Un viaje: desde los átomos hasta las estrellas

En cierta ocasión, Leonardo Da Vinci contaba:

“Arrastrado por mi apasionado deseo, anhelante de ver la gran confusión de las variadas y extrañas formas creadas por la ingeniosa Naturaleza, vagué durante un tiempo entre los oscuros acantilados y llegué a la entrada de una gran caverna. Permanecí delante de ella por un tiempo, estupefacto, e ignorante de la existencia de algo semejante, con la espalda curvada y la mano izquierda apoyada en las rodillas, y protegiéndome los ojos con la derecha, con los párpados bajos y semicerrados, inclinándome a menudo de un lado y otro para ver si podía distinguer algo del interior; pero no pude por la gran oscuridad que allí había. Y después de permanecer así un rato, de pronto surgieron en mí dos sentimientos, temor y deseo; temor de la amenazante caverna oscura, y deseo de ver si había dentro algo milagroso.”

La historia es un fiel reflejo metafórico de lo que sentimos cuando, ante nosotros, se nos presenta algo que no llegamos a comprender y que nos da miedo abordar pero, prevalece el deseo y la curiosidad que sentimos por desvelar aquel misterio y llegar a conocer que, se esconce dentro de él. Ese impulso, es el que ha llevado a muchos físicos a realizar descubrimientos que han hecho posible el avance del conocimiento del “mundo”.

 

                            Un temible agujero negro gigante

Aquí vemos la entrada a otra “Gruta de Leonardo” en la que no sabemos que fuerzas y energías podrían estar presentes y que fuerzas de marea nos arrastrarían hacia quíen sabe que lugares ignotos situados en otros universos o, por el contrario, en lugar de ser la entrada hacia un mundo maravilloso, sólo se trata del camino que nos lleva hacia la destrucción.

“Lo cierto es que cuanto más aprendamos acerca del mundo y cuanto más profundo sea nuestro aprendizaje, tanto más conscientes, específico y articulado será nuestro conocimiento de lo que no conocemos, nuestro conocimiento de nuestra ignorancia. Pues, en verdad, la fuente principal de nuestra ignorancia es el hecho de que nuestro conocimiento sólo puede ser finito, mientras que nuiestra ignorancia es necesariamente infinita.” Así lo escribió el gran filósofo de la ciencia, Karl Popper.

Hay una difundida y errónea suposición de que la ciencia se ocupa de explicarlo todo, y que, por ende, los fenómenos inexplicados preocupana los científicos al amenazar la hegemonía de la visión del mundo. El técnico en bata del Laboratorio, en la película de bajo presupuesto, se queda mirando para el techo, pensativo y, de pronto, se da una palmadita en la frente cuando se encuentra con algo nuevo, y exclama con voz temblorosa, entrecortada: “¡Pero, no hay explicación para esto!”. En realidad, por supuesto, cada científico digno se apresura a abordar lo inexplicado, pues es lo que hace avanzar la ciencia. Son, a veces, los grandes sistemas místicos de pensamientos, envueltos en terminologías demasiado vagas para ser erróneas, los que explican todo, raramente se euivocan y no crecen.

La ciencia es intrínsicamente abierta y exploratoria, y comete errores todos los días. En verdad, ese será siempre su destino, de acuerdo con la lógica esencial del segundo teorema de incompletitud de Kurt Gödel. El teorena de Gödel demuestra que la plena validez de cualquier sistema inclusive un sistema científico, no puede demostrarse dentro del sistema. En otras palabras, la comprensibilidad de una teoría no puede establecerse a menos que haya algo fuera de su marco con lo cual someterla a prueba, algo más allá del límite definido por una ecuación termodinámica, o por la anulación de la función de onda cuántica o por cualquier otra teoría o ley. Y si hay tal marca de referencia más amplio, entonces la teoría, por definición, no lo explica todo.En resumen, no hay ni habrá nunca una descripción científica completa y copmprensiva del universo cuya validez pueda demostrarse. Estamos inmersos en una Naturaleza en la que, estará siempre presente ¡la incertidumbre!.

 

                      Sí, tratar de saber es bueno. Sin embargo, nunca llegaremos a saberlo todo. Miramos hacia el Universo inmenso, imaginamos lo que puede estar allí presente, y, por mucho que queramos saber con cuántos fenómenos nos podemos encontrar allí… ¡Nunca acertaremos! No sabemos siquiera si existen estrellas de Quarks, no hemos podido encontrar a ese esquivo Bosón que llamamos Gravitón, ni sabemos tampoco (a pesar de lo mucho que de ella hablamos), si realmente existe la “materia oscura”. Cada cierto tiempo tenemos que cambiar, muchos de los postulados científicos por otros nuevos.

Claro que, tal planteamiento, al menos como lo veo yo, es bueno y saludable. Pensemos en el infierno que sería un universo pequeñito al que pudiéramos explorar y comprender totalmente. Alejandro Magno, cuantan que lloró cuando le dijeron que había infinitos mundos (“¡Y nosotros no hemos conquistado ni siquiera uno!”, exclamó sollozando), pero la situación parece más optimista a quienes se inclinan a desatar, no a cortar, el nudo gordiano de la Naturaleza.

Ningún hombre, o mujer, realmente reflexivom deberían desear saberlo todo, pues cuando el conocimiento y su análisis son completos, el pensamiento se detiene y (cosa que no nos conviene), comienza a desaparecer la curiosidad y el interés por las cosas que, al conocerlas, no encierran ningún misterio que desvelar, con lo cual, la degradación comienza su camino en el interior de nuestras mentes.

                 La falta de interés nos hace caer en la melancolía, el aburrimiento, nada llama ya nuestra atención

La paradoja del más conocido cuadro de la serie La trahison des images (1928–1929) de René Magritte. Serie  sobre la que Foucault escribió un no menos conocido ensayo.

René Magritte, en 1926, puntó un cuadro de una pipa y escribió debajo de él con una cuidadosa letra de escolar (lo que arriba podeis leer) y que, traducido, decía “Esto no es una pipa”. Esta pintura podría convertirse apropiadamente en el emblema de la Cosmología científica. La palabra “Universo” no es el Universo; ni lo son las ecuaciones de la teoría de la supersimetría, ni la ley de Hubble ni la métrica de Friedmann-Walker-Robinson. Generalmente, la ciencia tampoco sirve de mucho para explicar lo que algo, y mucho menos el universo entero, realmente “es”.

La Ciencia describe y predice sucesos, pero paga por este poder al tener que, rectificar muchas veces, dado que las predicciones que se hacen, son aproximaciones de la realidad que buscamos y que, poco a poco, tratamos de perfeccionar depurando los defenctos de aquellas más viejas con estas otras más nuevas que llevan incorporados nuevos parámetros despuñés descubiertos.

¿Por qué, pues, la Ciencia tiene éxito? La respuesta es que nadie lo sabe. Es un completo misterio-quizá el completo misterio- por qué la mente humana puede comprender algo del vasto universo. Como solía decir Einstein “Lo más incomprensible del universo es que lo podamos comprender”.

Quizá como nuestro cerebro evoluciona mediante la acción de las leyes naturles, éstas resuenan y vibran de alguna manera, por nosotros desconocida en él. La Naturaleza nos presenta una serie de repeticiones -pautas de conducta que reaparecen a escalas diferentes, haciendo posible identificar principios, como las leyes de conservación, que se aplican de moso universal- y estas pueden proporcionar el vínculo entre lo que ocurre dentro y fuera de nuestras mentes. Pero, el misterio, realmente no es que coincidamos de alguna manera con el universo, sino que en cierta medida estamos en conflicto con él, y sin embargo podemos comprender algo de él. ¿Por qué esto es asó? Sin lugar a ninguna duda es por el simple hecho de que somos “una parte del universo” ¡La que piensa! y, al estar a él conectados con esos hilos invisbles de la Mente, nos llegan mensajes que despiertan la intuición que nos lleva de la mano de los nuevos pensamientos que surgen hacia ese mundo mágico del saber.

Claro que, el teorema de Gódel indica que siempre estaremos limitados en el saber del universo u, esos limites subyacen, muy posiblemente en aquella ruptura de las simetrías cósmicas en el momento de la génesis o de lo que fuera lo que allí pasó, si fluctuación de vacío, a un cambio de fase especatacular que, desde otro iniverso, nos envió a éste nuestro creado en la transición.

¡Sabemos tan poco!

emilio silvera

Con el radiotelescopio ALMA, ubicado en el desierto de Atacama (Chile), a 5.000 metros de altura, los científicos lograron captar moléculas de glicolaldehído en el gas que rodea la estrella binaria joven IRAS 16293-2422, con una masa similar a la del Sol y ubicada a 400 años luz de la Tierra.

El glicolaldehído ya se había divisado en el espacio interestelar anteriormente, pero esta es la primera vez que se localiza tan cerca de una estrella de este tipo, a distancias equivalentes a las que separan Urano del Sol en nuestro propio sistema solar.

Todo esto me lleva a pensar que la Vida, en el Universo… ¡Es inevitable!

Todos los animales, plantas y microbios, están compuestos, fundamentalmente, por las denominadas sustancias orgánicas. Sin ellas, la vida no tiene explicación. De esta manera, en el primer período del origen de la vida y a partir de simples hidrocarburos y sus derivados formados en Nebulosas de las galaxias a partir de los elementos como el Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno que fueron a caer, a planetas que, como la Tierra, estaban situados en la zona habitable de sus estrellas y, en aquel ambiente propicio, pudieron surgir, a partir de las reacciones químicas y transmutaciones aquellas primeras células vivas que dieron lugar a lo que hoy llamamos vida.

emilio silvera

  ¡Un Universo dinámico!

Todos los objetos del Universo son el resulta de fuerzas antagónicas que, al ser iguales, se equilibran y consiguen la estabilidad. Las estrellas son el mejor ejemplo: La Gravedad trata de comprimir a la estrella que, mediante la fusión tiende a expandirse y, la lucha de esas dos fuerzas crea la estabilidad.

Estas estructuras, podemos decir que son entidades estables que existen en el Universo. Existen porque son malabarismos estables entre fuerzas competidoras de atracción y repulsión. Por ejemplo, en el caso de 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. Todos estos equilibrios pueden expresarse aproximadamente en términos de dos números puros creados a partir de las constantes e (electrón), h (constante de Planck), G (constante de gravitación) y mp (masa del protón), c (la velocidad de la luz en el vacío). Pero, ¿que es el Tiempo de Planck.

Tiempo de Planck

10^-43 s.

Es el tiempo que necesita el fotón (viajando a la velocidad de la luz, c, para moverse a través de una distancia igual a la longitud de Planck. Está dado por  segundos, donde G es la constante gravitacional (6’672 59 (85) ×10^-11 N m² kg^-2), ħ es la constante de Planck racionalizada (ħ = h/2π = 1’054589 × 10^-34 Julios segundo) y c es la velocidad de la luz (299.792.458 m/s).

El valor del tiempo del Planck es del orden de 10^-43 segundos. En la cosmología del Big Bang, hasta un tiempo (T_p) después del instante inicial, es necesaria usar una teoría cuántica de la gravedad para describir la evolución del universo. Expresado en números corrientes que todos podamos entender, su valor es 0’000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.1 de 1 segundo, que es el tiempo que necesita el fotón para recorrer la longitud de Planck, de 10^-35 metrtos (veinte órdenes de magnitud menor que el tamaño de del protón de 10^-15 metros). el límite de Planc es L_p = √(Għ/c³ ≈ 1’61624 x 10^-35 m.

Todo, desde Einstein, es relativo. Depende de la pregunta que se formule y de quién nos de la respuesta.

El tiempo es la escalaera con peldaños infinitos que nos llevan hasta el fin de la eternidad…

Si preguntamos ¿qué es el tiempo?, tendríamos que ser precisos y especificar si estamos preguntando por esa dimensión temporal que no deja de fluir desde el Big Bang y que nos acompaña a lo largo de nuestras vidas, o nos referimos al tiempo atómico, ese adoptado por el SI, cuya unidad es el segundo y se basa en las frecuencias atómicas, definida a partir de una línea espectral particular de átomo de cesio-133, o nos referimos a lo que se conoce como tiempo civil, tiempo coordinado, tiempo de crecimiento, tiempo de cruce, tiempo de integración, tiempo de relajación, tiempo dinámico o dinámico de Baricéntrico, dinámico terrestre, tiempo terrestre, tiempo de Efemérides, de huso horario, tiempo estándar, tiempo local, tiempo luz, tiempo medio, etc, etc. Cada una de estas versiones del tiempo tiene una respuesta diferente, ya que no es lo mismo el tiempo propio que el tiempo sidéreo o el tiempo solar, o solar aparente, o solar medio, o tiempo terrestre, o tiempo universal. Como se puede ver, la respuesta dependerá de cómo hagamos la pregunta.

Relojes de Cesio cuyo funcionamiento se basa en la diferencia de energía entre dos estados del núcleo de Cesio-133 cuando se sitúa en un campo magnético. En un tipo, los átomos de cesio-133 son irradiados con radiación de radiofrecuencia, cuya frecuencia es elegida para corresponder a la diferencia de energía entre los dos estados. Es decir, nos valemos de un sistema complejo para determinar lo que el tiempo es basado en lo que de él nos indica la Naturaleza.

En realidad, para todos nosotros el único tiempo que rige es el que tenemos a lo largo de nuestras vidas; los otros tiempos, son inventos del hombre para facilitar sus tareas de medida, de convivencia o de otras cuestiones técnicas o astronómicas pero, sin embargo, el tiempo es sólo uno; ese que comenzó cuando nació el universo y que finalizará cuando éste llegue a su final.

Lo cierto es que para las estrellas supermasivas, cuando llegan al final de su ciclo y dejan de brillar por agotamiento de su combustible nuclear, en ese preciso instante, el tiempo se agota para ella. Cuando una estrella pierde el equilibrio existente entre la energía termonuclear (que tiende a expandir la estrella) y la fuerza de gravedad (que tiende a comprimirla), al quedar sin oposición esta última, la estrella supermasiva se contrae aplastada bajo su propia masa. Queda comprimida hasta tal nivel que llega un momento que desaparece, para convertirse en un agujero negro, una singularidad, donde dejan de existir el “tiempo” y el espacio. A su alrededor nace un horizonte de sucesos, que si se traspasa se es engullido por la enorme gravedad del agujero negro.

Según todos los indicios, la Física nosm dice que, al llegar a la singularidad de un agujero negro, no podremos encontrar ni tiempo ni espacio. Es una región que, estando en este mundo, es como si estuviera en otro al que sólo se podrá llegar a través de la teoría tan esperada de la gravedad cuántica. Aquí, en la Singularidad, la Relatividad de Einstein llega y hace mutis por el foro.

El tiempo, de esta manera, deja de existir en estas regiones del universo que conocemos como singularidad. El mismo Big Bang surgió de una singularidad de energía y densidad infinitas que, al explotar, se expandió y creó el tiempo, el espacio y la materia.

Como contraposición a estas enormes densidades de las enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros, existen regiones del espacio que contienen menos galaxias que el promedio o incluso ninguna galaxia; a estas regiones las conocemos como vacío cósmico. Han sido detectados vacíos con menos de una décima de la densidad promedio del universo en escalas de hasta 200 millones de años luz en exploraciones a gran escala. Estas regiones son a menudo esféricas.

El primer gran vacío en ser detectado fue el de Boötes en 1.981; tiene un radio de unos 180 millones de años luz y su centro se encuentra aproximadamente a 500 millones de años luz de la Vía Láctea. La existencia de grandes vacíos no es sorprendente, dada la existencia de cúmulos de galaxias y supercúmulos a escalas muy grandes.

Muchos son los misterios que nos quedan por resolver y muchos también los objetos que, estando ahí, aún no han sido localizados. La vastedad del inmenso Universo, hace difícil saber la realidad de todo su contenido y, necesitaremos siglos de estudio y observación para poder acercarnos, aunque sea mínimamente, a sus secretos.

Mientras que en estas regiones la materia es muy escasa, en una sola estrella de neutrones, si pudiéramos retirar 1 cm³ de su masa, obtendríamos una cantidad de materia increíble. Su densidad es de 10¹⁷ Kg/m³; los electrones y los protones están tan juntos que se combinan y forman neutrones que se degeneran haciendo estable la estrella de ese nombre que, después del agujero negro, es el objeto estelar más denso del universo.

Es interesante ver cómo a través de las matemáticas y la geometría, han sabido los humanos encontrar la forma de medir el mundo y encontrar las formas del universo. Pasando por Arquímedes, Pitágoras, Newton, Gauss o Riemann (entre otros), siempre hemos tratado de buscar las respuestas de las cosas por medio de las matemáticas.

Arthur C. Clarke nos decía: “Magia es cualquier tecnología suficientemente avanzada”

Pero también es magia el hecho de que en cualquier tiempo y lugar, de manera inesperada, aparezca una persona dotada de condiciones especiales que le permiten ver estructuras complejas matemáticas que hacen posible que la humanidad avance considerablemente a través de esos nuevos conceptos que nos permiten entrar en espacios antes cerrados, ampliando el horizonte de nuestro saber.

Recuerdo aquí uno de esos extraños casos que surgió el día 10 de Junio de 1.854 con el nacimiento de una nueva geometría: la teoría de dimensiones más altas que fue introducida cuando Georg Friedrich Bernhard Riemann dio su célebre conferencia en la facultad de la Universidad de Göttingen en Alemania. Aquello fue como abrir de golpe todas las ventanas cerradas durante 2.000 años de una lóbrega habitación que, de pronto, se ve inundada por la luz cegadora de un Sol radiante. Riemann regaló al mundo las sorprendentes propiedades del espacio multidimensional.

 

                                               La nueva geometría de Riemann nos dijo cómo era la realidad del esapcio, del Universo

Su ensayo, de profunda importancia y elegancia excepcional, “sobre las hipótesis que subyacen en los fundamentos de la geometría” derribó pilares de la geometría clásica griega, que habían resistido con éxito todos los asaltos de los escépticos durante dos milenios. La vieja geometría de Euclides, en la cual todas las figuras geométricas son de dos o tres dimensiones, se venía abajo, mientras una nueva geometría riemanniana surgía de sus ruinas. La revolución riemanniana iba a tener grandes consecuencias para el futuro de las artes y las ciencias. En menos de tres decenios, la “misteriosa cuarta dimensión” influiría en la evolución del arte, la filosofía y la literatura en toda Europa. Antes de que hubieran pasado seis decenios a partir de la conferencia de Riemann, Einstein utilizaría la geometría riemanniana tetradimensional para explicar la creación del universo y su evolución mediante su asombrosa teoría de la relatividad general. Ciento treinta años después de su conferencia, los físicos utilizarían la geometría decadimensional para intentar unir todas las leyes del universo. El núcleo de la obra de Riemann era la comprensión de las leyes físicas mediante su simplificación al contemplarlas en espacios de más dimensiones.

Contradictoriamente, Riemann era la persona menos indicada para anunciar tan profunda y completa evolución en el pensamiento matemático y físico. Era huraño, solitario y sufría crisis nerviosas. De salud muy precaria que arruinó su vida en la miseria abyecta y la tuberculosis. Al igual que aquel otro genio, Ramanujan, murio muy joven.

emilio silvera