Observamos la Naturaleza y no siempre la podemos comprender. Existen varias coincidencias aparentemente inusuales entre 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 que Hoyle nos señaló son buenos ejemplos. Hay muchos otros. Cambios pequeñas en las intensidades de las diferentes fuerzas de la Naturaleza y en las masas de las diferentes partículas destruyen muchos de los equilibrios delicados que hacen posible la vida.

Los distintos valores de las constantes de la Naturaleza están “escogidos” de forma  bastante fortuita cuando se trata de permitir que la vida evolucione y persista. Echemos una mirada a otros ejemplos: La estructura de los átomos y las moléculas están controlada casi por completo por dos números de los que ya hemos 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. Supongamos que permitimos que estas dos constantes cambian su valor de forma independiente y supongamos también (para hacerlo más sencillo) que ninguna otra constante de la Naturaleza cambie. ¿Qué sucede al mundo si las leyes de la Naturaleza siguen siendo las mismas?

Si deducimos las consecuencias pronto encontramos que no existe mucho espacio para maniobrar. Incrementemos β demasiado y no puede haber estructuras moleculares es el pequeño valor de β el que asegura que los electrones ocupen posiciones bien definidas alrededor del núcleo atómico como en la imagen de arriba podeis contemplar y, desde luego, dichas posiciones no son porque sí, todas ellas están bien ubicadas para que todo transcurra como debe transcurrir sin que surjan anomálías que podrían impedir esa estabilidad que vemos en el átomo que forma moléculas. Si esto no fuera así, fallarían también procesos muy bien ajustados como, por ejemplo, la replicación del ADN.

El 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 estrellas suficientemente caliente como para inicier reacciones nucleares. Si β fuera mayor que aproximadamente 0,005 α² entonces no habría estrellas. Si las modernas teorías gauge (cualquiera de las teorías cuánticas de campo creadas para explicar las interacciones fundamentales) de gran unificación están en la vía correcta, entonces α debe estar en el estrecho intervalo entre aproximadamente 1/180 y 1/85; de lo contrario los protones se desintegrarían mucho antes de que las estrellas pudieran formarse.

                                                                 Pero… las estrellas se formaron

He recordado en este punto que tengo algún escrito por ahí con un gráfico que nos explica esto que tratamos. Su línea describe mundos en donde las estrellas  tienen regiones extremas convectivas que parecen ser necesarias para formar algunos sistemas de planetas. Las regiones α y β que están permitidas y prohibidas se muestran emn el gráfico que os decía y que pongo más abajo con las notas manuscritas originales.

Si en lugar de α versus β, jugamos a cambiar la intensidad de la fuerza nuclear fuerte α_F, junto con la de α, entonces a menos que α_F > 0,3 α^1/2, los elementos biológicamente vitales como el Carbono no existirían y no habría químicos orgánicos. No podrían mantenerse unidos. Sim aumentamos α_F en sólo un 4 por 100, aparece un desastre potencial porque ahora puede exiostir un nuevo núcleo, el  helio-2, hecho de dos protones y ningún neutrón, que permite reacciones nucleares directas y muy rápidas de protón + protón → helio-2.

Las estrellas agotarían rápidamente su combustible y se hundirían en estados degenerados o en agujeros negros. Por el contrario, si α_F decreciera en aproximadamente un 10 por 100, el núcleo de Deuterio dejaría de estar ligado y se bloquearían los caminos astrofísicos nucleares hacia los elementos bioquímicos. Una vez más encontramos una región bastante pequeña en el espacio de parámetros en los que puedan existir los ladrillos básicos de la complejidad química.

Cuantas más variaciones simultáneas de otras constantes se incluyan en estas consideraciones, más restringida es la región donde la vida, tal como la conocemos. Puede existir. Es muy probable que si pueden hacerse variaciones, no todas sean independientes. Más bien, hacer un pequeño cambio en una constante podría alterar también una o más de las otras. esto tendería a hacer que las restricciones sobre la mayoría de las variaciones sean aún más rígidamente limitadas.

Llegar hasta este punto, no ha sido nada fácil y, ha sido posible gracias a que unas constantes del universo han proporcionado las condiciones bioquómicas  necesarias para ello. Si las constantes fueran ligeramente diferentes, como decimos arriba, no estaríamos aquí.

Ahora sabemos que el universo tiene que tener miles de millones deaños para que haya transcurrido el tiempo necesario par que los ladrillos de la vida sean fabricados en las estrellas y la gravitación nos dice que la edad del universo está directamente ligada con otras propiedades como la densidad, temperatura, y el brillo del cielo.

Puesto que el universo debe expandirse durante miles de millones deaños, debe llegar a tener una extensión visible de miles de millones de añosluz. Puesto que su temperatura y densidad disminuyen a medida que se expande,necesariamente se hace frío y disperso. Comohemos visto, la densidaddel universo es hoy de poco más que 1 átomo por m3 de espacio. Traducidaen una medida de las distancias medias entre estrellas o galaxias, estadensidad tan baja muestra por qué no es sorprendente que otros sistemas estelaresestén tan alejados y sea difícil el con extraterrestres. Si existenen el universo otras formas de vía avanzada, entonces, como nosotros,habrán evolucionado sin ser perturbadas por otros seres de otros mundoshasta alcanzar una fase tecnológica avanzada.

Es el espacio el que se expande y atrastra a las galaxias que se alejan las unas de las otras

La expansión del universo es precisamente la que ha hecho posible que el alejamiento entre estrellas, con sus enormes fuentes de radiación, no incidieran en las células orgánicas que más tarde evolucionarían hasta llegar anosotros. Diez mil millones de años de alejamiento continuado y el enfriamientoque acompaña a dicha expansión permitieron que, con la temperaturaideal y una radiación baja, los seres vivos continuaran su andadura en esteplaneta minúsculo, situado en la periferia de la galaxia que comparado alconjunto de esta, es sólo una mota de polvo donde unos insignificantes sereslaboriosos, curiosos y osados, son conscientes de estar allí y están pretendiendodeterminar las leyes, no ya de su mundo o de su galaxia, sino que suosadía ilimitada les lleva a pretender conocer el destino de todo el universo.

Cuando a solas,  pienso en todo esto, la verdad es que no me siento nada insignificante y nada humilde ante la inmensidad de los cielos. Las estrellas pueden ser enormes y juntas, formar inmensas galaxias… pero no pueden pensar ni amar; no tienen curiosidad, ni en ellas está el poder de ahondar en el porqué de las cosas. Nosotros sí podemos… hacer todo eso. y mucho más.

El Universo se expande pero, nuestras consciencias también, somos una parte integrante del todo, y como todo lo demás, evolucionamos al ritmo que el Universo nos impone, de tal manera que cada vez comprendemos con menor dificultad los mecanismos que llevan a todas las cosas a cambiar, a convertirse en otras diferentes de lo que originalmente eran, y, con el paso inexorable del Tiempo, nuestras mentes quedarán unidas, de manera inexorable, a ese todo. Entonces, y sólo entonces, podríamos decir que: ¡Tenemos el mundo en las manos!

Está claro que, con alguna dificultad y no con la rapidés que pudiéramos desear, vamos desvelando secretos de la Naturaleza que nos llevan a comprender la inmensidad en la que estamos inmersos y de la que formamos parte. Sabemos de qué no sabemos, y, prexisamente ese conocimiento de nuestras carencias, harán posible que avancemos para vencerlas y hacer posible nuestros sueños de un mundo mejor y de un futuro en el que, la muerte del Sol, no sea un impedimento para nuestra especie que, para entonces, estará viajando entre las estrellas y habitará en otros mundos que, como la Tierra, nos ofrezca una Naturaleza de inmensa belleza que, ahora sí, sabremos respetar.

emilio silvera

 « El Universo se expande, la Mente también I

 Los organismos vivos somos sistemas extremadamente complejos, formados por un elevado de elementos interrelacionados que deben mantener sus características a lo largo del tiempo, de una generación a otra. Esto supone que debe existir algún mecanismo para que cada elemento de los organismos se elabore de acuerdo a un “plan”, a un modelo de organización establecido, y que ese modelo pueda ser transmitido de una célula a sus descendientes. Esta necesidad de los seres vivos nos acerca a la noción de información genética.

La información, cualquier tipo de información, es un conjunto organizado de que pueden ser utilizados en algún proceso. En el caso de los seres vivos, los datos se refieren, fundamentalmente, a cómo son las moléculas (en particular las proteínas y el ARN) que la célula necesita producir y a cuándo deben ser elaboradas. La información necesita siempre una memoria, es decir, un sistema físico en el que pueda registrarse, almacenarse y que permita su lectura. En los seres vivos, que somos máquinas químicas, el soporte de la información es un tipo de molécula, concretamente un ácido nucleico. La información que almacenan los organismos recibe el nombre de información genética.

Representación esquemática de la molécula de ADN, la molécula portadora de la información genética. Las moléculas se forman por la Asociación de dos o más átomos, que se mantienen juntas por medio de enlaces químicos. Podríamos decir que algunas moléculasd de vida serían:

– Agua.
– Hidratos de carbono.
– Lípidos.
– Proteínas.
– Acidos Nucleicos.

Principios inmediatos o biomoléculas: cada una de las sustancias que componen la materia viva.

– Simples: O2
– inorgánicos: agua…

– Compuestos:
– orgánicos: glúcidos, lípidos,
proteínas, ac. nucleicos

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. Refiriéndonos al silicio, señalaremos que las “moléculas” que dicho átomo forma con el oxígeno y otros átomos, generalmente metálicos poseyendo gran nivel de información, difieren en varios aspectos de las moléculas orgánicas, es decir, de las que poseen un esqueleto de átomos de carbono.

El mundo de los silicatos es de una gran diversidad, existiendo centenares de especies minerológicas. Esas diferencias se refieren fundamentalmente a que el enlace químico en el caso de las moléculas orgánicas es covalente, y cuando se forma la sustancia correspondiente (cuatrillones de moléculas) o es un líquido, como es el caso de los aceites, o bien un sólido que funde fácilmente. Entre las moléculas que lo forman se ejercen unas fuerzas, llamadas de Van der Waals, que pueden considerarse como residuales de las fuerzas electromagnéticas, algo más débiles que éstas. En cambio, en los silicatos sólidos (como en el caso del topacio) el enlace covalente o iónico no se limita a una molécula, sino que se extiende en el espacio ocupado por el sólido, resultando un entramado particularmente fuerte.

Al igual que para los cristales de hielo, en la mayoría de los silicatos la información que soportan es pequeña, aunque conviene matizar este punto.  Para un cristal ideal así sería en efecto, pero ocurre que en la realidad el cristal ideal es una abstracción, ya que en el cristal real existen aquí y allá los llamados defectos puntuales que trastocan la periodicidad espacial propia de las redes ideales. Precisamente esos defectos puntuales podían proporcionar una mayor información.

El cristal ideal no existe, en su natural, todos tienen inperfecciones y, sólo el elaborado, se podría decir que son cristales perfectos y, sin embargo, la mano del hombre lo que ha producido con tal intervención es perder una valiosa información inserta en ese cuerpo natural.

Si prescindimos de las orgánicas, el resto de las moléculas que resultan de la combinación entre los diferentes átomos no llega a 100.000, frente a los varios millones de las primeras. Resulta ranozable suponer que toda la enorme variedad de moléculas existentes, principalmente en los planetas rocosos, se haya formado por evolución de los átomos, como corresponde a un proceso evolutivo. La molécula poseería mayor orden que los átomos de donde procede, esto es, menor entropía. En su formación, el ambiente se habría desordenado al ganar entropía en una cierta cantidad tal, que arrojarse un balance total positivo.

No puedo dejar pasar la oportunidad, aunque sea de pasada, de mencionar las sustancias.

Las así llamadas, son cuerpos formados por moléculas idénticas, entre las cuales pueden o no existir enlaces químicos. Veremos varios ejemplos.  Las sustancias como el oxígeno, cloro, metano, amoníaco, etc, se presentan en estado gaseoso en ordinarias de presión y temperatura. Para su confinamiento se embotellan, aunque existen casos en que se encuentran mezcladas en el aire (os podéis dar una vueltecita por el polo químico de Huelva en España).

En cualquier caso, un gas como los citados consiste en un enjambre de las moléculas correspondientes. Entre ellas no se ejercen fuerzas, salvo cuando colisionan, lo que hacen con una frecuencia que depende de la concentración, es decir, del de ellas que están concentradas en la unidad de volumen; número que podemos calcular conociendo la presión y temperatura de la masa de gas confinada en un volumen conocido.

                                         Nubes moleculares en Orión

Decía que no existen fuerzas entre las moléculas de un gas. En realidad es más exacto que el valor de esas fuerzas es insignificante porque las fuerzas residuales de las electromagnéticas, a las que antes me referí, disminuyen más rápidamente con la distancia que las fuerzas de Coulomb; y esta distancia es ordinariamente de varios diámetros moleculares.

Podemos conseguir que la intensidad de esas fuerzas aumente tratando de disminuir la distancia media entre las moléculas. Esto se puede lograr haciendo descender la temperatura, aumentando la presión o ambas cosas.  Alcanzada una determinada temperatura, las moléculas comienzan a sentir las fuerzas de Van der Waals y aparece el estado líquido; si se sigue enfriando aparece el sólido. El orden crece el gas al líquido, siendo el sólido el más ordenado. Se trata de una red tridimensional en la que los nudos o vértices del entramado están ocupados por moléculas.

Todas las sustancias conocidas pueden presentarse en cualquiera de los tres estados de la materia (estados ordinarios y cotidianos en nuestras vidas del día a día).

El Plasma de las estrellas y otros cuerpos estelares forman el estado más común de la materia en nuestro Universo -al menos la que podemos observar-. El esado de la materia más común que conocemos es el plasma que es la forma que adopta en aquellos estados de altas energías como los que están presentes en las estrellas de las galaxias, los remanentes de supernovas, estrellas de neutrones y otros objetos celestes que adoptan ese estado material que emite una alta radiación.

Si las temperaturas reinantes, son de miles de millones de grados, el estado de la materia es el plasma, el material más común del universo, el de las estrellas (aparte de la materia oscura, que no sabemos ni lo que es, ni donde está, ni que “estado” es el suyo).

En condiciones ordinarias de presión, la temperatura por debajo de la cual existe el líquido y/o sólido depende del tipo de sustancia. Se denomina temperatura de ebullición o fusión la que corresponde a los sucesivos equilibrios (a presión dada) de fases: vapor ↔ líquido ↔ sólido. Estas temperaturas son muy variadas, por ejemplo, para los gases nobles son muy bajas; también para el oxígeno (O₂) e hidrógeno (H₂). En cambio, la mayoría de las sustancias son sólidos en condiciones ordinarias (grasas, ceras, etc).

Sustancias Compuestas y simples:

Las sustancias pueden ser simples y compuestas, según que la molécula correspondiente tenga átomos iguales o diferentes. El número de las primeras es enormemente inferior al de las segundas.

El concepto de molécula, como individuo físico y químico, pierde su significado en ciertas sustancias que no hemos considerado aún. Entre ellas figuran las llamadas sales, el paradigma de las cuales es la sal de cocina.

Es requerida por el organismo para mantener la volemia y procurar el adecuado equilibrio electrolítico. Además, conserva isotonicidad entre plasma e intersticio, así como también mantiene equilibrio con la célula. Implicada directa en el mantenimiento de la presión arterial media y en el equilibrio osmolar. Su disociación en sangre es parcial (sólo un 93 porciento).

Se trata de cloruro de  sodio, por lo que cualquier estudiante de E.G.B. escribiría sin titubear su fórmula: Cl Na. Sin embargo, le podríamos poner en un aprieto si le preguntásemos dónde se puede encontrar aisladamente individuos moleculares que respondan a esa composición. Le podemos orientar diciéndole que en el gas Cl H o en el vapor de agua existen moléculas como individualidades. En realidad y salvo casos especiales, por ejemplo, a temperaturas elevadas, no existen moléculas aisladas de sal, sino una especie de molécula gigante que se extiende por todo el cristal. Este edificio de cristal de sal consiste en una red o entramado, como un tablero de ajedrez de tres dimensiones, en cuyos nudos o vértices se encuentran, alternativamente, las constituyentes, que no son los átomos de Cl y Na sino los iones Cl^– y Na⁺.  El primero es un átomo de Cl que ha ganado un electrón, completándose todos los orbitales de valencia; el segundo, un átomo de Na que ha perdido el electrón del orbital s.

Por esta zona de Huelva, conocida como Marismas del Odiel, llevaba con frecuencia a mis hijos pequeños que, jugando por aquellos parajes, se lo pasaban estupendamente, y, de camino, tenía la oportunidad de despertarles la curiosidad de cómo se producía la Sal en el medio natural dejando que se evapore el agua del Mar por los efectos del calor radiado por el Sol que dejaba, finalmente, la Sal al descubierto para ser refinada y vendida comercialmente.

Cuando los átomos de Cl y Na interaccionan por aproximarse suficientemente sus nubes electrónicas, existe un reajuste de cargas, porque el núcleo de Cl atrae con más fuerza los electrones que el de Na, así uno pierde un electrón que gana el otro. El resultado es que la colectividad de átomos se transforma en colectividad de iones, positivos los de Na y negativos los de Cl. Las fuerzas electromagnéticas entre esos iones determinan su ordenación en un cristal, el Cl Na. Por consiguiente, en los nudos de la red existen, de manera alternativa, iones de Na e iones de Cl, resultando una red mucho más fuerte que en el caso de que las fuerzas actuantes fueran de Van der Waals. Por ello, las sales poseen puntos de fusión elevados en relación con los de las redes moleculares.

emilio silvera

 « ¿Podremos llegar a conocer nuestro Universo?

La Luna es nuestra compañera en el espacio, Viaja junto a nosotros alrededor del Sol y es el más próximo de todos los cuerpos astronómicos naturales. No es de extrañar que tendamos de manera instintiva a concederle importancia y a considerarla como algo nuestro. Desde tiempos inmomoriales, nuestros ancestros, le concedieron a la Luna unos poderes mágicos sobre cosechas, embarazos…y otras cuestiones como las mareas entre ellas.

Hsi y Ho, dos astrólogos de la antigua China, no tuvieron tanta suerte como Einstein (gracias a un eclipse de Sol, pudo ver confirmada su teoría de la relatividad General). Su ignorancia les costó la vida a ambos por no predecir el eclipse total de Sol que se produjo en el año 2137 a. C., lo que causó las iras del emperador Tshung-Kong, que ordenó ejecutarlos.

Está claro que la Luna, ese plateado espejo que refleja nuestro mundo por las noches, le ha brindado a la ciencia la oportunidad de descifrar numerosos enigmas cada vez que oculta al Sol durante un eclipse. Si se analiza en detalle la historia podría comprobarse que la Luna se ha convertido en una maravillosa herramienta para los Astrónomos, que han sacado tanto partido científico de ella como belleza han podido percibir sus afortunados observadores.

¿Quién no ha representado alguna vez esta bonita escena? Con un testigo tan especial, el momento se hace sublime. Siempre hemos tenido símbolos de la Naturaleza que nos han acompañado en nuestras diferentes actividades. Como por ejemplo, la estrella Polar para los antiguos marinos.

La Luna es el astro más observado. En la antigüedad y hasta mediados del siglo XX, los principales astrónomos y los principales Observatorios centraron en ella una gran parte de sus observaciones e investigaciones de primera línea. Bien es cierto que, al ser tan conocida, salvo algunos proyectos específicos, en la actualidad ha quedado un poco relegada y, la verdad es, que aún le quedan cosas por decir.

     Hace más de 40 años que el mundo, asombrado, contempló  esta imagen

Allá por al año 1969, el hombre puso sus pies sobre la superficie lunar y pareció culminar una etapa de las exploraciones y, así, practicamente todo el mundo (pasados aquellos primeros momentos de excitación colectiva) empezó a olvidarse de ella. ¿Alguien podría pensar que quedara algo por descubrir en ese polvoriento satélite de apariencia inerte?

La respuesta llegó en 1996 gracias a la sonda Clementine de la NASA, cuyas fotografías dieron un inusitado vuelco a nuestra concepción lunar. La nave aportó pruebas de que en el cráter Aitkin, que se halla en el polo sur de la Luna, existe hielo. Esto es, que en el lugar más árido que se conoce del Sistema Solar hay agua. Aquello lo cambió todo y comenzaron a salir carpetas archivadas y llenas de polvo para retomar algunos proyectos olvidados.

Es verdaderamente sorprendente que, en la Luna, pueda haber agua. Tal hallazgo supone una buena baza para los futuros proyectos de la Base Lunar. No es despreciable la idea de poder en la Luna un Gran Complejo Espacial, con Base de lanzamientos de Naves hacia otros mundos con el enorme ahorro en el coste que eso supondría, o, Laboratorios que podrían investigar en el vacío del espacio, o, Telescopios libres de contaminación que, al igual que el Hubble pudiera llegar a todos los rincones del Universo pero, con menor mantenimiento y, el que necesitara sería más cómodo y menos costoso.

Entre los muchos enigmas que aún rodean a nuestra compañera Luna. De hecho, la Astronomía tiene pendiente allí otro de sus grandes enigmas, como es la naturaleza de los fenómenos transitorios lunares, que se denominan habitualmente con la abreviatura TLP, correspondiente a la desripción inglesa transient lunar phenomenon. Consite en repentinos cambios de brillo en la superficie o en llamaradas, y se cree que están causados fundamentalmente por erupciones internas que se producen de forma esporádica, en especial en algunos cráteres. No todos están de acuerdo con este dictamen pero, la verdad es que se han producido suficientes testimonios de TPL como para dudar de ello, y, aunque exista la Incertidumbre de la verdadera causa…Ahí están.

Luces misteriosas aparecen en algunos cráteres de la Luna de manera inexplicable y, han sido observados con cierta frecuencia pero nunca se ha podido dar una explicación científica a los mismos. Lo cierto es que, en la Luna como en otros cuerpos celestes que nos circundan, se producen extrañas transiciones que nos son desconocidas y de cuyos orígenes quisiéramos saber.

En el verano de 1178, varios monjes observaron desde la Catedral de Canterbury un espectáculo increíble: La Luna, que estaba en fase creciente, comenzó a arder en su borde, que escupió varias llamaradas y chispar enormes. Con toda probabilidad vieron las nubes igneas de polvo y roca desprendidas por el impacto de un gigantesco meteorito en la cara oculta, desde la que asomó el resplandor producido por la colisión.

Se ha sugerido que el impacto de 1178 formó el cráter Giordano Bruno, pero de lo que no cabe duda es de que la aparentemente mortecina quietud lunar se rompe de forma ocasional por suscesos como éste. Y, aunque el caso más famoso se ha centrado en aquellos monjes de la Catedral de Canterbury, la verdad es que, también encontramos entre los testigos a famosos astrónomos como el mismísimo Herschel, descubridor de Urano, que en 1783 creyó ver un repentino destello rojizo en el hemisferio no iluminado de la Luna. Los resplandores rojizos constituyen el aspecto más llamativo de la mayoría de las observaciones de este tipo de fenómenos.

                              Los sentidos nos pueden confundir pero, ¡cuándo el río suena!

Muchos son los que se han recogido sobre este tipo de fenómenos en la Luna, y, su diversidad y abundancia, nos lleva a pensar que, fenómenos hay, lo que hace falta es que despejémos las incognitas y podamos dar con los diversos orígenes de los mismos. El fogonazo del Cráter Alphonsus observado por Kozyrev en 1958 es uno de esos extraños fenómenos.

El artífice del espectáculo de las Leónidas es el cometa Temple- Tuttle, descubierto en 1865. La corriente de corpúsculos que este objeto celeste va dejando en el espacio al describir su órbita es atravesada todos los años por la Tierra en torno al 16-17 de noviembre, pero cada treinta y tres años el cometa se adentra en la partem interior del Sistema Solar y alcanza su perihelio, lo que da lugar a extraordinarias tormentas de “estrellas fugaces”, como las que se observaron en 1966 y 1999.

Merced a los escasos 384 000 Kilómetros de distancia que separan la Tierra de la Luna, puede considerarse que ambas viajan juntas por el espacio y, por tanto, atraviesan al mismo tiempo las corrientes meteóricas que dejan el Tempel-Tuttle y otros cometas. Era evidente que el mes de noviembre de 1999 se presentaba como una magnifica ocasión para analizar la incidencia de las Leónidas en la Luna, de esta forma, se han conseguido detectar, por primera vez los destellos luminosos causados por los impactos y fragmentos del Cometa sobre la superficie lunar. El Estudio fue realizado por:  El Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y el Centro Hispano-Alemán de Calar Alto (Almería), en colaboración con la Universidad de Monterrey (México).

Muchos son los instrumentos con los que podemos contar para realizar toda clase de observaciones del cielo profundo, y, la Luna, al estar más cerca y casi a nuestro lado (384 000 Km de distancia en el espacio…es bien poca cosa), nos abre la posibilidad de conocerla mejor.

El papel desempeñado por las colisiones meteóricas en la evolución de la Tierra y la Luna no ha dejado de sorprender a los científicos desde hace tres décadas, pero la teória más fascinante es la que ha obtenido una mayoritaria aceptación relativamente reciente tras décadas de discusión: El origen de la Luna es la consecuencia de una de las mayores catátrofes cósmicas ocurridas en el Sistema Solar, al chocar contra la Tierra un planetoide de varios miles de kilómetros de diámetro. Esa colisión, se cree que se produjo hace unos 4.500 millones de años, poco después de la formación de nuestro planeta, y el planetoide intruso, mezclado con la enorme masa de materiales que arranco del manto terrestre a causa del impacto, acabó transformándose en la Luna con el paso del Tiempo. La coincidencia de la composición lunar con los materiales pesentes en las capas exteriores de la Tierra concuerda con esa teoría, que es la mejor asentada en la actualidad acerca del nacimiento de la Luna.

Con certeza no podemos saber si en realidad ocurrió así. Sin embargo, es lo cierto que de haber sucedido de esa manera, aquél drámatico Caos en la joven Tierra, nos proporcionó una bonita compañera de viaje que nos acompañó y fue testigo callado de todas esas Civilizaciones perdidas de la Antigüedad.

Es bien conocida la interacción gravitatoria que la Luna intercambia con la Tierra y los fenómenos mareales que esa fuerza produce, y, de la misma manera, se cree que otros fenómenos también son producto de la proximidad del satélite de la Tierra que, los Humanos, desde tiempo inmemoriales, ha utilizado para muchas de sus de su actividades de todo tipo, atribuyéndo a sus rayos de plata unos  poderes que no siempre serían beneficiosos.

El diámetro de la Luna es de 3 476 Km y su masa de 7,348 x 10²² Kg, su volumen es un 0,12% del de la Tierra, y, su velocidad de escape es de 0,02 Km/s, mientras que conseguir que una nave escape de la fuerza de Gravedad terrestre, nos hace tener que vencerla mediante una velocidad de 11 Km/s, con lo cual, las ventajas de una Base lunar serían enormes.

Mucho más podríamos estar hablando sobre la Luna y sus enigmas. Muchos de los datos que aquí han sido reseñados se tomaron del libro de Vicente Aupi: Los Enigmas del Cosmos. Otros, han sido rescatados de la Biblioteca, sección del espacio, y, algunos…de mi archivo mental.

Un saludo amigos.

emilio silvera

 « Ahora sabemos viajar desde el núcleo atómico hasta las galaxias

“La teoría de cuerdas es física del siglo XXI,  que cayó accidentalmente en el siglo XX.”

Edward  Witten

Lo cierto es que aún en la segunda década del siglo XXI, andamos a tientas con ésta sugestiva teoría que es tan prometedora parro que no podemos verificar al no contar con los adecuados medios para ellos. Nos ha costado mucho poder llegar al núcleo de los átomos para vislumbrar los Quarks que en tripletes, conforman protones y neutrones, y, hablamos de lo que podría existir más allá de los Quarks pero, ahí nos quedamos, como los Quarks están confinados en un océano de gluones, nosotros, amigos míos, también lo estamos en un océano de ignorancia del que sólo podremos escapar cuando podamos utilizar energías mucho más grandes que nos puedan llevar a regiones tan profundas en las que, posiblemente, habitan esas briznas vibrantes que serían las semillas de la materia.

 

 

explicó la Teoría M, algunos salieron de la conferencia asombrados

 

Edward Witten, del Instituto Estudios Avanzados de Princeton,  New Jersey, domina el mundo de la física teórica.  Podríamos decir que Witten, es el que tira del pelotón, el más brillante físico de altas energías que marca las tendencias actuales en la comunidad científica de la física teórica y el que ha sido capaz de plantear la versión más moderna de la teoría de supercuerdas, conocida teoría M.

Algunos se han atrevido a compararlo con Einstein. Ha ganado la medalla Field de 1.990, una especie de Premio Nobel de las matemáticas. Dice su mujer ( físico de profesión), que Witten permanece sentado con la mirada perdida en el horizonte a través de una ventana, manipulando y reordenando grandes conjuntos de complejas ecuaciones en su mente. Su esposa señala: “Nunca hace cálculos excepto en su mente. Yo llenaría páginas con cálculos antes de llegar a comprender lo que está haciendo, Edward sólo se sienta para calcular un signo menos o un factor dos”.

   Witten dice:

“La mayoría de las personas que no han estudiado física probablemente piensan que lo que hacen los físicos es cuestión de cálculos increíblemente complicados, pero eso no es realmente lo esencial. Lo esencial es que la física trata de conceptos, busca comprender los conceptos, los principios mediante los cuales opera el mundo, el universo”.

 

Así que Witten se ha enfrascado en la nada fácil tarea de unir la mecánica cuántica con la gravedad mediante la teoría de supercuerdas que, según él, nos puede incluso el instante mismo de la creación. El aspecto clave de esta teoría, el factor que le da su potencia tanto como su unicidad, es su geometría inusual. Las cuerdas (que según parece) pueden vibrar autoconsistentemente sólo en 10, 11 y 26 dimensiones.

La esencia de la teoría de cuerdas consiste en que puede explicar la naturaleza de la materia y del espacio-tiempo; es decir, la naturaleza del universo entero. Esta teoría responde a una serie de cuestiones enigmáticas acerca de las partículas, tales como por qué existen tantas en la naturaleza.   Cuanto más profundamente sondeamos en la naturaleza de las partículas subatómicas, más partículas aparecen. Existen varios centenares de ellas y sus propiedades llenan volúmenes y volúmenes. Incluso con el Modelo Estándar tenemos un desconcertante de “partículas elementales”. La teoría de cuerdas responde a esta pregunta porque la cuerda, alrededor de 100 trillones de veces más pequeña que un protón, esta vibrando; cada modo de vibración representa una resonancia o partícula distinta. La cuerda es tan increíblemente pequeña que, a cierta distancia, una resonancia de una cuerda y una partícula son indistinguibles. Sólo cuando ampliamos de alguna la partícula podemos ver que no es en absoluto un punto, sino un modo de una cuerda vibrante.

Según la teoría de cuerdas, la materia no es nada más que las armonías creadas por cuerdas vibrantes. Del mismo modo que se puede componer un infinito de armonías para el violín, puede construirse un número infinito de formas de materia a partir de cuerdas vibrantes. Esto explica la riqueza de las partículas en la naturaleza. Análogamente, las leyes de la física pueden ser comparadas a las leyes de la armonía permitida en la cuerda. El propio universo, compuesto de innumerables cuerdas vibrantes, sería entonces comparable a una sinfonía.

La teoría de cuerdas explica la naturaleza de las partículas y del espacio-tiempo. Cuando una cuerda se mueve en el espacio-tiempo, ejecuta un conjunto de complicados movimientos. La cuerda , a su vez, romperse en cuerdas más pequeñas o colisionar con otras cuerdas para formar cuerdas más largas. El punto clave es que todas estas correcciones cuánticas o diagramas cerrados son finitos y calculables. Esta es la primera teoría cuántica de la gravedad en la historia de la física que tiene correcciones cuánticas finitas (recordemos que todas las teorías previas conocidas – incluyendo la teoría original de Einstein, la de Kaluza-Klein y la teoría de supergravedad – fallaban en criterio clave).

                                            Lazos

En la teoría de cuerdas, la fuerza gravitatoria se representa mediante el intercambio de cuerdas cerradas, que barren tubos en el espacio-tiempo. Incluso si usamos una serie infinita de diagramas con un gran de agujeros, nunca aparecen infinitos en la teoría, dándonos una teoría de gravedad cuántica.

Cuando se calcularon por primera vez las ligaduras que impone la cuerda sobre el espacio-tiempo, los físicos quedaron sorprendidos al que las ecuaciones de Einstein emergían de la cuerda. Esto era notable; sin suponer ninguna de las ecuaciones de Einstein, los físicos asombrados descubrían que ellas emergían de la teoría de cuerdas como por encanto.   Las ecuaciones de Einstein ya no resultaban ser fundamentales; podían derivarse de la teoría de cuerdas de la que formaban . Einstein pensaba que la geometría por sí sola explicaría un día todas las propiedades de la materia; él la materia era sólo un nudo o vibración del espacio-tiempo, ni más ni menos. Los físicos cuánticos, por el contrario, pensaban de manera distinta a la de Einstein, es decir, que el tensor métrico de Riemann-Einstein podía convertirse en un gravitón, el paquete discreto de energía que transporta la fuerza gravitatoria y, en este preciso punto, aparece la cuerda, que según todos los indicios ser el “eslabón perdido” entre la mecánica cuántica y la relatividad general, el que permita la unificación ambas teorías de manera natural y complete el circulo de una teoría de “todo” que explique el universo, la materia y el espacio-tiempo con todas sus constantes universales y las fuerzas de la naturaleza que lo rigen todo.

                     ¿Qué sabemos nosotros de lo que hay más allá de los Quarks?

La teoría de cuerdas, por consiguiente, es suficientemente rica para explicar todas las leyes fundamentales de la naturaleza. Partiendo de una simple teoría de una cuerda vibrante, uno extraer la teoría de Einstein, la teoría de Kaluza-Klein, la supergravedad, el Modelo Estándar e incluso una teoría GUT (Gran Teoría Unificada). Parece un milagro que partiendo de unos argumentos puramente geométricos acerca de una cuerda, se pueda desarrollar totalmente por derivación la física de los últimos dos mil años.   Todas las teorías discutidas hasta están incluidas automáticamente en la teoría de cuerdas.

                                              John H. Schawarz

En 1.984, John Schwarz del Instituto Tecnológico de California y su colaborador Michael Green del Queen Mary’s Collage de Londres, demostraron que la teoría de cuerdas podía ser autoconsistente, lo que desencadenó una carrera de los físicos más jóvenes resolver esta teoría.

El concepto de órbitas, por ejemplo, se da repetidamente en la naturaleza en diferentes variaciones; la obra de Copérnico, las órbitas han proporcionado un tema esencial que se repite constantemente a lo largo de la naturaleza en diferentes variaciones, desde las galaxias más grandes hasta los átomos y los más diminutas partículas subatómicas, tanto las unas como las otras describen órbitas en su deambular por el espacio. De manera análoga, los campos de Faraday se han mostrado como uno de los temas favoritos de la naturaleza. Los campos pueden describir el magnetismo de la naturaleza de las galaxias y la gravitación, o pueden describir la teoría electromagnética de Maxwell, la teoría métrica de Riemann-Einstein, los campos de Yang-Mills encontrados en el Modelo Estándar, y así todas las formas conocidas de materia y energía han sido expresadas en términos de teoría de campos. Las estructuras, entonces, los temas y variaciones en una sinfonía, son repetidas constantemente.

   Buscamos un Universo de 11 dimensiones y sólo vemos 3

¿Pero las cuerdas? Las cuerdas no parecen ser una estructura preferida por la naturaleza en el diseño de los cielos. No vemos cuerdas en el espacio exterior. De hecho no las vemos por ninguna y, sin embargo, todos los indicios teóricos y las complejas matemáticas topológicas nos dicen que… ¡Están ahí!

Un momento de reflexión, sin embargo, revelará que la naturaleza ha reservado un papel especial a las cuerdas, como un ladrillo básico para otras formas. Por ejemplo, la característica esencial de la vida en el planeta Tierra es la molécula de ADN similar a una cuerda, que contiene la información compleja y el código de la propia vida. Para construir la materia de la vida, tanto como la materia subatómica, las cuerdas parecen ser la respuesta perfecta. En ambos casos, queremos encerrar una gran cantidad de información en una estructura reproducible y relativamente simple. La característica distintiva de una cuerda es que es una de la forma más compacta de almacenar grandes cantidades de de un modo en que la información pueda ser replicada.

Para los seres vivos la naturaleza utiliza la doble cadena de la molécula de ADN, que se separa y forma copias duplicadas de cada una de ellas.   Nuestros cuerpos también contienen millones de millones de cadenas de proteínas, formadas de ladrillos de aminoácidos. Nuestro cuerpo, en cierto sentido, puede ser considerado como una enorme colección de cuerdas: moléculas de proteínas que revisten nuestros huesos. Sin embargo, nadie puede dar una explicación de nuestro entendimiento, de la inteligencia que se crea y que llevamos con nosotros desde el mismo momento del nacimiento, está ahí presente, a la espera de que se la despierte, es la inteligencia dormida y evolucionada por el conocimiento de las cosas. La conciencia de SER a la que llamamos alma, y que de alguna manera es inmortal, ya que lo que sabemos lo cedemos y lo dejamos aquí para los que nos siguen en la tarea emprendida por la humanidad desde que, en el preciso momento en que surgió aquella primera célula original que fue capaz de dividirse para replicarse a sí misma, se dio el primer paso para el nacimiento de la vida en nuestro planeta. Pero esa es otra cuestión que será tratada en otro próximo , ahora volvamos al tema de la teoría de cuerdas de la física.

En la década de los noventa se creó una versión de mucho éxito de la teoría de cuerdas. Sus autores, los físicos de Princeton David Gross, Emil Martinec, Jeffrey Harvey y Ryan Rohn, a quienes se dio en llamar el cuarteto de cuerdas de Princeton.

                              David Gross

El de más edad de los cuatro, David Gross, hombre de temperamento imperativo, es temible en los seminarios al final de la charla, en el tiempo de preguntas, con su inconfundible vozarrón dispara certeros e inquisidoras preguntas al ponente. Lo que resulta sorprendente es el hecho de que sus preguntas dan normalmente en el clavo.

Gross y sus colegas propusieron lo que se denomina la cuerda heterótica. Hoy día, de todas las variedades de teorías Kaluza-Klein que se propusieron en el pasado, es precisamente la cuerda heterótica la que tiene mayor potencial unificar todas las leyes de la naturaleza en una teoría.  Gross cree que la teoría de cuerdas resuelve el problema de construir la propia materia a partir de la geometría de la que emergen las partículas de materia y también la gravedad en presencia de las otras fuerzas de la naturaleza.

Es curioso constatar que si abandonamos la teoría de la gravedad de Einstein como una vibración de la cuerda, entonces la teoría se vuelve inconsistente e inútil. Esta, de hecho, es la razón por la que Witten se sintió atraído inicialmente hacia la teoría de cuerdas. En 1.982 leyó un artículo de revisión de John Schwarz y quedó sorprendido al darse de que la gravedad emerge de la teoría de supercuerdas a partir solamente de los requisitos de auto consistencia. Recuerda que fue “la mayor excitación intelectual de mi vida”.

Las ideas de Einstein subyacen en la teoría de cuerdas y, sus ecuaciones de la Relatividad general, sin que nadie las llame, aparecen cuando los físicos elaboran y profundizan en las cuerdas cibrantes de esa nueva teoría que tantas esperanzas han puesto en la mente de muchos para a través de ellas, los más profundos secretos de la Naturaleza.

Gross se siente satisfecho pensando que Einstein, si viviera, disfrutaría con la teoría de supercuerdas que sólo es válida si incluye su propia teoría de la relatividad general, y amaría el hecho de que la belleza y la simplicidad de esa teoría proceden en última instancia de un principio geométrico, cuya naturaleza exacta es aún desconocida.

Witten llega incluso a decir que:

“todas las ideas realmente grandes en la física, son retornos de la teoría de supercuerdas”.

 

Con esto, él quiere decir que todos los grandes avances en física teórica están incluidos en la teoría de supercuerdas. Incluso afirma el hecho de que la teoría de supercuerdas fue “un accidente del desarrollo intelectual en el planeta Tierra, ocurrido de su tiempo”. Y continúa diciendo:

“En alguna en el espacio exterior, otras civilizaciones en el universo pudieron haber descubierto primero la teoría de supercuerdas y derivado de ella la teoría de la relatividad general que lleva dentro”.

 

La cuerda heterótica de Gross y sus colegas, consiste en una cuerda cerrada que tiene dos tipos de vibraciones, en el sentido de las agujas del reloj y en sentido contrario, que son tratadas de diferente. Las vibraciones en el sentido de las agujas del reloj viven en un espacio de diez dimensiones. Las vibraciones de sentido contrario viven en un espacio de veintiséis dimensiones, de las que dieciséis han sido compactificadas. Lo mismo ocurría en la teoría de la quinta dimensión de Kaluza-Klein, donde la quinta dimensión estaba compactificada curvándose en un círculo en el límite de Planck.

La cuerda heterótica debe su al hecho de que las vibraciones en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario viven en dos dimensiones diferentes pero se combinan para producir una sola teoría de supercuerdas. es la razón de que se denomine según la palabra griega heterosis, que significa “vigor hibrido”.

El espacio compactificado de dieciséis dimensiones es el más interesante. fue analizado por el “cuarteto de cuerda” de Princeton (Gross y su equipo), descubrieron que contiene una simetría de enormes dimensiones, denominada E (8) × E (8), que es mucho mayor que cualquier simetría GUT que se hubiese intentado jamás. Esta simetría es mucho mayor que el grupo de simetría que aparece en el Modelo Estándar, dado por SU(3) × SU(2) × U(1) que es un subconjunto de la anterior donde está acomodado también (dada su amplitud) el Modelo Estándar.

Nuestras Mentes están conformadas de tridimensional, nuestro mundo es de tres dimensiones espaciales. La cuarta dimensión de nuestro mundo, el Tiempo, incide en la posible alteración evolutiva que podríamos experimentar para poder vislumbrar más altas dimensiones pero…, ¿podrán alterarse las percepciones?

ver cómo dimensiones más altas simplifican las leyes de la Naturaleza, recordemos que un objeto tiene longitud, anchura y altura.  Puesto que tenemos libertad para girar un objeto 90º, podemos transformar su longitud en anchura y su anchura en altura.   Mediante una simple rotación, podemos intercambiar cualquiera de las tres dimensiones espaciales.

bien, si el tiempo es la cuarta dimensión, entonces es posible hacer “rotaciones” que convierten el espacio en tiempo y el tiempo en espacio.  Estas rotaciones tetradimensionales son precisamente las distorsiones del espacio y del tiempo exigidas por la relatividad especial. En otras palabras, espacio y tiempo se mezclan de una forma esencial, gobernada por la relatividad.  El significado del tiempo como la cuarta dimensión es que pueden hacerse relaciones entre el tiempo y el espacio de una forma matemáticamente precisa.  A partir de entonces, deben ser tratados como dos aspectos de la misma magnitud: el espacio-tiempo. Así han quedado unificadas las leyes de la Naturaleza al pasar de tres a cuatro dimensiones. Como nuestra imaginación no cesa de generar ideas y nuestra curiosidad insiste en querer saber más, de todo esto pasamos a las cuerdas añadiendo más dimensiones al planteamiento.

Las leyes de la física se simplifican en dimensiones más altas.

En caso, en el espacio 26–dimensional de las vibraciones de sentido contrario a las agujas del reloj de la cuerda heterótica que tiene espacio suficiente para explicar todas las simetrías encontradas en la teoría de Einstein y en la teoría cuántica. Así, por primera vez, la geometría pura ha dado una simple explicación de por qué el mundo subatómico debería exhibir necesariamente ciertas simetrías que emergen del enrollamiento del espacio de más dimensiones: Las simetrías del dominio subatómico no son sino remanentes de la simetría del espacio de más dimensiones.

Esto significa que la belleza y simetrías encontradas en la naturaleza pueden ser rastreadas en última instancia hasta el espacio multidimensional.  Por ejemplo, los copos de nieve crean bellas figuras hexagonales, ninguna de las cuales es exactamente igual a otra, han heredado sus estructuras de las formas en que sus moléculas han sido dispuestas geométricamente, determinada básicamente por las cortezas electrónicas de estas moléculas, que a su vez nos llevan de a las simetrías rotacionales de la teoría cuántica, dadas por O (3).

Podemos concluir diciendo que las simetrías que vemos a nuestro alrededor, desde un arco iris a las flores y a los cristales, pueden considerarse en última instancia manifestaciones de fragmentos de la teoría decadimensional original. Riemann y Einstein habían confiado en llegar a una comprensión geométrica de por qué las fuerzas pueden determinar el movimiento y la naturaleza de la materia.

Superficie de Riemann que aparece al extender el dominio de la función

Dado el enorme poder de sus simetrías, no es sorprendente que la teoría de supercuerdas sea radicalmente diferente de cualquier otro de física.  De hecho, fue descubierta casi por casualidad. Muchos físicos han comentado que si este accidente fortuito no hubiese ocurrido, entonces la teoría no se hubiese descubierto hasta bien entrado el siglo XXI. Esto es así porque supone una neta desviación de todas las ideas ensayadas en este siglo. No es una extensión natural de tendencias y teorías populares en este siglo que ha pasado; permanece aparte.

Por el contrario, la teoría de la relatividad general de Einstein tuvo una evolución normal y lógica. En primer lugar, su autor, postula el principio de equivalencia. Luego reformuló principio físico en las matemáticas de una teoría de campos de la gravitación basada en los campos de Faraday y en el tensor métrico de Riemann. Más tarde llegaron las “soluciones clásicas”, tales como el agujero negro y el Big Bang. Finalmente, la última etapa es el intento actual de formular una teoría cuántica de la gravedad. Por lo tanto, la relatividad general siguió una progresión lógica, un principio físico a una teoría cuántica.

 Y la historia continúa: Geometría → teoría de campos → teoría clásica → teoría cuántica. Y, a todo esto, ¿habrá en ese océano profundo donde habitan las cuerdas, unas de materia y otras de antimateria. ¿Quién puedo saberlo? El día que podamos llegar a ese profundo lugar, lo que allí pudiéramos encontrar, nos es totalmente desconocido y, de él sólo sabemos lo que nos dicen las matemáticas pero, la realidad es, que nunca nadie estuvo allí.

Contrariamente, la teoría de supercuerdas ha evolucionando hacia atrás desde su descubrimiento accidental en 1.968. Esta es la razón de que nos parezca extraña y poco familiar, estamos aún buscando un principio físico subyacente, la contrapartida del principio de equivalencia de Einstein.

La teoría nació casi por casualidad en 1.968 cuando dos jóvenes físicos teóricos, Gabriel Veneziano y Mahiko Suzuki, estaban hojeando independientemente libros de matemáticas. Figúrense ustedes que estaban buscando funciones matemáticas que describieran las interacciones de partículas fuertemente interactivas. Mientras estudiaban en el CERN, el Centro Europeo de Física Teórica en Ginebra, Suiza, tropezaron independientemente con la función beta de Euler, una función matemática desarrollada en el S. XIX por el matemático Leonhard Euler. Se quedaron sorprendidos al que la función beta de Euler ajustaba casi todas las propiedades requeridas para describir interacciones fuertes de partículas elementales.

            Gabriele Veneziano es un físico italiano          Mahiko Suzuki

Tras el descubrimiento, Suzuki, muy excitado, mostró el hallazgo a un físico veterano del CERN. Tras oír a Suzuki, el físico veterano no se impresionó. De hecho le dijo a Suzuki que otro físico joven (Veneziano) había descubierto la misma función unas semanas antes. Disuadió a Suzuki de publicar su resultado. Hoy, esta función beta se conoce con el de modelo Veneziano, que ha inspirado miles de artículos de investigación iniciando una importante escuela de física y actualmente pretende unificar todas las leyes de la física.

En 1.970, el Modelo de Veneziano-Suzuki (que contenía un misterio), fue parcialmente explicado Yoichiro Nambu, de la Universidad de Chicago, y Tetsuo Goto, de la Nihon University, descubrieron que una cuerda vibrante yace detrás de sus maravillosas propiedades. Así que, como la teoría de cuerdas fue descubierta hacia atrás y por casualidad, los físicos aún no conocen el principio físico que subyace en la teoría de cuerdas vibrantes y sus maravillosas propiedades.

El último paso en la evolución de la teoría de cuerdas (y el primer paso en la evolución de la relatividad general) aún está pendiente de que alguien sea capaz de darlo.

Así, Witten dice:

“Los seres humanos en el planeta Tierra nunca dispusieron del marco conceptual que les llevara a concebir la teoría de supercuerdas de manera intencionada, surgió por razones del azar, por un feliz accidente. Por sus propios méritos, los físicos del siglo XX no deberían haber tenido el privilegio de estudiar esta teoría muy avanzada a su tiempo y a su conocimiento. No tenían (ni tenemos ahora mismo) los conocimientos y los prerrequisitos necesarios desarrollar dicha teoría, no tenemos los conceptos correctos y necesarios.”

 

                   Andamos a la búsqueda de todo pero, saber… ¡sabemos tan poco!

Actualmente, como ha quedado dicho en este mismo , Edwar Witten es el físico teórico que, al frente de un equipo de físicos de Princeton, lleva la bandera de la teoría de supercuerdas con aportaciones muy importantes en el desarrollo de la misma.

De todas las maneras, aunque los resultados y avances son prometedores, el camino por andar es largo y la teoría de supercuerdas en su conjunto es un edificio con muchas puertas cerradas de las que no tenemos las llaves acceder a su interior y mirar lo que allí nos aguarda.

El problema está en que nadie es lo suficientemente inteligente para resolver la teoría de campos de cuerdas o cualquier otro enfoque no perturbativo de teoría. Se requieren técnicas que están actualmente más allá de nuestras capacidades.

Para encontrar la solución deben ser empleadas técnicas no perturbativas, que son terriblemente difíciles. Puesto que el 99 por ciento de lo que conocemos sobre física de altas energías se basa en la teoría de perturbaciones, esto significa que estamos totalmente perdidos a la hora de encontrar la verdadera solución de la teoría.

¿Por qué diez dimensiones? Uno de los secretos más profundos de la teoría de cuerdas, que aún no es bien comprendido, es por qué está definida sólo en diez y veintiséis dimensiones. Si calculamos cómo se rompen y se vuelven a juntar las cuerdas en el espacio N-dimensional, constantemente descubrimos que pululan términos absurdos que destruyen las maravillosas propiedades de la teoría. Afortunadamente, estos términos indeseados aparecen multiplicados por (N-10). Por consiguiente, para hacer que desaparezcan estas anomalías, no tenemos otra elección cuántica que fijar N = 10. La teoría de cuerdas, de hecho, es la única teoría cuántica conocida que exige completamente que la dimensión del espacio-tiempo esté fijada en un único, el diez.

Por desgracia, los teóricos de cuerdas están, por el momento, completamente perdidos explicar por que se discriminan las diez dimensiones.  La respuesta está en las profundidades de las matemáticas, en un área denominada funciones modulares.

Al manipular los diagramas de lazos de Kikkawa, Sakita y Virasoro creados por cuerdas en interacción, allí están esas extrañas funciones modulares en las que el 10 aparecen en los lugares más extraños.

Estas funciones modulares son tan misteriosas como el hombre que las investigó, el místico del este, Ramanujan. Quizá si entendiéramos mejor el de este genio indio, comprenderíamos por qué vivimos en nuestro universo actual.

El misterio de las funciones modulares podría ser explicado por quien ya no existe, Srinivasa Ramanujan, el hombre más extraño del mundo de los matemáticos. Igual que Riemann, murió antes de cumplir cuarenta años, y Riemann antes que él, trabajó en total aislamiento en su universo particular de números y fue capaz de reinventar por sí mismo lo más valioso de cien años de matemáticas occidentales que, al estar aislado del mundo en las corrientes principales de los matemáticos, le eran totalmente desconocidos, así que los buscó sin conocerlos. Perdió muchos años de su vida en redescubrir matemáticas conocidas.

Dispersas oscuras ecuaciones en sus cuadernos están estas funciones modulares, que figuran entre las más extrañas jamás encontradas en matemáticas. Ellas reaparecen en las ramas más distantes e inconexas de las matemáticas. Una función que aparece una y otra vez en la teoría de las funciones modulares se denomina (como ya he dicho otras veces) hoy día “función de Ramanujan” en su honor. Esta extraña función contiene un término elevado a la potencia veinticuatro.

                               Sí, estamos en el Universo … ¿Lo comprendemos?

El 24 aparece repetidamente en la obra de Ramanujan. Este es un ejemplo de lo que las matemáticas llaman números mágicos, que aparecen continuamente donde menos se esperan por razones que nadie entiende.   Milagrosamente, la función de Ramanujan aparece también en la teoría de cuerdas. El número 24 que aparece en la función de Ramanujan es también el origen de las cancelaciones milagrosas que se dan en la teoría de cuerdas.  En la teoría de cuerdas, cada uno de los veinticuatro modos de la función de Ramanujan corresponde a una vibración física de la cuerda. Cuando quiera que la cuerda ejecuta sus movimientos complejos en el espacio-tiempo dividiéndose y recombinándose, deben satisfacerse un gran número de identidades matemáticas altamente perfeccionadas. Estas son precisamente las entidades matemáticas descubiertas por Ramanujan. Puesto que los físicos añaden dos dimensiones más cuando cuentan el número total de vibraciones que aparecen en una teoría relativista, ello significa que el espacio-tiempo debe tener 24 + 2 = 26 dimensiones espacio-temporales.

Para comprender este misterioso factor de dos (que añaden los físicos), consideramos un rayo de luz que tiene dos modos físicos de vibración. La luz polarizada vibrar, por ejemplo, o bien horizontal o bien verticalmente. Sin embargo, un campo de Maxwell relativista A_µ cuatro componentes, donde µ = 1, 2, 3, 4. Se nos permite sustraer dos de estas cuatro componentes utilizando la simetría gauge de las ecuaciones de Maxwell.  Puesto que 4 – 2 = 2, los cuatro campos de Maxwell originales se han reducido a dos. Análogamente, una cuerda relativista vibra en 26 dimensiones.  Sin embargo, dos de estos modos vibracionales pueden ser eliminados rompemos la simetría de la cuerda, quedándonos con 24 modos vibracionales que son las que aparecen en la función de Ramanujan.

Cuando se generaliza la función de Ramanujan, el 24 queda reemplazado por el 8. Por lo tanto, el número crítico para la supercuerda es 8+2=10. Este es el origen de la décima dimensión que exige la teoría. La cuerda vibra en diez dimensiones porque requiere estas funciones de Ramanujan generalizadas para permanecer auto consistente. Dicho de otra manera, los físicos no tienen la menor idea de por qué 10 y 26 dimensiones se seleccionan como dimensión de la cuerda. Es como si hubiera algún tipo de numerología profunda que se manifestara en estas funciones que nadie comprende. Son precisamente estos números mágicos que aparecen en las funciones modulares elípticas los que determinan que la dimensión del espacio-tiempo sea diez.

En el análisis final, el origen de la teoría decadimensional es tan misterioso como el propio Ramanujan. Si alguien preguntara a cualquier físico del mundo por qué la naturaleza debería existir en diez dimensiones, estaría obligado a responder “no lo sé”. Se sabe en términos difusos, por qué debe seleccionarse alguna dimensión del espacio tiempo (de lo contrario la cuerda no puede vibrar de una cuánticamente autoconsistente), pero no sabemos por qué se seleccionan estos números concretos.

, una vez unificadas todas las versiones existentes de esta Teoría, en la llamada Teoría M, el espacio que exige es de 11 dimensiones que, según parece, será el defintivo para que la teoría sea autoconsistente y en ella pueda caber todo lo que tiene que tener.

¡Habrá que esperar!

emilio silvera