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Archivo de junio de 2015

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Jun

24

Conocer mejor el planeta Tierra

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en La Tierra y su energía    ~    Comentarios Comments (1)

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materia oscura en una antigua mina de oro

 

http://1.bp.blogspot.com/-tDP9Ys9IIaw/ULPHEhtfJlI/AAAAAAAAAEo/2DkkmYkbdwk/s1600/planeta-tierra.jpg

Esta es nuestra casa y, debemos procurar mantenerla limpia (no por si viene una visita, que espero que no sea pronto),  sino que, es vital para nosotros y para la vida en general. No siempre somos conscientes del daño que muchas de nuestras actividades pueden hacer al planeta que nos cobija. Pero veámos algunos detalles que definen a este planeta único en nuestro entorno espacial.

Las fuerzas que actúan sobre la Tierra, como planeta en el espacio, tiene profundas implicaciones energéticas. La gravitación ordena y orienta, y obstaculiza y facilita los flujos de energía cinética. La rotación genera la fuerza centrífuga y la de Coriolis: la primera achata el planeta por los polos ensanchándolo por el ecuador, y la segunda desvía los vientos y las corrientes de los océanos (a la derecha del hemisferio norte y a la izquierda en el hemisferio sur). La rotación es también la causa de los ritmos diarios de las plantas y animales, y de la desaceleración de la Tierra, que alarga el día un promedio de 1’5 ms cada siglo, lo que representa una pérdida de tres teravatios por fricción de mareas.

Pero ni la gravitación ni la rotación (fricción) hacen de la Tierra un planeta único entre los cuerpos celestes de nuestro entorno. Su exclusividad procede de sus propiedades térmicas internas, que causan los ciclos geotectónicos que modifican la superficie, y de su atmósfera, océanos y plantas que transforman la radiación solar que reciben. Los orígenes de estos procesos no están claros.

Podemos fijar la edad de la Tierra en algo más de los 4.000 millones de años por la desintegración de los isótopos radiactivos, pero poco podemos asegurar sobre la formación del planeta o sobre la energética de la Tierra primitiva. Sobre el tema circulan varias teorías, y es muy plausible que el origen del Sistema Solar planetario fuera una nube interestelar densa en la que el Sol se formó por una inestabilidad gravitatoria y que la posterior aglomeración del resto de esta materia dispersa, que giraba a distintas distancias, a su alrededor, diera lugar a los planetas. No está claro si al principio la Tierra estaba extremadamente caliente o relativamente fría. Me inclino por lo primero y estimo que el enfriamiento fue gradual con los cambios de atmósferas y la creación de los océanos.

                               Esta de arriba podría ser una imagen cotidiana en la Tierra primitiva

Las incertidumbres geológicas básicas se extienden hasta el presente. Diferentes respuestas a cuestiones como la cantidad de 40K en el núcleo terrestre o sobre la convección del magma en el manto (hay una o dos celdas) dan lugar a diferentes explicaciones para el flujo de calor y la geotectónica de la Tierra. Lo que sí está claro es que el flujo interno de calor, menos de 100 mW/m2, tiene un efecto pequeño comparado con la reflexión, absorción y emisión de la radiación solar.

El balance de la radiación terrestre (Rp) en la capa alta de la atmósfera es la suma de la radiancia extraterrestre (la constante sola Q0) reducida por el albedo planetario y el flujo saliente de larga longitud de onda (Qi): Rp = Q0(1-ap) + Qi = 0. El flujo emitido es igual a la suma de la radiación atmosférica y la terrestre: Qi = Qea + Qes. Los balances de la radiación en la atmósfera (Ra) y en la superficie de la Tierra (Rs) son iguales, respectivamente, a la diferencia entre la correspondiente absorción y emisión: Ra = Qaa + Qea y Rs = Qas + Qes, de manera que Rp = Ra + Rs = 0. Hay que continuar explicando la radiación saliente con los flujos irradiados y emitidos por la superficie terrestre, el flujo de radiación medio absorbida, etc., etc., etc., con una ingente reseña de símbolos y tedioso esquemas que, a mi parecer, no son legibles para el lector normal y no versado en estos conocimientos. Así que, aunque sea mutilar el trabajo, desisto de continuar por ese camino y prosigo por senderos más amenos y sugestivos para el lector.

El impacto de la radiación solar en la atmósfera terrestre, en una gran tormenta solar de 2003. (Crédito: NASA / Goddard

La fuente más importante del calentamiento atmosférico proviene de la radiación terrestre de longitud de onda larga, porque el flujo de calor latente es una contribución secundaria y el flujo de calor sensible sólo es importante en las regiones áridas donde no hay suficiente agua para la evaporación. Los océanos y los continentes también reciben indirectamente, irradiadas por la atmósfera, la mayor parte de su calor en forma de emisiones de longitudes de onda larga (4 – 50 μm). En este flujo de radiación reenviado hacia la superficie terrestre por los gases invernadero, domina a la radiación del vapor de agua, que con una concentración variable, emite entre 150 y 300 W/m2, y al que también contribuye el CO2 con unos 75 W/m2.

El intercambio de radiación de longitud de onda larga entre la superficie y la atmósfera sólo retrasa temporalmente las emisiones de calor terrestre, pero controla la temperatura de la biosfera. Su máximo es casi 400 W/m2 en los trópicos nubosos, pero es importante en todas las estaciones y presenta significativas variaciones diarias. El simple paso de una nube puede aumentar el flujo en 25 W/m2. Las mayores emisiones antropogénicas de gases invernadero han aumentado este flujo en cerca de un 2’5 W/m2 desde finales del siglo XIX.

Como era de esperar, las observaciones de los satélites confirman que el balance de energía de la Tierra está en fase con la radiación solar incidente (Q0), pero la radiación media saliente (Qi) está desfasada con la irradiancia, alcanzando el máximo durante el verano en el hemisferio norte. La distribución asimétrica de los continentes y el mar explica este fenómeno. En el hemisferio norte, debido a la mayor proporción de masa terrestre, se experimentan mayores cambios estacionales que dominan el flujo global de la radiación saliente.

Quizás el resultado más sorprendente que se deriva de las observaciones por satélite sea que, estacionalmente, se observan cierto déficit y superávit de radiación y el balance de la radiación en el planeta no es igual a cero, pero sin embargo, en cada hemisferio la radiación anual está en equilibrio con el espacio exterior. Además, la contribución atmosférica por transporte de energía hacia los polos es asimétrica respecto al ecuador con valores extremos de unos 3 PW cerca de los 45º N, y -3 PW cerca de 40º S.

Podría continuar hablando sobre los vientos, los terremotos, las lluvias y otros fenómenos atmosféricos, sin embargo, no creo que, por ser estos fenómenos naturales muy conocidos de todos, pudieran tener gran interés. Pasemos pues a comentar sobre los océanos.

                                           El agua de la vida

Agua, mejor que Tierra, habría sido el nombre adecuado para el tercer planeta, puesto que los océanos cubren más del 70 por ciento de la superficie terrestre, con una profundidad media de 3’8 Km. Debido a las especiales propiedades térmicas del agua, éstas constituyen un extraordinario regulador del balance energético del planeta.

Este líquido tiene cinco ventajas termodinámicas importantes: un punto de ebullición inusualmente alto, debido a su capacidad para formar enlaces de hidrógeno intermoleculares; un calor específico de 2’5 a 3’3 veces más elevado que el del suelo; una capacidad calorífica (calor específico por unidad de volumen) aproximadamente seis veces mayor que la tierra seca; un altísimo calor de vaporización que le permite transportar una gran cantidad de calor latente; y su relativamente baja viscosidad, que le convierte en un eficiente transportador de calor en los océanos mediante miríadas de remolinos y caudalosas corrientes.

       Los océanos de la Tierra vistos desde el espacio

No es sorprendente, pues, que los océanos, que tienen cerca del 94 por ciento de toda el agua, sean determinantes en el balance energético del planeta. Cuatro quintas partes de la radiación solar que llega a la Tierra entra en la atmósfera que cubre los océanos, los cuales con un albedo superior al 6% absorben la energía con una tasa cercana a 65 PW, casi el doble de la absorción atmosférica total y cuatro veces mayor que la continental. Inevitablemente, los océanos también absorben la mayor parte, casi dos tercios, del calor rerradioirradiado hacia abajo por la atmósfera elevando su ritmo de calentamiento a los 175 PW.

Salvo en los océanos menos profundos, la interacción aire-mar no afecta directamente a las aguas profundas. Las oscuras y frías aguas de las profundidades marinas están aisladas de la atmósfera por la capa mixta, una capa de poca profundidad que va de pocos metros a pocos cientos de metros y que está afectada por los vientos y el oleaje.

A pesar de que el alto calor específico del agua limita el rango de variación, las temperaturas de esta capa sufren importantes fluctuaciones diarias y estacionales. Sin embargo, variaciones relativamente pequeñas de la temperatura de la superficie de los océanos tienen importantes consecuencias climáticas: quizás el mejor ejemplo de esta teleconexión climática sea el fenómeno del Niño, que consiste en una extensión en forma de lengua de las aguas superficiales calientes hacia el este, cuyos efectos se extienden desde Canadá hasta África del sur.

En esta “coreografía” acuática, también tiene un papel significativo el Estrecho de Dinamarca, que se alimentan de las aguas más profundas de la AMOC y las devuelve al sur a través de brechas en la cordillera de Groenlandia y Escocia. En este sentido, los científicos explican que, durante años, se ha pensado que el estrecho danés, que ha aumentado considerablemente su capacidad como consecuencia del deshielo, se abastecía de una corriente adyacente a Groenlandia.

Debido a que la conductividad térmica del agua es muy baja, la transferencia de energía de la capa mixta hacia las profundidades se realiza fundamentalmente mediante corrientes convectivas. Estas corrientes compensan la extremadamente baja fuerza ascensional de las aguas profundas, más calientes, que son desplazadas por el movimiento hacia el ecuador de las corrientes frías provenientes de los polos. En contraste con el gradual ascenso general de las aguas oceánicas, la convección hacia abajo se produce en corrientes bien delimitadas que forman gigantescas cataratas oceánicas. Seguramente la mayor es la que fluye hacia el sur bajo el estrecho de Dinamarca, entre Islandia y Groenlandia, y se sumerge unos 3’5 Km transportando 5 millones de m3/s, un caudal veinte veces mayor que el del Amazonas.

Miríadas de corrientes oceánicas, que a menudo viajan cientos de kilómetros a diferentes profundidades, transportan considerables cantidades de energía y sal. Quizás el ejemplo más importante de estas combinaciones de transportes sea la corriente de agua caliente y salada que sale del Mediterráneo a través del estrecho de Gibraltar. Este flujo caliente pero denso desciende sobre la pendiente de la plataforma continental hasta alcanzar el equilibrio entre el peso y el empuje ascensional a unos mil metros de profundidad. Aquí se separa en dos celdas lenticulares que se mueven durante siete años hacia el este y hacia el sur, respectivamente, hasta que decaen o chocan contra alguna elevación marina.

           Si el Estrecho de Gibraltar pudiera contar su historia… Es la ruta maritima más transitada del mundo

Un mapa global de los flujos de calor desde la superficie oceánica hasta las capas profundas muestra claramente máximos longitudinales a lo largo del ecuador y a lo largo de aproximadamente 45º S en los océanos Atlántico e Índico. Esta transferencia es también importante en algunas áreas costeras donde se producen intensos flujos convectivos ascendentes que intercambian calor entre las aguas superficiales y las profundas, como ocurre en la costa de California y al oeste de África. Un flujo en dirección contraria, que calienta la atmósfera, se produce en las dos mayores corrientes oceánicas calientes, la corriente del Golfo en el Atlántico y la de Kuroshio en el Pacífico oriental.

Todas la regiones donde se produce este ascenso de aguas calientes (a lo largo de las costas del continente americano, África, India y la zona ecuatorial del Pacífico occidental) se distinguen fácilmente por los elevados niveles de producción de fitoplancton, causados por un importante enriquecimiento de nutrientes, comparados con los que, de otra manera, corresponderían normalmente a las aguas superficiales oligotrópicas.

La radiación transporta la mayor parte (casi 4/5) de la energía que fluye desde la capa mixta hasta la atmósfera, y el resto del flujo calorífico se produce por calor latente en forma de vapor de agua y lluvias.

http://www.atrativoweb.com/wp-content/uploads/2012/04/mapa-do-oceano-atlantico.jpg

                                                              Océano Atrlántico

Aún no se ha realizado una valoración cuantitativa del transporte total para cada latitud, pero en el océano Atlántico hay transferencia de calor hacia el norte a lo largo de toda su extensión, alcanzando en el trópico un valor aproximado de 1 PW, flujo equivalente al que se produce en el Pacífico norte. En el Pacífico sur, el flujo de calor hacia el polo a través del trópico es de 0’2 PW. La parte occidental del Pacífico sur puede constituir la mayor reserva de calor del Atlántico sur, de igual modo que es probable que el océano Índico sur constituya una reserva del Pacífico.

Ahora tocaría comentar algo sobre los ríos del planeta, sin embargo, lo obvio y me dirijo directamente a comentar sobre el calor de la Tierra.

Aunque la Tierra se formara inicialmente a partir de materia fría (material cósmico) que se contrajo por acción de la gravedad, durante la formación posterior del núcleo líquido y en los periodos de intensa actividad volcánica se ha liberado una enorme cantidad de calor. Los frecuentes impactos de objetos pesados también han contribuido al calentamiento de la superficie. Hay mucha incertidumbre sobre la historia térmica de la Tierra de los últimos 3.000 millones de años, durante los cuales el planeta se ha ido enfriando y una gran parte de este flujo de calor ha alimentado los movimientos geotectónicos globales, creando nueva corteza en las dorsales oceánicas; un proceso que ha ido acompañado de terremotos recurrentes y erupciones volcánicas de lava, cenizas y agua caliente.

Solamente hay dos posibles fuentes de calor terrestre, pero la importancia relativa de las respectivas contribuciones no está aún muy clara. El calor basal, liberado por un lento enfriamiento del núcleo terrestre debe representar una gran parte del flujo total, si bien cálculos basados en la desintegración radiactiva del U235, U238, Th232 y K40 sugieren que éste representa al menos la mitad y quizás hasta nueve décimos del flujo total de calor del planeta. Esta disparidad obedece a la incertidumbre en la concentración de K40 en la corteza terrestre. Pero sea cual sea la proporción, el flujo total, basado en miles de medidas realizadas desde los años cincuenta, está próximo a los 40 TW.

Aunque inicialmente se pensó que los flujos continentales y oceánicos eran aproximadamente iguales, en realidad difieren de forma sustancial. Las regiones del fondo oceánico más recientes contribuyen con más de 250 mW/m2, cantidad que supera hasta tres veces las zonas continentales más recientes. El flujo medio para todo el fondo marino es aproximadamente igual a 95 mW/m2, lo que representa un 70% más que el correspondiente a la corteza continental. El flujo  medio global es de 80 mW/m2, unos tres órdenes de magnitud inferior al valor medio del flujo de calor de la radiación solar global.

Publica: emilio silvera

La fuente del presente trabajo, aunque variada en texto e imágenes, en su mayor parte está en una guía ilustrada de la biosfera y la civilización de Vaclav Smil.

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Jun

24

La Paradoja de Fermi

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Seguimos elucubrando    ~    Comentarios Comments (4)

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Esplendoroso Arco de la Vía Láctea desde Monument Valley en los Estados Unidos. Aquí, como en otros muchos rincones de nuestro planeta Tierra, podemos contemplar esa inmensidad, ese carrusel de estrellas, gas y polvo que conforma la Galaxia espiral en kla que nos encontramos, y, de la misma manera, otros muchos cientos de miles de mundos, también podrán ser el habitat de criaturas inteligentes que, como nosotros, se ven allí confinadas sin poder recorrer “infinitas” distancias que las separan de otras civilizaciones situadas a decenas, cientos o miles de años-luz de ellos. Lo explica bien el reportaje publicado por El País.

La paradoja de Fermi: ¿dónde está todo el mundo?

 

Si existen miles de millones de posibilidades de que haya civilizaciones inteligentes, ¿por qué ninguna ha contactado todavía con nosotros?

 

 

Artículo originalmente escrito por Tim Urban. Traducción de Eva Millán.

Todo el mundo siente algo cuando está en un sitio desde el que se ven muy bien las estrellas en una noche especialmente estrellada y mira hacia arriba y ve esto.

Algunos prefieren lo tradicional y se sobrecogen por la belleza épica del universo o les impresiona su absurda escala. Yo, personalmente, me decanto por la clásica “crisis existencial y posterior comportamiento extraño durante la siguiente media hora”. Pero todo el mundo siente algo.

El físico Enrico Fermi también sintió algo: ”¿Dónde está todo el mundo?”.

 

Un cielo repleto de estrellas parece enorme… pero lo que vemos no es más que nuestro vecindario más próximo. En las mejores noches posibles podemos ver hasta 2.500 estrellas (aproximadamente una cienmillonésima parte de las estrellas de nuestra galaxia), y casi todas ellas están a menos de 1.000 años luz de nosotros (o un 1% del diámetro de la Vía Láctea). Así que a lo que realmente estamos mirando es a esto:

 

Nick Risinger

Cuando se enfrentan al tema de las estrellas y galaxias, una pregunta que atormenta a la mayoría de los humanos es: “¿Hay más vida inteligente ahí fuera?”. Veamos algunos números.

Hay tantas estrellas en nuestra galaxia (100.000 – 400.000 millones) como galaxias hay en el universo observable, aproximadamente, así que por cada estrella en la colosal Vía Láctea hay toda una galaxia ahí fuera. Si las sumamos todas llegamos al intervalo típicamente citado de entre 1022 y 1024 estrellas en total, lo que significa que por cada grano de arena en cada playa de la Tierra hay 10.000 estrellas ahí fuera.

El mundo científico no acaba de ponerse de acuerdo sobre qué porcentaje de esas estrellas son de “tipo solar” (similares al Sol en tamaño, temperatura y luminosidad): las opiniones suelen estar entre el 5% y el 20%. Quedándonos con el cálculo más conservador (5%), y el extremo más bajo del número total de estrellas (1022), nos da 500 trillones o 500 millones de billones de estrellas de tipo solar.

También hay un debate sobre qué porcentaje de esas estrellas de tipo solar podrían ser orbitadas por un planeta similar a la Tierra (uno con temperatura y condiciones similares que pudiese tener agua líquida y albergar potencialmente una vida similar a la de la Tierra). Algunos dicen que serían hasta el 50% de ellas, pero vamos a quedarnos con el más conservador 22% que se extrajo de un estudio reciente de la PNAS. Esto sugiere que hay un planeta potencialmente habitable como la Tierra orbitando alrededor de al menos un 1% del total de estrellas del universo —un total de 100 millones de billones de planetas parecidos a la Tierra.

Así que hay 100 planetas análogos a la Tierra por cada grano de arena del mundo. Piensa en ello la próxima vez que estés en la playa.

A partir de aquí no tenemos más remedio que entrar completamente en el terreno de la especulación. Imaginemos que después de millones y millones de años de existencia, un 1% de esos planetas parecidos a la Tierra desarrollan vida (si eso es verdad, cada grano de arena representaría un planeta con vida en él). E imagina que, en el 1% de esos planetas, la vida avanza hasta un nivel inteligente como lo hizo aquí en la Tierra. Esto significa que habría 10.000 billones de civilizaciones inteligentes en el universo observable.

Volviendo a nuestra galaxia y haciendo el mismo cálculo con la estimación más baja de estrellas en la Vía Láctea (100.000 millones), obtendríamos que hay mil millones de planetas análogos a la Tierra y 100.000 civilizaciones inteligentes en nuestra galaxia.

El SETI (Search for Extraterrestial Intelligence, o Búsqueda de inteligencia extraterrestre) es una organización dedicada a prestar atención a las señales de vida inteligente. Si estamos en lo cierto y hay 100.000 civilizaciones inteligentes o más en nuestra galaxia, e incluso si solo una fracción de ellas está enviando ondas de radio o rayos láser u otros modos de intentar contactar con otros, ¿no debería la colección de satélites del SETI estar captando todo tipo de señales?

Pero no lo ha hecho. Ni una. Nunca.

¿Dónde está todo el mundo?

Y la cosa se vuelve aún más extraña. Nuestro sol es bastante joven comparado con la edad del universo. Hay estrellas mucho más viejas con planetas parecido a la Tierra mucho más viejos, lo que en teoría debería haber dado civilizaciones mucho más avanzadas que la nuestra. Por poner un ejemplo, vamos a comparar nuestra Tierra de 4.540 millones de años con un hipotético Planeta X de 8.000 millones de años de edad.

Si el Planeta X tiene una historia parecida a la de la Tierra, veamos en qué punto estaría su civilización a día de hoy (usamos como referencia el periodo naranja para mostrar lo enorme que es el periodo verde):

La tecnología y el conocimiento de una civilización tan solo 1.000 años por delante de nosotros nos resultarían tan chocantes como lo sería nuestro mundo para una persona medieval. Una civilización con un millón de años de adelanto con respecto a la nuestra sería tan incomprensible para nosotros como lo es nuestra cultura humana para los chimpancés. Y el Planeta X nos lleva 3.400 millones de años de ventaja…

Hay algo llamado Escala de Kardashov que nos ayuda a agrupar civilizaciones inteligentes en tres amplias categorías según la cantidad de energía que usan:

Una Civilización Tipo I tiene la habilidad de usar toda la energía de su planeta. Nosotros no llegamos a ser un Tipo I del todo, pero nos quedamos cerca (Carl Sagan creó una fórmula para esta escala que nos sitúa en una civilización Tipo 0,7).

Una Civilización Tipo II puede aprovechar toda la energía de su estrella anfitriona. Nuestros débiles cerebros apenas pueden imaginar cómo se podría hacer esto, pero lo hemos intentado lo mejor que hemos podido, imaginando cosas como la esfera de Dyson.

Una Civilización Tipo III arrasa a las otras dos, accediendo a un poder comparable al de toda la galaxia de la Vía Láctea.

Si este nivel de avance parece difícil de creer, recuerda el Planeta X de antes y sus 3.400 millones de años de desarrollo de ventaja. Si una civilización del Planeta X fuera parecida a la nuestra y hubiera sido capaz de sobrevivir hasta llegar al nivel del Tipo III, lo natural es que probablemente ya hubiera dominado el viaje interestelar, incluso podría haber colonizado toda la galaxia.

Otra hipótesis de cómo podría producirse la colonización galáctica sería creando maquinaria que pueda viajar a otros planetas, pasarse unos 500 años autorreplicándose usando las materias primas del nuevo planeta y después mandar dos réplicas a hacer lo mismo. Incluso sin viajar a una velocidad que no se acerque ni a la de la luz, este proceso colonizaría toda la galaxia en 3,75 millones de años, un relativo abrir y cerrar de ojos cuando hablamos de una escala de miles de millones de años:

 

Fuente: Scientific American, “Where Are They”

Siguiendo con la especulación, si un 1% de la vida inteligente sobrevive el tiempo suficiente como para llegar a ser una civilización Tipo III colonizadora de galaxias, nuestros cálculos de antes sugieren que debería haber al menos 1.000 civilizaciones Tipo III solo en nuestra galaxia —y teniendo en cuenta el poder de tal civilización, lo más probable es que su presencia fuera bastante notoria. Y, aun así, no vemos nada, no oímos nada y no nos visita nadie.

Bienvenido a la paradoja de Fermi.

No tenemos respuesta para la paradoja de Fermi —como mucho podemos ofrecer “posibles explicaciones”. Y si preguntas a diez científicos distintos cuál creen que es la correcta, te darán diez respuestas distintas. ¿Recuerdas cuando los humanos del pasado debatían sobre si la Tierra era redonda o si el Sol giraba alrededor de la Tierra o pensaban que ese rayo había caído por Zeus, y ahora nos resultan tan primitivos y desinformados? Pues así es cómo estamos nosotros con este tema.

Para echarle un vistazo a algunas de las explicaciones posibles de la paradoja de Fermi más debatidas, vamos a dividirlas en dos amplias categorías —aquellas explicaciones que entienden que si no hay ningún indicio de las civilizaciones de Tipo II y Tipo III es porque no existe ninguna de ellas ahí fuera, y aquellas otras que asumen que sí que están ahí fuera, pero no estamos viendo ni oyendo nada de ellas por otras razones:

Grupo 1 de explicaciones: no hay indicios de civilizaciones superiores (Tipo II y III) porque no existen civilizaciones superiores.

Aquellos que suscriben las explicaciones del Grupo 1 señalan algo llamado el problema de la no exclusividad, que rechaza cualquier teoría que diga “hay civilizaciones superiores, pero ninguna de ellas ha establecido ningún tipo de contacto con nosotros porque todas”. La gente del Grupo 1 se fija en los cálculos que dicen que debería haber tantos miles (o millones) de civilizaciones superiores que al menos una de ellas debería ser la excepción a la regla. Incluso si esa teoría afectara al 99,99% de las civilizaciones, el otro 0,01% se comportaría de forma distinta y seríamos conscientes de su existencia.

Por tanto, dicen las explicaciones del Grupo 1, debe ser que no existen civilizaciones super avanzadas. Y como los cálculos sugieren que hay miles de ellas tan solo en nuestra galaxia, algo más debe de estar pasando.

Ese algo más se llama El Gran Filtro.

La teoría del Gran Filtro dice que, en algún punto desde la pre-vida hasta la inteligencia Tipo III, hay un muro contra el que todos o casi todos los intentos de vida chocan. Hay alguna etapa del largo proceso evolutivo que es extremadamente improbable o imposible que la vida supere. Esa etapa es el Gran Filtro.

Si esta teoría es cierta, la gran pregunta es ¿en qué punto de la línea temporal ocurre el Gran Filtro?.

Resulta que, cuando estamos hablando del destino de la humanidad, esta pregunta es muy importante. Dependiendo de dónde ocurra el Gran Filtro, nos deja tres realidades posibles: somos excepcionales, somos los primeros, o estamos jodidos.

1. Somos excepcionales (el Gran Filtro está detrás de nosotros)

Una esperanza que tenemos es que el Gran Filtro esté detrás de nosotros —hemos conseguido superarlo, lo que significaría que es extremadamente inusual que la vida llegue a nuestro nivel de inteligencia. El diagrama de abajo muestra solo a dos especies consiguiendo pasarlo, y nosotros somos una de ellas.

Este escenario explicaría por qué no hay civilizaciones Tipo III… pero también significaría que nosotros podríamos ser una de las pocas excepciones ahora que hemos conseguido llegar tan lejos. Significaría que hay esperanza. Superficialmente, esto suena un poco a la gente de hace 500 años sugiriendo que la Tierra es el centro del universo —implica que somos especiales. Sin embargo, algo que los científicos llaman “sesgo antrópico” sugiere que cualquiera que se plantee su propia rareza forma parte inherentemente de un “caso de éxito” de la vida inteligente -y ya sean realmente inusuales o bastante comunes, los pensamientos que se plantean y las conclusiones que sacan serán idénticos. Esto nos obliga a admitir que ser especiales es, al menos, una posibilidad.

Y, si somos especiales, ¿exactamente cuándo nos convertimos en especiales? —esto es, ¿qué paso superamos en el que casi todos los demás se quedan atascados?

Una posibilidad: el Gran Filtro podría estar muy al principio —podría ser increíblemente inusual que la vida comenzase en absoluto. Esta es una candidata porque hicieron falta unos mil millones de años de existencia de la Tierra para que finalmente ocurriera, y porque hemos intentado minuciosamente replicar tal acontecimiento en laboratorios y nunca hemos podido hacerlo. Si este es efectivamente el Gran Filtro, significaría que no solo no hay vida inteligente ahí fuera, sino que puede que no haya ningún otro tipo de vida.

Otra posibilidad: el Gran Filtro podría ser el salto de la simple célula procariota a la compleja célula eucariota. Después de que las procariotas nacieran, se quedaron tal cual durante casi dos mil millones de años antes de dar el salto evolutivo de ser complejas y tener un núcleo. Si este es el Gran Filtro, significaría que el universo está repleto de células procariotas simples y casi nada más allá de eso.

Hay varias posibilidades más —algunos llegan a pensar que el salto más reciente que hemos dado hasta nuestra inteligencia actual es un candidato para ser el Gran Filtro. Aunque el paso de vida semi-inteligente (chimpancés) a vida inteligente (humanos) no parece a primera vista un salto milagroso, Steven Pinker rechaza la idea de un “ascenso” inevitable de la evolución: “Ya que la evolución no aspira a una meta sino que simplemente ocurre, usa la adaptación más útil para un nicho ecológico dado, y el hecho de que, en la Tierra, esto haya conducido a la vida inteligente solo una vez hasta el momento puede sugerir que este resultado de la evolución natural es infrecuente y por lo tanto de ningún modo es un desarrollo indiscutible de la evolución de un árbol de la vida”.

La mayoría de los saltos no reúnen los requisitos para ser un candidato a Gran Filtro. Cualquier Gran Filtro tiene que ser un tipo de cosa entre un millón en la que una o más ocurrencias totalmente anormales tienen que ocurrir para facilitar una excepción absurda —por eso, algo como el paso de vida unicelular a pluricelular está descartado, porque ha ocurrido hasta 46 veces, en incidentes aislados, tan solo en nuestro planeta. Por la misma razón, en caso de encontrarnos una célula eucariota fosilizada en Marte, se descartaría el salto de más arriba de “célula simple a compleja” como posible Gran Filtro (así como cualquier cosa anterior a ese punto en la cadena evolutiva) —porque si ha ocurrido tanto en la Tierra como en Marte, casi con toda seguridad no se trata de una ocurrencia anómala de las de una-entre-un-millón.

Si en efecto somos excepcionales, podría ser por un acontecimiento biológico accidental, pero también podría atribuirse a lo que llamamos la Hipótesis de la Tierra Especial, que sugiere que, aunque puede que haya muchos planetas parecidos a la Tierra, las condiciones particulares de la Tierra —ya estén relacionadas con las particularidades de este sistema solar, su relación con la luna (una luna tan grande es inusual para un planeta tan pequeño y contribuye a nuestra meteorología y condiciones oceánicas particulares), o algo del propio planeta —son excepcionalmente acogedoras para la vida.

2. Somos los primeros

Para los Pensadores del Grupo 1, si el Gran Filtro no se encuentra detrás de nosotros, la única esperanza que nos queda es que las condiciones del universo estén desde hace poco, por primera vez desde el Big Bang, llegando a un punto que permitiría desarrollar vida inteligente. En ese caso, nosotros, junto con muchas otras especies, podríamos estar dirigiéndonos a la super inteligencia, y simplemente no habría ocurrido todavía. Estaríamos aquí justo en el momento adecuado para llegar a ser una de las primeras civilizaciones super inteligentes.

Un ejemplo de fenómeno que podría hacer esto realista es el predominio de brotes de rayos gamma, explosiones increíblemente grandes que hemos observado en galaxias lejanas. De la misma manera que la Tierra primigenia tardó unos cientos de millones de años antes de que amainaran los asteroides y los volcanes y la vida fuera posible, podría ser que el primer trozo de la existencia del universo estuviera lleno de acontecimientos catastróficos como los brotes de rayos gamma que incinerasen todo alrededor de vez en cuando e impidiesen que la vida se desarrollase más allá de una cierta fase. Tal vez ahora nos encontramos en un cambio de fase astrobiológica y esta es la primera vez que una forma de vida ha podido evolucionar tanto tiempo ininterrumpidamente.

3. Estamos jodidos (el Gran Filtro está por delante de nosotros)

Si no somos ni excepcionales ni precoces, los pensadores del Grupo 1 concluyen que el Gran Filtro debe estar en nuestro futuro. Esto sugeriría que la vida evoluciona periódicamente hasta donde estamos nosotros, pero que algo impide a la vida avanzar más allá y alcanzar una inteligencia superior en casi todos los casos —y es poco probable que nosotros seamos una excepción.

Un Gran Filtro futuro posible es un suceso natural catastrófico que ocurra periódicamente, como los brotes de rayos gamma que mencionamos antes, solo que desafortunadamente aún no han acabado y es solo cuestión de tiempo antes de que toda la vida de la Tierra sea aniquilada por uno de ellos. Otro candidato es la posible fatalidad de que casi todas las civilizaciones acaben autodestruyéndose una vez alcanzan un cierto nivel de tecnología.

Esto es por lo que el filósofo de la Universidad de Oxford Nick Bostrom dice que “el que no haya noticias es una buena noticia”. El descubrimiento de incluso vida sencilla en Marte sería devastador, porque eliminaría una gran cantidad de potenciales Grandes Filtros detrás de nosotros. Y si encontrásemos vida compleja fosilizada en Marte, Bostrom dice que “sería de lejos la peor noticia jamás impresa en la portada de un periódico”, porque significaría que el Gran Filtro estaría casi definitivamente por delante de nosotros —condenando a la larga a la especie. Bostrom cree que cuando se trata de la paradoja de Fermi, “el silencio del cielo nocturno vale oro”.

Grupo 2 de explicaciones: las civilizaciones inteligentes Tipo II y III están ahí fuera -y hay razones lógicas por las que podríamos no saber de ellas.

Las explicaciones del Grupo 2 eliminan cualquier noción de que somos excepcionales o los primeros de nada —por el contrario, creen en el principio de mediocridad, cuyo punto de partida es que nuestra galaxia, sistema solar, planeta o nivel de inteligencia no tienen nada de inusual ni de excepcional hasta que se demuestre lo contrario. También son mucho menos proclives a asumir que la falta de pruebas de seres de inteligencia superior sea una prueba de su no existencia —haciendo hincapié en el hecho de que nuestra búsqueda de señales se extiende solo hasta unos 100 años luz de lejos de nosotros (0,1% de la galaxia) y sugiriendo una serie de posibles explicaciones. He aquí diez:

Posibilidad 1) La vida super inteligente bien podría haber visitado ya la Tierra, pero antes de que estuviésemos aquí. En el gran contexto del universo, los seres humanos conscientes solo han estado presentes unos 50.000 años, un segundillo. Si hubo contacto antes de eso, podría haber hecho flipar a unos patos que habrían salido corriendo hacia el agua y ya. Además, la historia escrita solo se remonta 5.500 años —un grupo de cazadores-recolectores podría haber experimentado una movida muy loca con aliens, pero no tenían ninguna forma de contárselo a nadie del futuro.

Posibilidad 2) La galaxia ya ha sido colonizada, pero resulta que vivimos en una zona rural y desierta de la galaxia. Los europeos podrían haber colonizado las Américas mucho antes de que nadie en una pequeña tribu inuit en el extremo norte de Canadá se hubiera enterado de lo que había pasado. Podría haber un elemento de urbanización en los asentamientos interestelares de las especies superiores, en que todos los sistemas solares cercanos son colonizados y comunicados entre sí, pero no sería práctico ni tendría sentido que nadie se dedicara a venir aquí a una parte remota de la espiral en la que vivimos.

Posibilidad 3) Todo el concepto de colonización física le resulta un concepto delirantemente atrasado a las especies más avanzadas. ¿Recuerdas la imagen de la civilización Tipo II de antes con la esfera sobre su estrella? Con toda esa energía, podrían haber creado el medio ambiente perfecto para sí mismos que satisficiera todas sus necesidades. Podrían tener formas demencialmente avanzadas de reducir su necesidad de recursos y ningún interés por dejar su feliz utopía para explorar el frío, vacío y subdesarrollado universo.

Una civilización aún más avanzada podría considerar todo el mundo físico como un lugar terriblemente primitivo, habiendo conquistado ya hace tiempo su propia biología y cargado sus cerebros en un paraíso de vida eterna en la realidad virtual. La vida en el mundo físico de la biología, mortalidad, deseos y necesidades podría ser para ellos como vemos nosotros a las especies oceánicas primitivas que viven en el mar gélido y oscuro. Para tu información, pensar en otra especie que haya dominado la mortalidad me hace sentir envidia y tristeza.

Posibilidad 4) Hay civilizaciones depredadoras aterradoras ahí fuera y la mayor parte de la vida inteligente sabe que es mejor no emitir señales al exterior y anunciar su ubicación. Este es un concepto desagradable y ayudaría a explicar la falta de señales recibidas por los satélites del SETI. También quiere decir que nosotros podríamos ser los novatos super ingenuos que están siendo increíblemente estúpidos y arriesgados al transmitir señales al exterior. Hay un debate ahora mismo sobre si deberíamos participar en METI (Messaging to Extraterrestrial Intelligence —lo contrario del SETI) o no, y la mayoría dice que no deberíamos. Stephen Hawking advierte de que “si los alienígenas nos visitasen, las consecuencias serían como cuando Colón llegó a América, lo que no salió muy bien para los nativos americanos”. Incluso Carl Sagan (un partidario por lo general de que cualquier civilización lo suficientemente avanzada para el viaje interestelar sería altruista, no hostil) llamó a la práctica de METI “profundamente imprudente e inmadura”, y recomendó que “los chicos más nuevos en un cosmos extraño e incierto deberían escuchar en silencio durante mucho tiempo, aprendiendo pacientemente sobre el universo y comparando apuntes, antes de gritarle a una jungla desconocida que no entendemos”. Miedo.

Posibilidad 5) Solo hay un caso de vida con inteligencia superior -una civilización “super depredadora” (como lo son los humanos aquí en la Tierra)- que está mucho más avanzada que todas las demás y se mantiene en esa posición exterminando cualquier civilización inteligente una vez pasan un cierto nivel. Esto sería una mierda. Podría ser así: exterminar a todas las inteligencias emergentes es un uso ineficiente de recursos, seguramente porque la mayoría se extinguen solas. Pero pasado un cierto punto, los super seres mueven ficha —porque para ellos, una especie inteligente emergente se vuelve como un virus una vez empieza a crecer y expandirse. Esta teoría sugiere que el que fuera el primero de la galaxia en alcanzar la inteligencia ganó, y ahora nadie más tiene ninguna posibilidad. Esto explicaría la falta de actividad ahí fuera porque el número de civilizaciones super inteligentes sería solo una.

Posibilidad 6) Hay un montón de actividad y ruido ahí fuera, pero nuestra tecnología es demasiado primitiva y estamos prestando atención a las cosas equivocadas. Como si entrases en un edificio de oficinas moderno, encendieses un walkie-talkie, y cuando no escuchases ninguna actividad (que por supuesto no escucharías porque todo el mundo está hablando por WhatsApp, no usando walkie-talkies), concluyeras que el edificio debe de estar vacío. O tal vez, como ha señalado Carl Sagan, podría ser que nuestras mentes funcionan exponencialmente más rápido o más despacio que otra forma de inteligencia exterior —por ejemplo, ellos tardan 12 años en decir “Hola”, y cuando oímos esa comunicación, nos suena a ruido.

Posibilidad 7) Estamos contactando con otra vida inteligente, pero el gobierno lo oculta. Cuanto más leo sobre el tema, más me parece una teoría estúpida, pero tenía que mencionarla porque se habla mucho de ella.

Posibilidad. Las civilizaciones superiores son conscientes de nuestra existencia y nos están observando (también conocida como “la hipótesis del zoológico”). Por lo que sabemos, las civilizaciones super inteligentes existen en una galaxia firmemente regulada, y a nuestra Tierra la tratan como parte de un enorme parque natural protegido, con una política estricta de “se mira, pero no se toca” para planetas como el nuestro. Nosotros no los percibiríamos, porque si una especie mucho más lista quisiera observarnos, sabría hacerlo fácilmente sin que nosotros nos diéramos cuenta. A lo mejor hay una regla parecida a la “Primera Directiva” de Star Trek, que prohíbe a los seres super inteligentes establecer ningún contacto abierto con especies inferiores como nosotros o mostrarse de ningún modo hasta que la especie inferior haya alcanzado cierto nivel de inteligencia.

Posibilidad 9) Las civilizaciones superiores están aquí, a nuestro alrededor. Pero somos demasiado primitivos como para percibirlas. Michio Kaku lo resume así:

Digamos que hay un hormiguero en medio del bosque. Y justo al lado del hormiguero construyen una superautopista de diez carriles. Y la pregunta es “¿Serían las hormigas capaces de entender qué es una superautopista de diez carriles? ¿Serían capaces las hormigas de entender la tecnología y las intenciones de los seres que construyen la autopista a su lado?”.

Así que no es que no podamos recibir las señales del Planeta X usando nuestra tecnología, es que ni siquiera podemos comprender qué son los seres del Planeta X o lo que intentan hacer. Está tan por encima de nosotros que incluso si realmente hubieran querido explicárnoslo, sería como intentar enseñarle a las hormigas qué es internet.

Así mismo, esto podría responder también a “Bueno, si hay tantas sofisticadas civilizaciones Tipo III, ¿por qué no han contactado con nosotros todavía?”. Para responder a eso, preguntémonos —cuando Pizarro se adentró en Perú, ¿se paró un momento en un hormiguero a intentar comunicarse? ¿Fue magnánimo, intentando ayudar a las hormigas del hormiguero? ¿Se volvió hostil y frenó su misión original para ponerse a destrozar el hormiguero? ¿O fue el hormiguero completamente irrelevante para Pizarro? Esa podría ser nuestra situación.

Situación 10) Estamos completamente equivocados con respecto a nuestra realidad. Hay muchas maneras de las que podríamos simplemente estar totalmente equivocados en todo lo que pensamos. El universo podría parecer de una forma y ser cualquier otra cosa completamente diferente, como un holograma. O a lo mejor nosotros somos los alienígenas y nos han plantado aquí como un experimento o como una forma de fertilizante. Incluso existe la posibilidad de que todos formemos parte de una simulación por ordenador de algún investigador de otro mundo, y que otras formas de vida simplemente no hubieran sido programadas en la simulación.

Mientras nuestra posiblemente inútil búsqueda de inteligencia extraterrestre continúa, no estoy del todo seguro de mi postura. Francamente, descubrir tanto que estamos oficialmente solos en el universo como oficialmente acompañados por otros sería escalofriante, lo que es común a todas las tramas surrealistas listadas anteriormente —sea cual sea realmente la verdad, es alucinante.

Más allá de su sorprendente componente de ciencia ficción, la paradoja de Fermi también me deja un profundo sentimiento de humildad. No solo la típica humildad de “oh, sí, soy microscópico y mi existencia dura tres segundos” que siempre despierta el universo. La paradoja de Fermi revela una humildad más afilada y personal, una que solo puede darse tras pasarte horas de investigación, escuchando a los científicos más reconocidos de tu especie presentar teorías demenciales, cambiar de opinión una y otra vez y contradecirse violentamente unos a otros —recordándonos que las generaciones futuras nos verán igual que vemos nosotros a los antiguos que estaban seguros de que las estrellas eran la cara inferior de la bóveda del cielo, y pensarán “madre mía, realmente no tenían ni idea de lo que ocurría”.

Para agravar la situación, está el golpe a la autoestima de nuestra especie que conlleva toda esta charla de civilizaciones Tipo II y III. Aquí en la Tierra somos los reyes de nuestro pequeño mundo, orgullosos de reinar sobre el enorme grupo de imbéciles con los que compartimos planeta. Y en esta burbuja sin competencia y sin nadie que nos juzgue, es poco frecuente que nos enfrentemos al concepto de ser una especie dramáticamente inferior a nadie. Pero después de pasar mucho tiempo con las Civilizaciones Tipo II y III, nuestro poder y orgullo parece un poco como de David Brent.

Dicho esto, dado que mi perspectiva habitual es la de que la humanidad es una huérfana solitaria en una roca minúscula en medio de un universo desierto, la lección de humildad de que probablemente no seamos tan listos como creemos y la posibilidad de que mucho sobre lo que estamos seguros pueda estar equivocado, suena maravilloso. Deja la puerta abierta, aunque solo sea una rendija, a que tal vez, solo tal vez, puede que haya algo más de lo que nos damos cuenta.

Publica: emilio silvera

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Jun

24

¡La Vida en el Universo!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en ¡La vida! El misterio persiste    ~    Comentarios Comments (0)

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Seth Shostack, en su despacho del SETI en Silicon Valley
Seth Shostack, en su despacho del SETI en Silicon Valley. / P. X -S.

 

 

El SETI es el centro privado que heredó de la NASA el programa que escudriña el espacio en busca de una señal de radio de otra civilización. “Pensar que estamos solos en el Universo es como creer en milagros.

Algunos científicos lo llaman el efecto risitas. Es la reacción, inevitable para mucha gente, que se produce cuando alguien comienza a hablar de extraterrestres. Una media sonrisa, una risita apagada que inmediatamente anula el efecto de lo que se quiera decir. Los expertos en buscar vida en otros planetas están acostumbrados. Cuando le preguntan a Seth Shostak en una fiesta a qué se dedica, ¿qué dice? “Digo que arreglo coches”, bromea. Es más fácil eso que explicar que es el director del Instituto para la Búsqueda de Vida Inteligente Extraterrestre (SETI, en sus siglas en inglés).

Si hubiera una señal, sonaría como un tono, una flauta dentro del ruido”

El SETI es probablemente el lugar del mundo donde más en serio se toma esta cuestión. Situado en un edificio de oficinas en Mountain View, California, en el corazón de Silicon Valley, se trata de un centro privado que heredó lo que una vez fue un programa oficial de la NASA: escuchar el espacio en busca de una señal de radio de otra civilización. Su director será una de las dos o tres primeras personas en el mundo que se enterarán el día en que nos contacten los extraterrestres, algo que en este lugar no es una especulación, es una certeza.

La búsqueda de una señal desde el espacio comenzó en los años 60 del pasado siglo, cuando los extraterrestres ya habían invadido la cultura popular. “Era cultura pop, pero no tanto”, dice Shostak. “A mitad de siglo ya había científicos serios pensando en la posibilidad de vida en Marte”. Marconi o Tesla también habían teorizado sobre contactar con Marte. “La idea de la vida en el espacio es antigua. La idea de contactar con ellos es del último medio siglo”.

 

Antenas del telescopio Allen, en el norte de California, con las que el SETI escucha el universo en busca de una señal de vida. / SETI

 

Cuando Shostak se unió al SETI, en 1990, era un programa oficial de la NASA. Fue cancelado en 1992, apenas un año después de comenzar a escuchar, dentro de una negociación presupuestaria en el Congreso. Desde entonces, no se ha podido volver a presentar una propuesta para gastar dinero público en SETI sin ser víctima del efecto risitas. Fue un grupo de inversores de Silicon Valley los que retomaron el programa y lo mantienen con fondos privados. Shostak afirma que el programa federal se podría recuperar con un presupuesto de solo un millón de dólares al año. Pone como ejemplo que el Congreso encontró bien rápido los fondos para un programa que se dedica a vigilar asteroides cuando, en 1994, vieron las imágenes del cometa Shoemaker impactando contra Júpiter y provocando explosiones del tamaño de la Tierra: merecía la pena saber algo más de la trayectoria de los asteroides.

La física es igual en todas partes, damos por hecho que una civilización extraterrestre conoce la radio como conoce la rueda…

 

En el piso de Mountain View que hoy alberga el SETI hay pocas referencias a hombrecillos verdes. Las antenas están a 500 kilómetros hacia el norte. El ambiente de oficina está decorado con mapas celestes y fotos de lugares extremos de nuestro planeta. En una estantería se alinean lo que parecen globos terráqueos hasta que se miran de cerca. Son mapas globo de los planetas y lunas donde es más probable que haya vida, hechos con imágenes de satélite. Calisto, Europa, Ío, Ganímedes… Para el que solo conoce la capa más pop de la vida extraterrestre, el satélite Europa es el más famoso, desde que Arthur C. Clarke lo convirtió en el hogar de la próxima civilización del sistema solar en 2010: Odisea Dos. “Europa es uno de ellos, pero no necesariamente el mejor”, aclara Shostak.

El pasado marzo, Shostak escribió un artículo en The New York Times que abría el debate a un cambio de estrategia: enviar mensajes al espacio en vez de escuchar pasivamente. La mera posibilidad provocó un debate fenomenal, en el que personalidades como Elon Musk (SpaceX) o el astrónomo Geoff Marcy advertían de los peligros de exponernos a una civilización cuyas intenciones desconocemos. De repente, en los primeros meses de 2015, el debate sobre extraterrestres se ha vuelto muy serio. Shostak aclara que actualmente no están emitiendo señales, pero dice que hay quien quiere hacerlo en su equipo. Cree que “es más útil escuchar”, pero si se hiciera, propone emitir toda la información de los servidores de Google. Suele comparar su exploración con la de Cristóbal Colón: “Es como decirle a Colón: ‘mejor no vayas hacia el oeste porque puedes encontrarte con una civilización hostil que venga a Europa y la destruya”.

También se llega a la conclusión de que casi todas las estrellas similares al Sol tienen planetas a su alrededor. Hay un 17% de estrellas que tiene planetas …

Si miras a 100 estrellas, 20 de ellas tienen planetas como la Tierra

Otra cuestión es si esa supuesta civilización utilizará medios de comunicación que se puedan captar con las antenas que usamos. “La radio es como la rueda”, afirma Shostak. Si han llegado al nivel de civilización que les permita enviar mensajes por el espacio, forzosamente utilizan radio. “La física es igual en todas partes, damos por hecho que conocen la radio como conocen la rueda”. la búsqueda SETI da por hecho que hay otras formas de vida no muy lejanas, que alguna de ellas ha desarrollado una civilización inteligente al menos tan avanzada como el ser humano, y que tratan de explorar el universo igual que nosotros. Es una cuestión de estadística. “Si miras a 100 estrellas, 20 de ellas tienen planetas como la Tierra”, explica Shostak. “El análisis del telescopio Kepler revela que una de cada cinco estrellas tienen planetas que pueden tener vida. Eso son decenas de miles de posibilidades, solo en la Vía Láctea. Pueden ser estériles, pero eso nos convertiría en un milagro. Y en la ciencia, cuando crees en los milagros normalmente te equivocas”.

¿Y el día que llegue esa señal? El imaginario popular ve esa señal como una especie de borrón, un ruido confuso pero con alguna lógica interna que destaca entre el zumbido seco del universo. La película Contact (1997) obtuvo una nominación al Óscar al mejor sonido por su emocionante recreación de un supuesto contacto extraterrestre por radio. Pero el hombre que probablemente será el primero en escucharlo, Shostak describe así lo que lleva esperando toda su vida: “No buscamos sonidos, sino bandas, números. Si esos números se convierten en audio, suena ruido. Si hubiera una señal en él, sonaría como un tono, una flauta dentro del ruido”.

Una conversación con Seth Shostak una mañana de abril puede acabar en un debate sobre si la radio de ET era lo bastante potente como para llamar a su casa. Ha trabajado como asesor científico en películas (el remake de Ultimátum a la Tierra) y conoce y disfruta toda la cultura popular alrededor de los extraterrestres. Pero es absolutamente serio cuando afirma que encontraremos vida inteligente fuera de la Tierra, quizá antes de dos décadas, gracias al ritmo al que evoluciona la tecnología que escucha el universo y procesa el ruido. ¿Y qué pasará ese día? “Será noticia cinco días y luego cada uno volvería a lo suyo”.

Cuando el trabajo es imaginar extraterrestres

 

 

 

 

El SETI no solo se dedica a escuchar el universo. Alrededor de este programa trabajan unos 150 especialistas en distintos proyectos con aplicaciones en la búsqueda de vida extraterrestre. La mayoría son astrobiólogos, que desarrollan en estas instalaciones su trabajo sobre condiciones de vida extremas en la Tierra, un tipo de estudios que sirve para imaginar la vida que se podría generar en sistemas helados o ardientes. El español Pablo Sobrón trabaja en SETI desde 2012. “Mi trabajo se centra en explorar nuevas formas de vida en entornos inhóspitos de nuestro planeta como el Ártico, la Antártida, desiertos, montañas y el fondo oceánico”, explica Sobrón en un correo electrónico.

Sobrón está ahora en un grupo de investigación para explorar la vida en los océanos. “Los mejores escenarios para la evolución de vida en el sistema solar son posiblemente los océanos de los satélites Europa y Encedalus (Júpiter y Saturno, respectivamente). Estas dos lunas heladas albergan océanos de agua líquida bajo una corteza de hielo y es posible que existan chimeneas hidrotermales en el fondo de los mismos”, que es posiblemente el entorno en el que surgió la vida en la Tierra. “Por tanto, Europa y Encedalus son objetivos prioritarios en la búsqueda de vida fuera de la Tierra”.

En un despacho del SETI, por ejemplo, trabaja David Hinson, especialista en meteorología espacial. Una especie de hombre del tiempo de Marte. Su trabajo consiste en predecir el tiempo en la superficie, una información fundamental si uno quiere hacer aterrizar una nave allí. “Cuando iban a mandar la nave Viking a Marte, querían aterrizar en el sitio más seguro. La estructura atmosférica y los vientos en ese momento son muy importantes”.

En este lugar, la búsqueda de vida extraterrestre es una cuestión científica de primer orden. Hay alguien imaginando cómo sería una forma de vida en condiciones extremas y buscando respuestas en el fondo del océano o en las toberas de un avión, hay alguien intentando predecir el tiempo en esos lugares y, sobre todo, alguien escuchando, por si hubiera otros, en otro lugar, haciendo lo mismo.

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Jun

23

Siempre buscaremos nuevas teorías de la Física del Universo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (1)

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“… el Modelo Estándar es, en la historia, la más sofisticada teoría matemática sobre la naturaleza. A pesar de la palabra “modelo” en su nombre, el Modelo Estándar es una teoría comprensiva que identifica las partículas básicas y especifica cómo interactúan. Todo lo que pasa en nuestro mundo (excepto los efectos de la gravedad) es resultado de las partículas del Modelo Estándar interactuando de acuerdo con sus reglas y ecuaciones.”

 

En la serie rumores del saber del mundo que hemos ido dejando aquí, de manera esporádica, algunos retazos de ese saber que por el mundo, a lo largo y a lo ancho del discurrir del tiempo, han dejado los pueblos y civilizaciones que nos precedieron. Ellos sentaron las bases de lo que hoy somos. Hemos hablado aquí de los sumerios, egipcios, hindúes, chinos y de otras civilizaciones también misteriosas. Hemos dedicado algún tiempo al surgir de la escritura y de los números, sin dejar de lado a los grandes filósofos naturales que estudiaban la Naturaleza para tratar de desvelar sus secretos.

 

 

 

Tiempos de Oráculos y Deidades

 

Sin embargo, en Alejandría, las matemáticas o, al menos, los números,  tuvieron otro aspecto muy importante, y también muy diferente. Se trata de los denominados “misterios órficos” y su énfasis místico.

 

 

Una nueva clase de reacción de fisión nuclear observada en el CERN ha mostrado importantes puntos débiles en nuestro entendimiento actual del núcleo atómico. La fisión del mercurio-180 se suponía una reacción “simétrica” que daría lugar a dos fragmentos iguales, pero en lugar de ello ha producido dos núcleos con masas bastante diferentes, una reacción “asimétrica” que plantea un serio desafío a los teóricos.

 

 

Photograph taken inside the ISOLDE experimental hall at CERN

 

 

La Ciencia no duerme. En todo el mundo (ahora también fuera de él -en el espacio), son muchos los Científicos que trabajan de manera tenaz para buscar nuevas formas de alcanzar lo ahora inalcanzable y, para ello, se emplean las más sofisticadas estructuras técnicas de avanzados sistemas tecnológicos que hacen posible llegar allí donde nunca nadie había llegado.

 

 

 

Entre los teóricos, el casamiento de la relatividad general y la teoría cuántica es el problema central de la física moderna. A los esfuerzos teóricos que se realizan con ese propósito se les llama “supergravedad”, “súpersimetría”, “supercuerdas” “teoría M” o, en último caso, “teoría de todo o gran teoría unificada”.

 

 

Vista hemisférica de Venus. (Cortesía de NASA)

 

El segundo planeta a partir  del Sol. Tiene la órbita más circular de todos los planetas. Su albedo geométrico medio, 0,65, es el mayor de todos los planetas, como resultado de su cubierta de nubes blancas sin fracturas. En su máximo alcanza magnitud -4,7, mucho más brillante que cualquier otro planeta. Su eje de rotación está inclinado casi 180º con respecto a la vertical, de manera que su rotación es retrógrada. Rota alrededor de su eje cada 243 días, y, por tanto, muestra siempre la misma cara hacia la Tierra cuando los dos planetas se encuentran en su máxima aproximación.

La atmósfera de Venus es en un 96,5% de dióxido de carbono y un 3,5 de nitrógeno, con trazas de dióxido de azufre, vapor de agua, argón, hidrógeno y monóxido de carbono. La presión en la superficie es de 92 bares (es decir, 92 veces la presión a nivel del mar en la Tierra). La temperatura superficial promedio es de 460 ºC debido al “efecto invernadero” en la atmósfera del planeta. Los rayos son muy frecuentes. Existe una densa capa de nubes a una altitud de unos 45/65 Km. compuesta de ácido sulfúrico y gotitas de agua.

 

 

 

 

 

Mundos inimaginables que tendrán, como en el nuestro, formas de vida de una rica diversidad que ni podemos imaginar

 

Nuestros sueños de visitar mundos remotos, y, en ellos, encontrar otras clases de vida, otras inteligencias, es un sueño largamente acariaciado por nuestras mentes que se resisten a estar sólas en tan vasto Universo que, poseyendo miles de millones de mundos, también debe estar abarrotado de una diversidad de formas de vida que, al igual que ocurre aquí en la Tierra, pudieran (algunas de ellas) estar haciéndose la misma pregunta: ¿Estaremos sólos en tan inmenso Universo.

 

Siempre buscaremos nuevas teorías de la Física del Universo

Hace algún tiempo que los medios publicaron la noticias:

“Físicos británicos creen que el bosón de Higgs y su relación con la gravedad puede ser la clave para crear una ecuación única que explique el Universo entero.”

 

 

 

Imagen de Archivo donde Einstein escribe una ecuación sobre la densidad de la Vía Láctea en el Instituto Carnegie en Pasadena (California)

“La teoría del todo, también conocida como teoría unificada, fue el sueño que Einstein nunca pudo cumplir. Consiste en una teoría definitiva, una ecuación única que explique todos los fenómenos físicos conocidos y dé respuesta a las preguntas fundamentales del Universo. Esa teoría unificaría la mecánica cuántica y la relatividad general, dos conocimientos aceptados pero que describen el Cosmos de forma muy diferente. Albert Einstein no consiguió formularla. Tampoco nadie después de él, pero sigue siendo la ambición de muchos científicos. En este empeño, físicos de la británica Universidad de Sussex han dado un nuevo paso para probar que solo hay una fuerza fundamental en la naturaleza. Creen haber observado como el campo de Higgs interactúa con la Gravedad.”

Si hablamos de nuestra Galaxia, la Vía Láctea, lo havcemos de algo que tiene 100.000 millones de años-luz de diámetro y más de ciento cincuenta mil millones de estrellas, no digamos de mundos y otra infinidad de objetos de exótica estructura e increíbles conformaciones que, como los púlñsares, los agujeros negros o los manétares, no dejan de asombrarnos. Somos, una especie viviente que ha llegado a poder generar pensamientos y crear teorías encaminadas a descubrir la verdad de la Naturaleza, y, nuestra aparente “insignificante presencia”, podría ser un signo de que, el universo “ha permitido” observadores para que lo expliquen y se pueda comprender.

   Tenemos el Universo dentro de nuestras mentes

El universo es un lugar tan maravilloso, rico y complejo que el descubrimiento de una teoría final, en el sentido en el que está planteada la teoría de supercuerdas, no supondría de modo alguno el fin de la ciencia ni podríamos decir que ya lo sabemos todo y para todo tendremos respuestas.  Más bien será, cuando llegue, todo lo contrario: el hallazgo de esa teoría de Todo (la explicación completa del universo en su nivel más microscópico, una teoría que no estaría basada en ninguna explicación más profunda) nos aportaría un fundamento mucho más firme sobre el que podríamos construir nuestra comprensión del mundo y, a través de estos nuevos conocimientos, estaríamos preparados para comenzar nuevas empresas de metas que, en este momento, nuestra ignorancia no nos dejan ni vislumbrar. La nueva teoría de Todo nos proporcionaría un pilar inmutable y coherente que nos daría la llave para seguir explorando un universo más comprensible y por lo tanto, más seguro, ya que el peligro siempre llega de lo imprevisto, de lo desconocido que surge sin aviso previo; cuando conocemos bien lo que puede ocurrir nos preparamos para evitar daños.

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Algunos dicen que para cuando tengamos una Teoría de Todo, el mundo habrá cambiado, habrá pasado tanto tiempo que, para entonces, la teoría habrá quedado vieja y se necesitará otra nueva teoría más avanzada. Eso significa, si es así, que nunca tendremos una explicación de todo y siempre quedarán cuestiones enigmáticas que tendremos que tesolver. ¡Menos mal!

La búsqueda de esa teoría final que nos diga cómo es el Universo, el Tiempo y el Espacio, la Materia y los elementos que la conforman, las Fuerzas fundamentales que interaccionan con ella, las constantes universales y en definitiva, una formulación matemática o conjunto de ecuaciones de las que podamos obtener todas las respuestas, es una empresa nada fácil y sumamente complicada; la teoría de cuerdas es una estructura teórica tan profunda y complicada que incluso con los considerables progresos que se han realizado durante las últimas décadas, aún nos queda un largo camino antes de que podamos afirmar que hemos logrado dominarla completamente. Se podría dar el caso de que el matemático que encuentre las matemáticas necesarias para llegar al final del camino, aún no sepa ni multiplicar y esté en primaria en cualquier escuela del mundo civilizado. Por otra parte, siempre andamos inventando ecuaciones para todo, que expliquen este o aquel enigma que deseamos conocer.

 

Lo cierto es que, no conocemos el futuro que le espera a la Humanidad pero, tal desconocimiento no incide en el hecho cierto de que siempre estemos tratando de saber el por qué de las cosas y, seguramente, si Einstein hubiera conocido la existencia de las cuatro fuerzas fundamentales, habría podido avanzar algo más, en su intento de lograr esa ecuación maravillosa que “todo” lo pudiera explicar.

Muchos de los grandes científicos del mundo (Einstein entre ellos), aportaron su trabajo y conocimientos en la búsqueda de esta teoría, no consiguieron su objetivo pero sí dejaron sus ideas para que otros continuaran la carrera hasta la meta final. Por lo tanto, hay que considerar que la teoría de cuerdas es un trabajo iniciado a partir de las ecuaciones de campo de la relatividad general de Einstein, de la mecánica cuántica de Planck, de las teorías gauge de campos, de la teoría de Kaluza-Klein, de las teorías de… hasta llegar al punto en el que ahora estamos.

La armoniosa combinación de la relatividad general y la mecánica cuántica es un éxito muy importante. Además, a diferencia de lo que sucedía con teorías anteriores, la teoría de cuerdas tiene la capacidad de responder a cuestiones primordiales que tienen relación con las fuerzas y los componentes fundamentales de la naturaleza. Allí, en sus ecuaciones,  aparece el esquivo gravitón implicándo con ello que la teoría contiene implicitamente una teoría cuántica de la Gravedad.

                                                     Ahora, en la nueva etapa del LHC, tratarán de buscar partículas supersimétricas

Igualmente importante, aunque algo más difícil de expresar, es la notable elegancia tanto de las respuestas que propone la teoría de cuerdas, como del marco en que se generan dichas respuestas. Por ejemplo, en la teoría de cuerdas muchos aspectos de la Naturaleza que podrían parecer detalles técnicos arbitrarios (como el número de partículas fundamentales distintas y sus propiedades respectivas) surgen a partir de aspectos esenciales y tangibles de la geometría del universo. Si la teoría de cuerdas es correcta, la estructura microscópica de nuestro universo es un laberinto multidimensional ricamente entrelazado, dentro del cual las cuerdas del universo se retuercen y vibran en un movimiento infinito, marcando el ritmo de las leyes del cosmos.

Lejos de ser unos detalles accidentales, las propiedades de los bloques básicos que construyen la naturaleza están profundamente entrelazadas con la estructura del espacio-tiempo. En nuestro Universo, aunque no pueda dar esa sensación a primera vista, cuando se profundiza, podemos observar que, de alguna manera, todo está conectado, de la misma manera, nuestras mentes son parte del universo y, en ellas, están todas las respuestas.

Claro que, siendo todos los indicios muy buenos, para ser serios, no podemos decir aún que las predicciones sean definitivas y comprobables para estar seguros de que la teoría de cuerdas ha levantado realmente el velo de misterio que nos impide ver las verdades más profundas del universo, sino que con propiedad se podría afirmar que se ha levantado uno de los picos de ese velo y nos permite vislumbrar algo de lo que nos podríamos encontrar, a través de esa fisura parece que se escapa la luz de la comprensión que, en su momento, se podría alcanzar.

          Muchos sueñan con encontrar esa Teoría del Todo

Mientras que la soñada teoría llega, nosotros estaremos tratando de construir ingenios que como el GEO600, el más sensible detector de ondas gravitacionales que existe ( capaz de detectar ínfimas ondulaciones en la estructura del espacio-tiempo ), nos pueda hablar de otra clase de universo. Hasta el momento el universo conocido es el que nos muestran las ondas electromagnéticas de la luz pero, no sabemos que podríamos contemplar si pudiéramos ver ese otro universo que nos hablan de la colisión de agujeros negros…por ejemplo.

GEO 600

La teoría de cuerdas, aunque en proceso de elaboración, ya ha contribuido con algunos logros importantes y ha resuelto algún que otro problema primordial como por ejemplo, uno relativo a los agujeros negros, asociado con la llamada entropía de Bekenstein-Hawking, que se había resistido pertinazmente durante más de veinticinco años a ser solucionada con medios más convencionales. Este éxito ha convencido a muchos de que la teoría de cuerdas está en el camino correcto para proporcionarnos la comprensión más profunda posible sobre la forma de funcionamiento del universo, que nos abriría las puertas para penetrar en espacios de increíble “belleza” y de logros y avances tecnológicos que ahora ni podemos imaginar.

Como he podido comentar en otras oportunidades, Edward Witten, uno de los pioneros y más destacados experto en la teoría de cuerdas, autor de la versión más avanzada y certera, conocida como teoría M, resume la situación diciendo que: “la teoría de cuerdas es una parte de la física que surgió casualmente en el siglo XX, pero que en realidad era la física del siglo XXI“.

Witten, un físico-matemático de mucho talento, máximo exponente y punta de lanza de la teoría de cuerdas, reconoce que el camino que está por recorrer es difícil y complicado. Habrá que desvelar conceptos que aún no sabemos que existen.

 

Ellos nos legaron parte de las teorías que hoy manejamos en el mundo para tratar de conocer el Universo pero, sigue siendo insuficientes… ¡Necesitamos Nuevas Teorías! que nos lleven al conocimientos más profundos de la realidad en que se mueve la Naturaleza, sólo de esa manera, podremos seguir avanzando.

El hecho de que nuestro actual nivel de conocimiento nos haya permitido obtener nuevas perspectivas impactantes en relación con el funcionamiento del universo es ya en sí mismo muy revelador y nos indica que podemos estar en el buen camino al comprobar que las ecuaciones topológicas complejas de la nueva teoría nos habla de la rica naturaleza de la teoría de cuerdas y de su largo alcance. Lo que la teoría nos promete obtener es un premio demasiado grande como para no insistir en la búsqueda de su conformación final.

La expansión del universo se ha estudiado de varias maneras diferentes, pero la misión WMAP completada en 2003, representa un paso importante en la precisión y los resultados presentados hasta el momento con mayor precisión para saber, en qué clase de Universo estamos, cómo pudo comenzar y, cuál podría ser su posible final. Todo ello, es un apartado más de ese todo que tratamos de buscar para saber, en qué Universo estamos, cómo funcionan las cosas y por qué lo hacen de esa determinada manera y no de otra diferente.

         La relatividad general nos dijo cómo era la geometría del Universo

El universo, la cosmología moderna que hoy tenemos, es debida a la teoría de Einstein de la relatividad general y las consecuencias obtenidas posteriormente por Alexandre Friedmann. El Big Bang, la expansión del universo, el universo plano y abierto o curvo y cerrado, la densidad crítica y el posible Big Crunch.

Un comienzo y un final que abarcará miles y miles de millones de años de sucesos universales a escalas cosmológicas que, claro está, nos afectará a nosotros, insignificantes mortales habitantes de un insignificante planeta, en un insignificante sistema solar creado por una insignificante y común estrella.

 

                   Pero… ¿somos en verdad tan insignificantes?

Los logros alcanzados hasta el momento parecen desmentir tal afirmación, el camino recorrido por la humanidad no ha sido nada fácil, los inconvenientes y dificultades vencidas, las luchas, la supervivencia, el aprendizaje por la experiencia primero y por el estudio después, el proceso de humanización (aún no finalizado), todo eso y más nos dice que a lo mejor, es posible, pudiera ser que finalmente, esta especie nuestra pudiera tener un papel importante en el conjunto del universo. De momento y por lo pronto ya es un gran triunfo el que estemos buscando respuestas escondidas en lo más profundo de las entrañas del cosmos.

Tengo la sensación muy particular, una vez dentro de mi cabeza, un mensaje que no sé de dónde pero que llega a mi mente que me dice de manera persistente y clara que no conseguiremos descubrir plenamente esa ansiada teoría del todo, hasta tanto no consigamos dominar la energía de Planck que hoy por hoy, es inalcanzable y sólo un sueño.

Sus buenas aportaciones a la Física fueron bien recompensadas de muchas maneras.

En mecánica cuántica es corriente trabajar con la constante de Planck racionalizada,  (ħ = h/2p = 1’054589×10-34 Julios/segundo), con su ley de radiación (Iv = 2hc-2v3/[exp(hv/KT)-1]), con la longitud de Planck , con la masa de Planck, y otras muchas ecuaciones fundamentales para llegar a lugares recónditos que, de otra manera, nunca podríamos alcanzar.

Todo lo anterior son herramientas de la mecánica cuántica que en su conjunto son conocidas como unidades de Planck, que como su mismo nombre indica son un conjunto de unidades, usado principalmente en teorías cuánticas de la gravedad, en que longitud, masa y tiempo son expresadas en múltiplos de la longitud, masa y tiempo de Planck, respectivamente. Esto es equivalente a fijar la constante gravitacional (G), como la velocidad de la luz (c), y la constante de Planck racionalizada (ħ) iguales todas a la unidad.  Todas las cantidades que tienen dimensiones de longitud, masa y tiempo se vuelven adimensionales en unidades de Planck. Debido a que en el contexto donde las unidades de Planck son usadas es normal emplear unidades gaussianas o unidades de Heaviside-Lorentz para las cantidades electromagnéticas, éstas también se vuelven adimensionales, lo que por otra parte ocurre con todas las unidades naturales. Un ejemplo de esta curiosidad de adimiensionalidad, está presente en la constante de estructura fina (2pe2/hc) de valor 137 (número adimensional) y cuyo símbolo es la letra griega a (alfa).

Estas unidades de Planck nos llevan a la cosmología del nacimiento del universo y nos proporciona un marco elegante, coherente y manejable mediante cálculos para conocer el universo remontándonos a los primeros momentos más breves posteriores a la explosión o Big Bang. El tiempo de Planck por ejemplo, expresado por , tiene un valor del orden de 10-43 segundos, o lo que es lo mismo, el tiempo que pasó desde la explosión hasta el tiempo de Planck fue de: 0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.001 de 1 segundo. En la fórmula, G es la constante universal de Newton, ħ es la constante de Planck racionalizada y c es la velocidad de la luz.

Es una unidad de tiempo infinitesimal, como lo es el límite de Planck que se refiere al espacio recorrido por un fotón (que viaja a la velocidad de la luz) durante una fracción de tiempo de ínfima duración y que es de 0,000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.001 de cm.

Algunas veces insisto en explicar sobre las unidades de Planck para que el lector llegue a comprender, que no siempre todos los números y cantidades han sido inventos del hombre y, en esas unidades, sólo podemos ver la mano de la Naturaleza que nos dice, cómo son las cosas.

Hasta tal punto llegan los físicos en sus cálculos para tratar de adecuar los conocimientos a la realidad por medio del experimento. Buscamos incansables…¡las respuestas! Hasta que no podamos tocar con nuestras propias manos esa partícula final…

Sin embargo, cuando hablamos de estas unidades tan pequeñas, no debemos engañarnos. Precisamente, para tratar de llegar hasta esos límites tan profundos se necesitan máquinas que desarrollan inmensas energías: los aceleradores de partículas, que como el Fermilab o el LHC en el CERN, han facilitado a los físicos experimentadores entrar en las entrañas de la materia y descubrir muchos de los secretos antes tan bien guardados. Ahora, disponiendo de 14 TeV, tratán de nbuscar partículas supersimñétricas y el origen de la “materia oscurta”.

Desgraciadamente, aún no se han fabricado aceleradores tan potentes como para poder detectar la partícula de Higgs, esa partícula responsable de proporcionar masa a todas las demás partículas. Y, por supuesto, más lejos queda la posibilidad de que podamos construir un acelerador que pudiera alcanzar la energía de Planck, del orden de 1019 eV (1 eV = 10-19 julios) = 1’60210×10-19. Hoy por hoy, ni nuestra tecnología ni todos los recursos que tenemos disponibles si empleáramos todo el presupuesto bruto de todos los países del globo unidos, ni así digo, podríamos alcanzar esta energía necesaria para comprobar experimentalmente la existencia de “cuerdas” vibrantes que confirmen la teoría de Todo.

Claro que, pudiera ser que, todo se pudiera alcanzar de manera mucho más simple y que, teniéndolo a la vista, no hemos sabido ver. Habrá que agudizar el ingenio para resolver estas y otras cuestiones que, como la de la Velocidad de la Luz, nos tienem atados y bien atados a este granito de arena inmerso en un vasto universo y que, nosotros, llamamos mundo.

emilio silvera

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Jun

23

¡La Luz! ¡La Mecánica Cuántica! Nuestro Universo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (0)

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El universo primitivo, en una espectacular imagen en 3D


                      Cuando en nuestro Uni9verso quedaron libres los fotones… ¡Se hizo la Luz!

En alguna parte he podido leer que para comprender la realidad en sus niveles más elementales, basta con conocer el comportamiento de dos infinitesimales objetos: el electrón y el fotón. Todo el argumento de la QED [electrodinámica cuántica] gira en torno a un proceso fundamental: la emisión de un único fotón por un único electrón.

Cuando el movimiento de un electrón es alterado súbitamente, puede responder desprendiendo un fotón. La emisión de un fotón es el suceso básico de la mecánica cuántica:

 Un equipo de científicos lograron filmar por primera vez un electrón en movimiento gracias a una tecnología reciente que genera pulsos cortos e intensos de luz láser.

Toda la luz visible que vemos, así como las ondas de radio, la radiación infrarroja y los rayos X, está compuesta de fotones que han sido emitidos por electrones, ya sea en el Sol, el filamento de una bombilla, una antena de radio o un aparato de rayos.

Los electrones no son las únicas partículas que pueden emitir fotones. Cualquier partícula eléctricamente cargada puede hacerlo, incluido el protón. Esto significa que los fotones pueden saltar entre dos protones o incluso entre un protón y un electrón. Este hecho es de enorme importancia para toda la ciencia y la vida en general. El intercambio continuo de fotones entre el núcleo y los electrones atómicos proporciona la fuerza que mantiene unido al átomo. Sin estos fotones saltarines, el átomo se desharía y toda la materia dejaría de existir.

Foto

Se ha conseguido observar por primera vez la desintegración radiativa del neutrón.
Dentro de los núcleos de los átomos hay neutrones y protones. En condiciones normales y mientras que están ahí los neutrones son estables. Sin embargo los neutrones libres son inestables, tienen una vida media de unos 10 minutos, y se desintegran produciendo un protón un electrón y un antineutrino. Pero los físicos nucleares teóricos predijeron que una de cada mil veces los neutrones decaerían en todas esas partículas y además en un fotón.

Foto Típicamente el neutrón decae en un protón, un antineutrino y un electrón. Muy raramente lo hace radiativamente emitiendo además un fotón. Diagrama: Zina Deretsky, National Science Foundation.

Mientras que un electrón pertenece al grupo de partículas llamadas fermiones, los fotones pertenecen a la familia de los bosones. Intentemos comprender esta película que es la intermediaria de todas las formas de radiación electromagnética.

…protagonizada por bosones…

Los fermiones hacen posible la materia “al estilo tradicional”, mientras que los bosones son elementos muy raros desde la forma de pensar a que estamos acostumbrados el común de los mortales. Para no complicarnos, la tabla periódica de elementos existe porque los fermiones no pueden “ser iguales”: no pueden solaparse uno sobre otro y se repelen si los obligamos. Es lo que damos por hecho cuando hablamos de materia, que cada pedazo de ésta ocupa su lugar y tiene sus propias cualidades.

Toda la materia que conocemos, la que forma las estrellas y los mundos y las galaxias, esa que llamamos luminosa o bariónica, la que emite radiación, está hecha de Leptones y Quarks, partículas que son Fermiones, y, esas otras partículas intermediarias de las cuatro fuerzas fundamentales, son las que pertenecen a la familia de los Bosones, tales como el Fotón, las W+, W- y Zº, los Gluones y el Gravitón.

Los bosones carecen de este sentido de la individualidad que tienen los Fermiones, digamos que poseen “alma grupal” y, en su estado más puro, todos forman una misma “superpartícula”.

Para entenderlo mejor, conviene recordar que las partículas no son bolitas como nos siguen enseñando en la escuela, sino que más allá de esta imagen existen como ondas o, al menos, sus funciones se equiparan al comportamiento de una onda.

En la década de 1920, Albert Einstein y el hindú Satyendra Nath Bose pronosticaron un quinto estado de la materia: el condensado de Bose-Einstein (BEC), el cual fue conseguido en laboratorio en 1995, algo que le valió el premio Nobel de 2001 a los científicos que lo lograron.

Un condensado de Bose-Einstein es un estado de la materia que se da en ciertos materiales a muy baja temperatura. En este estado de la materia, todos los átomos que lo constituyen se encuentran en el nivel de mínima energía, denominado estado fundamental. Descubierto en 1924 para los fotones por el indio Bose y por Einstein, no fue obtenido en laboratorio hasta 1995 por Cornell y Wieman al enfriar átomos a pocos nanokelvin por encima del cero absoluto. El condensado de Bose-Einstein fue la “molécula del año” según la revista Science en 1995 ya que se trata de un sistema cuántico macroscópico similar a una molécula pero con millones de átomos. Un átomo en un gas se mueve a una velocidad de unos unos 1000 km/h (unos 300 m/s) pero un condensado de Bose-Einstein se mueve a sólo 1 cm/s. Un condensado de Bose-Einstein es respecto a la materia ordinaria, como la luz de un láser es respecto a la de una bombilla. Gracias a ello se puede fabricar un láser de átomos, que en lugar de producir un haz de luz como un láser óptico, produce un haz (coherente) de átomos. En 1997 Ketterle fabricó el primer láser de átomos que producía un haz de átomos de sodio.

Cuando ciertas formas de materia [bosones] se enfrían hasta casi el cero absoluto, sus átomos se ponen en el estado de energía más baja, de modo que todos sus átomos vibran al unísono y se hacen coherentes. Las funciones de onda de todos los átomos se solapan, de manera que, en cierto sentido, un BEC [condensado de Bose-Einstein] es como un “superátomo” gigante en donde todos los átomos individuales vibran al unísono.

Al enfriar los átomos, su velocidad disminuye hasta que las longitudes de onda de cada uno de ellos se vuelven casi planas, superponiéndose unas a otras para formar una única onda que los describe a todos.

Así que un BEC se forma cuando los átomos en un gas sufren la transición de comportarse como “bolas de billar” al estilo de la física clásica, a comportarse como una onda gigante de materia al estilo de mecánica cuántica:

Si creamos dos BECs y los colocamos juntos, no se mezclan como gases ordinarios ni rebotan como lo harían dos sólidos. Donde los dos BECs se superponen, ellos “interfieren” como las ondas: delgadas capas paralelas de materia son separadas por capas delgadas de espacio vacío. El patrón se forma porque las dos ondas se suman donde sus crestas coinciden, y se cancelan donde una cresta se encuentra con un valle — a lo cual llamamos interferencia “constructiva” y “destructiva” respectivamente. El efecto es similar al de dos ondas que se superponen cuando dos piedras son lanzadas a un lago.


…ambientada en el vacío…

Y ahora, retrocedamos un poco más en este asunto del misterio que nos ocupa. Gracias a la tecnología láser, la física ha podido comprobar el extremo poder de la luz. Los láseres pueden hacer que las partículas virtuales se vuelvan reales. Pero, primero, aclaremos conceptos…

Las “Partículas virtuales”son partículas fundamentales que están constantemente surgiendo aparentemente de la nada y permanecen en el espacio-tiempo la friolera de una milésima de trillonésima de segundo –una cantidad que se forma poniendo una veintena de ceros a la derecha de la coma—. A pesar de denominarse “virtuales”, sus efectos son muy reales: la constante agitación de este burbujeo cuántico de partículas hace que el vacío tenga energía. Y esto es algo que afecta a la realidad, pues en ésta las fuerzas de atracción y repulsión dependen de la masa, y la masa no es sino energía expresada en unidades diferentes: E=mc².

Partículas virtuales que surgen de la NADA. Claro que, en la NADA no hay…¡Nada!

En el uso corriente la palabra vacío significa espacio vacío, espacio del que se ha extraído todo el aire, vapor de agua u otro material. Eso es también lo que significa para un físico experimental que trabaja con tubos de vacío y bombas de vacío. Pero para un físico teórico, el término vacío tiene muchas más connotaciones. Significa una especie de fondo en el que tiene lugar el resto de la física. El vacío representa un potencial para todas las cosas que pueden suceder en ese fondo. Significa una lista de todas las partículas elementales tanto como de las constantes de la Naturaleza que se pondrían de manifiesto mediante experimentos en dicho vacío. En resumen, significa un ambiente en el que las leyes de la física toman una forma particular. Un vacío diferente significa leyes de la física diferentes; cada punto en el paisaje representa un conjunto de leyes que son, con toda probabilidad, muy diferentes de las nuestras pero que son, en cualquier caso, posibilidades consistentes. El modelo estándar es meramente un punto en el paisaje de posibilidades.


La energía del vacío es, por tanto, la suma total de las energías de todas las partículas posibles. Es la llamada “energía oscura” que hace que el universo se expanda, haciendo frente a la atracción de la gravedad, y que proporciona alrededor del 80% de la materia-energía al universo –un 26% es “materia oscura”, y sólo un 4% es la materia conocida hasta el momento—.

Pero, ¿cómo una partícula virtual se convierte en real? Es decir, ¿cómo queda “atrapada” en el espacio-tiempo de forma más estable?

¡Los fotones de Yang-Mills adquieren su masa y el principio gauge se sigue cumpliendo! Al principio esta visión no mereció la atención que merecía. Por una parte, la gente pensó que el modelo era feo. El principio gauge estaba ahí, pero ya no era el tema central. El “Campo de Higgs” había sido puesto ahí “a propósito” y la “partícula de Higgs”, en sí misma, no era una “partícula gauge”

La Teoría de la Sipersimetría establece que, por cada partícula de materia, nace una gemela de antimateria. La antimateria es igual que la materia, pero con carga opuesta. Por ejemplo, el electrón tiene carga negativa, y su partícula de antimateria, el positrón, positiva. Materia y antimateria se aniquilan mutuamente pero, por algún motivo aún no aclarado, la simetría se rompió en algún momento, surgiendo más materia que antimateria, de ahí que nuestro universo, materia, pueda existir.

Pero hay algo más en todo esto. Y para ello, la luz es la clave.

Controlar los estados cuánticos macroscópicos de osciladores micromecánicos no es fácil; hacerlo con luz (fotones) requiere el acoplamiento coherente entre …

Una de los modelos teóricos elaborados para superar la visión de la gravedad de Einstein indica que los fotones de los rayos gamma de alta energía viajarían algo más despacio que los de baja energía, lo que viola el axioma del sabio alemán acerca de que toda radiación electromagnética, desde las ondas radio hasta los rayos gamma, viajan en el vacío a la misma velocidad (la de la luz). Sin embargo, no ha sido verificado mediante experimento, con lo cual, Einstein sigue teniendo razón.

… protagonizada por la “luz” como la propia …

Ya en los años 30, los físicos predijeron que un campo eléctrico muy fuerte, que no es sino un espacio alterado por la actividad de un montón de fotones coordinados, podría impulsar a las partículas virtuales con carga opuesta en diferentes direcciones, impidiendo que la materia y la antimateria se aniquilen.

Según el efecto de creación de pares,   un fotón con energía suficiente, lo que equivale a tener el doble de la energía que posee un electrón en reposo, da lugar a una pareja de electrón y positrón.

Aunque esto ya se consiguió en los años 90 a pequeña escala, gracias al desarrollo de la tecnología láser los científicos creen que estarán cerca de conseguir crear materia “en serie” mediante este proceso en unos pocos años.

Sabemos desde 1932, que un fotón gama con suficiente energía, puede formar un par de antipartículas, al interactuar con un átomo masivo, como el plomo. Pero el problema no termina, sino que, el electrón formado por un rayo gama, no interactúa con este tipo de fotón (gama), sino uno de luz visible,

Por otra parte, una vez que existen las partículas, los fotones interactúan sin cesar con ellas, siendo absorbidos y emitidos por las mismas de manera ininterrumpida.

Y de ello nace el movimiento gracias al cual todo existe en el espacio-tiempo. Sin movimiento, nuestra realidad desaparecería.

La carencia de masa de un fotón está ligada a su movimiento. Para que un cuerpo alcance la velocidad de la luz, su masa ha de ser cero. Y, como Einstein explicó en su día, la luz se mueve siempre a la velocidad de la luz. Si pretendemos que un fotón se pare, en lugar de ralentizarse observaremos que desaparece. Y, como se ha dicho al principio, si estos “fotones saltarines”  desaparecieran, toda la materia dejaría de existir.

Su esencia es el movimiento y su misión, según parece, hacer girar la rueda de la existencia.

Ello es así debido al impacto de los fotones sobre las partículas elementales. La energía transmitida por un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda. Cuanto menos longitud de onda, más energía. Así, un fotón de luz visible tiene la energía suficiente para hacer reaccionar a un bastón de la retina. Si nos movemos en el espectro electromagnético, los fotones con longitud de onda ultravioleta pueden expulsar a los electrones de los átomos. Más allá, los rayos gamma pueden romper protones y neutrones…

Y ahora, vayamos al meollo de la cuestión e indaguemos en la cita con que se iniciaba este artículo: ¿qué hace que los electrones absorban y emitan fotones? Esto, en otros términos, vendría a ser lo mismo que preguntarnos: ¿por qué existe nuestro universo?

…con un misterio: el 137…

¿Qué determina el momento exacto en que un electrón emite un fotón? La física cuántica dice que nada lo hace, pues la Naturaleza es caprichosa en sus niveles más elementales. Aunque no es caótica en extremo, sólo probabilística.

A diferencia de la física newtoniana, la mecánica cuántica nunca predice el futuro en función del pasado. En su lugar, ofrece reglas muy precisas para computar la probabilidad de varios resultados alternativos de un experimento.

Y la probabilidad de que un electrón emita o absorba un fotón es la constante de estructura fina. El valor de esa constante es 1/137.

En otras palabras, sólo un afortunado electrón de cada 137 emite un fotón. Este es el significado de alfa: es la probabilidad de que un electrón, cuando se mueve a lo largo de su trayectoria, emita caprichosamente un fotón.

El inverso de la constante de estructura fina es 137. Desde su descubrimiento, éste número ha traído de cabeza a los grandes científicos.

\alpha^{-1} = 137.035 999 710 (96)

 

No puedo recordar si fue  Richard Feynman o León Lederman, quien sugirió que todos los físicos pusiesen un cartel en sus despachos o en sus casas que les recordara cuánto es lo que no sabemos. En el cartel no pondría nada más que esto: 137. Ciento treinta y siete es el inverso de algo que lleva el nombre de constante de estructura fina. Este número guarda relación con la probabilidad de que un electrón emita o absorba un fotón. La constante de estructura fina responde también al nombre de alfa, y sale de dividir el cuadrado de la carga del electrón por el producto de la velocidad de la luz y la constante de Planck. Tanta palabra no significa otra cosa sino que ese solo número, 137, encierra los meollos del electromagnetismo (el electrón), la relatividad (la velocidad de la luz) y la teoría cuántica (la constante de Planck). Menos perturbador sería que la relación entre todos estos importantes conceptos hubiera resultado ser un uno o un tres o quizás un múltiplo de pi. Pero ¿137?

… es un número que determina la fuerza de una interacción) y equivale a 1/137,03599911.

“Lo más notable de este notable número es su adimensionalidad. La velocidad de la luz es de unos 300.000 kilómetros por segundo. Abraham Lincoln medía 1,98 metros. La mayoría de los números vienen con dimensiones. Pero resulta que cuando uno combina las magnitudes que componen alfa, ¡se borran todas las unidades! El 137 está solo: se exhibe desnudo a donde va. Esto quiere decir que a los científicos de Marte, o a los del decimocuarto planeta de la estrella Sirio, aunque usen Dios sabe qué unidades para la carga y la velocidad y qué versión de la constante de Planck, también les saldrá 137. Es un número puro.”

(Leon Ledderman, La partícula divina)

Uno de los padres de la mecánica cuántica, Wolfgang Pauli, se obsesionó tanto con este número que dijo que, de poder hacerle una pregunta a Dios, sería esta: “¿Por qué 137?”

Gracias a su gran amistad con Carl G. Jung, Pauli conoció el mundo “alternativo” de los estudios sobre la psique y accedió a la tradición esotérica que ha acompañado al hombre desde el principio de los tiempos. Es así como supo que 137 se aproxima al valor correspondiente al ángulo áureo. Esto es, la versión circular del número áureo  o φ (phi).

Sin fotones… ¡El Universo sería inestable, sería otro universo diferente!

En realidad, el ángulo de oro es, más o menos, 137,5º, y está presente en todo proceso natural donde se dé una combinación de espirales. Así, por ejemplo, las hojas de una planta surgen a lo largo del tallo cada 137,5º, pues así se logra la mayor eficiencia de espacio y de captación de la luz solar, ya que únicamente con éste ángulo es posible evitar que ninguna hoja obstaculice a las demás en la toma de luz sin que existan espacios muertos o vacíos.

Esta semejanza entre los valores de la constante de estructura fina y el ángulo áureo llevó a la doctora Raji Heyrovska  a buscar el ángulo áureo en el universo atómico (véase versión en español de su estudio).

Que esto sea así no debería extrañarnos, pues si el número áureo es una constante en toda la Naturaleza, su versión angular es la apropiada para estar presente en el universo cuántico, donde, recordemos, los elementos básicos de la realidad se reducen a funciones de onda.

…y un final místico.

Los fotones no tienen masa ni carga eléctrica. Sin embargo, pueden “extraer” del vacío partículas con masa y carga, tanto negativa como positiva.

Más allá de la matería y la energía, del tiempo y del espacio, el concepto de función de onda nos introduce en una realidad abstracta de donde surge todo.Y si, como hemos dicho, a menor longitud de onda mayor energía, también es posible afirmar que, en eso que David Bohm llamaba “orden implicado”, cuanto menor es la longitud de una onda cuántica, mayor es la presencia de masa en el espacio-tiempo.

Para la física, las matemáticas se han mostrado como la realidad que subyace a la materia. Todo se puede reducir a números, entidades que forman y organizan el espacio-tiempo. En este nivel de realidad, ni la materia ni la energía existen como tales, sino que demuestran ser el resultado de la interacción de entidades abstractas.

En esta pasión por los números, no podemos evitar recordar la versión cabalística de la filosofía perenne. Para la Kabbalah, lo divino responde a la “Nada”, ya que lo trascendente no puede ser aprehendido desde nuestra posición en el mundo finito.

En el momento de la Creación, la luz infinita se habría divido, quedando encerrada en conductos que, al romperse, producen la materia y, en definitiva, la fractura de la unidad primordial de la luz.

Esta materia o qelippot, en el sentido de “conchas” o caparazones que “encierran” la luz y rompen la harmonía unitaria de la luz, es el origen del mundo, de su finitud y causa del mal en la realidad no-divina. El mundo creado es así una fractura de la harmonía de la luz que crea la diferenciación y la tensión entre unas cosas y otras: este es el origen del mal, de la falta de harmonía que debe recuperarse en el curso de la historia.


La Kabbalah enseña, según esto, el camino para desarrollar la Vasija interior donde recibir la Luz, la cual, según va llenando dicha vasija, nos acerca a la unidad del Espíritu. Es así que la Luz, al tiempo que “absorbida” por el alma, puede ser “proyectada” en el mundo mediante los actos del hombre trascendido.

Que la luz ha sido usada por todos los movimientos espirituales para referirse a lo divino es algo que a nadie se le escapa. La imagen que la Kabbalah ofrece aquí no es muy diferente de la que podríamos encontrar en textos rosacruces o en escritos orientales, entre otros.

Sin embargo, si esta vez he preferido usar el hermetismo hebreo es, como he mencionado, por su pasión hacia los números. Y es que el valor numérico para el término hebreo de “kabbalah” (cuya traducción es “recepción”) es…

como muchos ya sabrán…

Efectivamente…

137.

Ciencia y tradición hermética unidas por un número que, en ambas, define la interacción entre luz y materia.

Cosas…

Luz que, también en ambos casos, procede de la Nada.

Decía Jung que el espacio y el tiempo son conceptos hipostasiados, fenómenos que hemos decidido convertir en reales. La física teórica y la consolidación de la mecánica cuántica han dejado claro, a lo largo de las últimas décadas, que toda esta realidad por la que combatimos, matamos, morimos, odiamos, repudiamos, humillamos, codiciamos, envidiamos o ansiamos consiste, simplemente, en Nada.

Nada…

Una ilusión de la psique por la que renunciamos a indagar en el misterio de la Vida y nuestra experiencia momentánea en el espacio-tiempo se convierte en un vagar ausentes, asumiendo que todo es un sinsentido.

A veces, en momentos de bajón, me pregunto si no será por eso por lo que, casi cien años después, nos siguen diciendo que la física cuántica es muy complicada para que lleguemos a entenderla…

Lo más triste, sin embargo, es que lo aceptamos…

Todo esto lo he leido o aprendido de gente que son más sabias que yo, ideas que tienen sus fuentes en trabajos realizados con la misión y el propósito de desvelar los secretos de la Naturaleza para saber, como es el Universo.

Lo conseguiremos alguna ve?

emilio silvera

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