gravada la curiosidad, esa fuerza misteriosa que nos obliga a preguntar, a querer saber,  que nos obliga a continuar la búsqueda de los desconocido, nos empuja a desvelar los secretos de la Naturaleza, allí donde residen todas las respuestas, y, de esa manera, como decía aquel científico que antes mencionaba, llegaremos, no me cabe la menor duda, a dominar fuerzas del Universo que ahora, ni podemos imaginar.

De momento, el Universo que conocemos es el que nos permite “ver” la radiación electromagnética, la luz. Sin embargo, cuando podamos leer los mensajes que nos envían las ondas gravitatorias de los Agujeros Negros y otros cuerpos masivos, entonces, conoceremos otra cara ahora desconocida de ese inmenso Universo que nunca dejará de sorprendernos.

Todas las disciplinas científicas nos son muy necesarias pero, la Física, merece un apartado muy especial, en ella están todas las respuestas que deseamos oír, y, como es natural, siempre acompañada por las matemáticas, el lenguaje universal que se utiliza cuando las palabras dejan de tener la capacidad de expresar las complejidades de la Naturaleza.

La Física, con frecuencia se asocia a otras ramas de la Ciencia, y, mediante la energía que se generan en las estrellas dicha asociación se traduce en la unión de la física-química-biología que, finalmente, desemboca en eso que llamamos vida. Esa maravillosa aventura que comienza en el elemento más ligero y que, en los hornos nucleares de los objetos estelares mediante transformaciones de fases, se van volviendo más y más complejos hasta llevar a niveles tan valiosos como para poder alcanzar (si llegan al medio adecuado) el estadio más alto que la materia puede alcanzar…¡La Consciencia!

Pitágoras nos decía: “Todo es número” y, tampoco estaría mal decir: “Todo es Física”. La unión de la Física con otras ramas del saber nos ha traído y nos seguirá trayendo, muchas alegrías.

Nos aproximamos al siglo desde que, Albert Einstein nos legara su Teoría de la Relatividad General para incluir la gravitación en la estructura espacio-temporal. Uno de los aspectos más destacados de esta teoría es que el espacio deja de ser un simple contenedor de los fenómenos físicos para convertirse en un objeto dinámico, en el sentido que su geometría cambia conforme a los movimientos y distribuciones de masas y energía. No solo eso, al tiempo físico le sucede algo similar, de forma que su transcurso también depende de la distribución de masa y energía que determina la geometría del Universo y, a su vez, la geometría determina el movimiento de la materia y de la energía.

Antes mencionaba que llegaríamos a poder leer los mensajes de las ondas gravitatorias pero, la relativa debilidad de la gravedad es la causa de que las ondas gravitatorias tengan una amplitud relativamente pequeña y que su detección sea una empresa altamente complicada. Ondas gravitatorias producidas por fuentes galácticas, como la colisión de dos estrellas de neutrones, inducen desplazamientos del orden del tamaño de un núcleo atómico o inferiores en un detector terrestre de un kilómetro de tamaño. La gran ventaja que proporcionan las ondas gravitatorias es que por su débil interacción con la materia transportan información prácticamente incorrupta de las fuentes astronómicas que las generaron. Está claro que el reto está, en saber construir los ingenios que puedan detectar y leer sus mensajes, y, cuando ese día llegue, conoceremos otro aspecto del Universo de momento desconocido.

el neutrino, n, escapa y el positrón, e+ (partícula similar a un electrón excepto que tiene carga positiva denominada positrón), se aniquila con un electrón, e+ + e-, produciendo radiación gamma ( de corta longitud de onda). El deuterio formado, H2, reacciona con otro núcleo de hidrógeno dando lugar a un isótopo del helio, He3, que contiene dos protones y un neutrón, cediéndose más energía en forma de rayos gamma,

Bueno, la Física nos ayudará a conocer mejor el Universo. Acordaos de aquella predicción de Wolfgang Pauli cuando propuso la existencia del neutrino para reconciliar los datos de la desintegración nuclear radiactiva con la conservación de la energía. En una desintegración radiativa el núcleo atómico muta en otro núcleo diferente cuando un neutrón se transforma en un protón, que es un poco más ligero que aquel, y emite además un electrón:

neutrón → protón + electrón + antineutrino

¿Cómo pudimos llegar a saber que la predicción de Pauli era cierta?, en aquel momento hasta el mismo Pauli dudaba de que algún día se pudiera verificar tal cosa. Sin embargo, el neutrino se localizó y, de la misma manera, la Física nos dirá también donde está el Bosón de Higgs para perfeccionar el modelo estándar, y, otras muchas cuestiones que ahora, nos parecen de otro mundo y que, sin embargo, están en este nuestro.

Nos hemos acostumbrado a observar el Universo con fotones de longitudes de onda muy diversas, desde ondas de radio a rayos gamma, pasando por la luz visible, ultravioleta o infrarroja. Hemos sabido desarrollar telescopios ópticos cada vez más sofisticados, hasta el siglo XX en que se construyeron los primeros radiotelescopios y se pusieron en órbita los primeros satélites con telescopios de rayos X y rayos gamma. Hoy en día cubrimos 20 órdenes de magnitud en las frecuencias de las ondas electromagnéticas.

Hemos podido acceder al Universo profundo, hemos podido captar con bastante precisión el fondo cósmico de microondas, emitido cuando se formaron los primeros átomos en el universo, cuando éste tenía apenas 380.000 años. La información que podemos extraer hoy en día del fondo de radiación es tan completa que nos ha permitido definir por primera vez un mdodelo cosmológico estándar, cuyos parámetros se conocen con una precisión muy elevada.

                                                                                      Detectando neutrinos

Claro que, no es la luz el único mensajero que nos trae información de los confines del Universo. Desde hace una década también vemos el Sol en neutrinos gracias al Super Kamiokande y, en el Polo Sur, tenemos telescopios de neutrinos muy energéticos que nos permitirán observar el interior de los objetos más violentos del universo, como las supernovas, gracias a que los neutrinos atraviesan la materia cargada que hay a su alrededor, que es opaca a la luz.

Con todo esto quiero significar que no existen límites, y, el ingenio y la imaginación de la máquina más compleja del Universo (solo necesita tiempo para seguir evolucionando), nos llevará más allá de lo que, ahora, podemos imaginar. Seguramente que, ni esa barrera infranqueable que supone la velocidad de la luz, podrá pararnos. Alguna forma habrá de burlar ese muro, y, se me viene a la memoria eso que los físicos llaman el salto cuántico, eso que ocurre cuando un fotón energético choca con un electrón que lo absorbe y, de inmediato, desaparece para simultáneamente aparecer en otro nivel sin haber recorrido la distancia existente entre el nivel de partida y el de llegada. ¿Por donde hizo el viaje?

En fin amigos, que la Física, seguramente será el arma más poderosa con la que cuente la Humanidad cuando le llegue el momento…de partir de la Tierra hacia otros mundos.

emilio silvera

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¿Están todas las partículas elementales sometidas al mismo espacio-tiempo?

Antes del Big Bang, el espacio-tiempo tal como lo conocemos, no existía. Entonces, ¿cómo se formó? El proceso de creación del espacio-tiempo normal partiendo de un estado anterior dominado por la gravedad cuántica ha sido estudiado durante años por un grupo de teóricos de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, en Polonia.

Sus recientes análisis conducen a una conclusión sorprendente: No todas las partículas elementales están sujetas a un mismo espacio-tiempo.

Poco después del Big Bang, el universo era muy denso y caliente, con las partículas elementales experimentando con gran intensidad la fuerza de la gravedad. Durante décadas, físicos de todo el mundo han estado tratando de descubrir las leyes de la gravedad cuántica que describen esta fase de la evolución del universo.

                                        Calle de la Universidad en Varsovia

Recientemente el grupo del profesor Jerzy Lewandowski propuso su propio modelo del universo cuántico. Los estudios recientes de sus propiedades han sorprendido a los investigadores. Los análisis realizados por Lewandowski y Andrea Dapor muestran que diferentes partículas elementales “experimentan” la existencia de diferentes espacio-tiempos.

¿Cómo surgió, a partir de los estados primarios de la gravedad cuántica, el espacio-tiempo conocido por todos nosotros? Y, puesto que el espacio-tiempo normal debió nacer como resultado de la interacción entre la materia y la gravedad cuántica, ¿podemos estar seguros que cada tipo de materia interactúa con un espacio-tiempo que tiene las mismas propiedades?

En el modelo matemático elaborado por el grupo de la Universidad de Varsovia, el espacio-tiempo clásico es creado por la interacción de la materia con la gravedad cuántica. El proceso se asemeja un poco, en concepto, a cómo una retícula cristalina de hielo -que simbolizaría al espacio-tiempo clásico- se forma al congelarse el agua líquida -que simbolizaría a la gravedad cuántica-. Las últimas conclusiones sobre el modelo apuntan a que las diferentes partículas elementales generan diferentes espacio-tiempos clásicos. (Imagen: © Facultad de Física, Universidad de Varsovia)

Después de trabajar con las ecuaciones que representan el comportamiento de las partículas de acuerdo con las leyes del modelo de la gravedad cuántica, el equipo de Lewandowski comenzó a comprobar si podrían obtenerse ecuaciones similares con el uso del espacio-tiempo ordinario en combinación con diferentes simetrías. Para las partículas sin masa resultó ser posible. El espacio-tiempo tenía las mismas propiedades en todas las direcciones. Según el modelo simplificado que investigaron y, al margen de si el fotón tiene mucho o poco momento, o más o menos energía, el espacio-tiempo parece ser el mismo en todas las direcciones.

                   Para las partículas con masa, la situación fue diferente.

Las partículas con masa no sólo experimentarían espacio-tiempos diferentes a los de los fotones, sino que cada una contaría con su propia versión “privada” del espacio-tiempo, dependiendo de la dirección en la que se moviera. O por lo menos ésta es la conclusión a la que se ha llegado en el nuevo estudio, a raíz de resultados que han sorprendido al propio equipo de investigación.

Fuente: NCYT Amazings

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Mejores mediciones mediante una reducción del ruido cuántico

 

Cuando se desea medir algo con mucha precisión, como ligeras variaciones en la longitud, lo lógico es valerse, de uno u otro modo, de las ondas de luz. No obstante, muchos efectos, como las variaciones gravitatorias o las fuerzas de superficie, solo se pueden medir por medio de partículas que tienen masa. Sin embargo, dado que según las leyes de la mecánica cuántica, las partículas con masa también se pueden comportar como ondas, es factible construir interferómetros en los que se utilicen átomos individuales o incluso grupos de átomos en lugar de luz.

Recientemente, un equipo de la Universidad Tecnológica de Viena en Austria ha sido capaz de desarrollar un interferómetro para condensados de Bose-Einstein constituidos por un millar de átomos.

A temperaturas ultrabajas, cercanas al cero absoluto, los átomos pierden su individualidad y se “condensan” en un único objeto cuántico, el condensado de Bose-Einstein. En éste, todos los átomos forman una sola onda cuántica, exactamente como lo hacen los fotones en un láser.

Al suprimir de manera drástica el ruido cuántico, el cual en última instancia limita el rendimiento de los interferómetros, el equipo de Jörg Schmiedmayer, Tarik Berrada y Jean-François Schaff, del Centro para Ciencia y Tecnología Cuánticas en Viena, vinculado a la Universidad Tecnológica de Viena, ha conseguido una vía para obtener mediciones con una precisión mucho mayor.

En los interferómetros de átomos normales, estos se mueven libremente, y el tiempo de medición está limitado por dichos movimientos. En el nuevo interferómetro, el condensado Bose-Einstein se mantiene dentro de una “trampa” durante todo el proceso, lo que permitirá el citado aumento en la precisión de las mediciones.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado S. van Frank, R. Bücker y T. Schumm.

Fuente: NCYT Amazings

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