Los bosques y otra vegetación en tierra actualmente eliminan hasta el 30 por ciento de las emisiones humanas de dióxido de carbono de la atmósfera durante la fotosíntesis. Si la tasa de absorción fuera más lenta, la tasa de calentamiento global a su vez se aceleraría.

El nuevo estudio es el primero en idear una forma de hacer comparaciones del tipo “manzanas con manzanas” respecto de los cálculos de dióxido de carbono de muchas fuentes en diferentes escalas: modelos informáticos de procesos del ecosistema, modelos atmosféricos llevados hacia atrás en el tiempo para deducir las fuentes de las concentraciones actuales (llamados modelos inversos), imágenes satelitales, datos de parcelas de bosque experimental y mucho más. Los investigadores conciliaron todos los tipos de análisis y evaluaron la exactitud de los resultados tomando como base cuán bien reprodujeron las mediciones independientes hechas en tierra. Obtuvieron así su nueva estimación de la absorción del carbono tropical de los modelos que ellos determinaron eran los más confiables y verificados.

“Hasta nuestro análisis, no se había llevado a cabo con éxito una conciliación global de la información sobre los efectos del dióxido de carbono de las comunidades relacionadas con la atmósfera, la silvicultura y los modelos”, dijo el coautor Joshua Fisher, del JPL. “Es increíble que todos estos tipos de orígenes de datos independientes empiecen a converger en una respuesta”.

La pregunta sobre qué tipo de bosque es el que absorbe la mayor cantidad de carbono “no es sólo una curiosidad contable”, señaló el coautor Britton Stephens, del Centro Nacional para la Investigación Atmosférica (National Center for Atmospheric Research, en idioma inglés), ubicado en Boulder, Colorado. “Tiene grandes implicaciones para poder comprender si los ecosistemas terrestres globales podrían seguir compensando nuestras emisiones de dióxido de carbono o podrían comenzar a agravar el cambio climático”.

A medida que las emisiones causadas por los seres humanos agregan más dióxido de carbono a la atmósfera, los bosques en todo el mundo lo utilizan para crecer más rápidamente, reduciendo así la cantidad que permanece en el aire. Este efecto se denomina fertilización carbónica. “En igualdad de condiciones, el efecto es más fuerte a temperaturas más altas, lo que significa que será mayor en los trópicos que en los bosques boreales”, expresó Schimel.

Pero el cambio climático también disminuye la disponibilidad de agua en algunas regiones y hace que la Tierra se caliente, lo que da lugar a incendios forestales más frecuentes y más grandes. En los trópicos, los seres humanos agravan el problema con la quema de madera durante la deforestación. Los incendios no sólo detienen la absorción del carbono al matar los árboles, sino que también arrojan grandes cantidades de carbono a la atmósfera mientras la madera se quema.

Durante alrededor de 25 años, la mayoría los modelos climáticos informáticos han mostrado que los bosques de latitudes medias del hemisferio norte absorben más carbono que los bosques tropicales. Ese resultado se basó inicialmente en lo que se conocía sobre los flujos globales de aire y en los datos limitados que sugerían que la deforestación hacía que los bosques tropicales liberaran más dióxido de carbono que el que estaban absorbiendo.

A mediados de la década de 2000, Stephens utilizó mediciones del dióxido de carbono llevadas a cabo desde algunas aeronaves con el fin de mostrar que muchos modelos climáticos no representaban de manera correcta los flujos de carbono por encima del nivel del suelo. Los modelos que coincidían con las mediciones hechas por los aviones fueron los que mejor mostraron la mayor absorción de carbono en los bosques tropicales. Sin embargo, aún no había suficientes conjuntos de datos globales como para validar la idea de una gran absorción por parte de los bosques tropicales. Schimel dijo que su nuevo estudio sacó ventaja de una gran cantidad de trabajo que otros científicos han realizado desde el trabajo de Stephens para reunir datos nacionales y regionales de varios tipos con el propósito de formar conjuntos de datos y convertirlos en datos contundentes y globales.

Schimel señaló que su trabajo concilia los resultados en todas las escalas, desde los poros de una sola hoja, donde la fotosíntesis se lleva a cabo, hasta todo el planeta Tierra, a medida que el aire mueve el dióxido de carbono alrededor del globo. “Lo que habíamos tenido hasta este trabajo era una teoría de la fertilización con dióxido de carbono basada en fenómenos a escala microscópica y observaciones a escala mundial que parecían contradecir esos fenómenos. Aquí, al menos, hay una hipótesis que proporciona una explicación coherente que incluye lo que conocemos del funcionamiento de la fotosíntesis y lo que está pasando a escala planetaria”.

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          Catherine Heymans, física, y especialista en materia oscura en la Fundación BBVA, en Madrid

Pregunta. Su trabajo consiste en ir más allá del modelo estándar de física que explica muy bien el comportamiento de la materia visible, pero ignora qué es esa materia oscura que tiene efectos en cómo se mueven las galaxias, y la energía oscura que hace que el universo se expanda cada vez más rápido. ¿Qué sabemos de esos dos componentes oscuros del universo?

Respuesta. Conocemos la materia oscura desde hace más tiempo que la energía oscura y hemos tenido más tiempo para investigarla y descartar teorías. Ahora estamos llegando al punto donde si nuestras mejores teorías sobre lo que es la materia oscura fuesen ciertas, deberíamos haber encontrado ya la partícula que compone la materia oscura en el CERN, debería haber sido detectada ya en uno de los aceleradores. Pero no ha sido así. Eso sugiere que nuestros modelos de la materia oscura no son suficientes y necesitamos teorías más complejas.

La energía oscura por otro lado es un mundo de misterio completamente nuevo y excitante. La energía oscura es algo que conocemos desde hace algo menos de veinte años. Ahora estamos acumulando datos con diferentes formas de detectarla para tratar de descubrir su origen.

Hay gente que está tratando de unir las dos cosas, encontrar una teoría que las pueda explicar a la vez. Pero hay todo un zoológico de teorías diferentes tratando de explicar sus componentes.

“Aunque no se hayan probado experimentalmente, se han utilizado simulaciones por ordenador de miles de millones de partículas de materia oscura para confirmar que el modelo de materia oscura fría de la formación de estructuras es consistente con las estructuras observadas en el Universo mediante las observaciones de galaxias, como la Sloan Digital Sky Survey y la 2dF Galaxy Redshift Survey, así como las observaciones del bosque Lyman-alfa. Estos estudios han sido cruciales en la construcción del modelo Lambda-CDM que mide los parámetros cosmológicos, incluyendo la parte del Universo formada por bariones y la materia oscura.” (Esto es un añadido que no forma parte de la entrevista, y, nos demuestra que, los científicos andan muy perdidos y no saben cómo será esa realidad que persiguen).

P. Con lo que sabemos ahora sobre la materia oscura, ¿cree que seremos capaces de detectarla pronto?

R. El CERN ya ha realizado obras de mejora desde que encontraron el bosón de Higgs y van a hacer una más en breve. Esperaban encontrar partículas de materia oscura con la mejora actual y no lo han logrado. Quizá con la siguiente lo consigan, pero ya han descartado los modelos más simples que tratan de explicar la materia oscura y se están empezando a preocupar porque habitualmente los modelos más simples suelen ser los correctos.

P. ¿Será necesaria una nueva teoría física como la de la Relatividad de Einstein para comprender la materia y la energía oscuras?

R. La Relatividad General es una de las teorías mejor comprobadas. Explica muy bien cómo giran los planetas alrededor del sol o cómo se curva la luz que llega desde las estrellas. Pero solo trata de una parte diminuta de nuestro universo en una región muy densa de nuestra galaxia. ¿Quién puede decir si la gravedad funcionaría igual a una escala mayor? Nunca se ha puesto a prueba.

Lo que estamos haciendo ahora es llevar a cabo nuevos mapas para probar el funcionamiento de la gravedad a gran escala en nuestro universo. Podría ser que la gravedad funciona diferente en un lugar muy denso con gran cantidad de materia como nuestra galaxia que en otros lugares. Einstein dijo que la gravedad curva el espacio y el tiempo del mismo modo, que no había diferencia entre el espacio y el tiempo. Sin embargo, sabemos que es diferente. El tiempo solo se mueve en una dirección, pero puedo saltar en cualquier dirección en el espacio. Quizá la gravedad funciona diferente en el espacio y el tiempo. Estas son las preguntas que estamos haciendo. Estamos en una etapa en la que no entendemos lo que vemos, así que tenemos que cuestionar el núcleo de nuestra comprensión de la física para tratar de entender lo que vemos.

P. ¿Están buscando algún tipo de observación específica?

R. La técnica de la que he sido pionera durante mi carrera es el efecto de lente gravitacional. La idea es que miras a galaxias en el universo muy lejano, y vemos que hay cúmulos de materia oscura en medio. Cuando la luz de estas galaxias viaja hasta el observador se curva por los efectos de la gravedad. Lo que hacemos es tomar imágenes de millones de galaxias en el universo lejano y luego estudiamos cómo se ha curvado y distorsionado la luz que llega hasta nosotros. Eso nos permite hacer un mapa de toda la materia oscura entre nosotros y el universo lejano.

Las galaxias viven en el interior de la materia oscura y se están moviendo. Cuanta más materia oscura hay, más rápido se mueve la galaxia. Esa es otra forma de medir la gravedad. Lo que hacemos es combinar esas dos medidas, el de la lente gravitacional y el movimiento de las galaxias que nos permite medir directamente la gravedad en grandes escalas, tanto en el espacio como en el tiempo. Eso nos permite ver si la gravedad está evolucionando con el tiempo y si afecta de manera distinta al espacio y al tiempo.

La energía oscura es una forma de materia o energía presente en todo el espacio, produciendo una presión que tiende a acelerar la expansión del universo, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva. Considerar la existencia de la energía oscura es la manera más frecuente de explicar las obervaciones recientes de que el universo parece estar en expansión acelerada. Según el modelo estándar de la cosmología, la energía oscura aporta casi tres cuartas partes de la masa-energía total del universo.

El término materia oscura alude a la materia cuya existencia no puede ser detectada mediante procesos asociados a la luz, es decir, no emiten ni absorben radiaciones electromagnéticas, así como no interaccionan con ella de modo que se produzcan efectos secundarios que se puedan observar; esta materia ha sido inferida solamente a través de sus efectos gravitacionales.
La materia oscura se divide en materia oscura bariónica y materia oscura no bariónica. La no bariónica a su vez, se divide en tres partes. La materia no bariónica caliente, la cual se mueve ultrarrelativistamente, la materia no bariónica templada, que se mueve relativistamente, y la materia bariónica fría, que no se mueve relativistamente.

De acuerdo con las observaciones actuales de estructuras de una galaxia, así como la cosmología del Big Bang, se ha determinado que la materia oscura ocuparía un 21% de la masa del Universo observable y la energía oscura un 70%, lo que hace entre las dos un 91% de materia del Universo.

No se debe confundir la energía oscura con la materia oscura, ya que, aunque ambas forman la mayor parte de la masa del Universo, la materia oscura es una forma de materia, mientras que la energía oscura se asocia a un campo que ocupa todo el espacio

                                          Historia de la energía oscura

España está involucrada en un proyecto llamado Euclid. Es un gran proyecto europeo que consiste en un telescopio espacial que se lanzará en 2020. Va a hacer una exploración de todo el cielo. Con esos datos vamos a poder ver cómo la gravedad está curvando el espacio-tiempo y cómo eso cambia con el tiempo, y esperamos que nos permita comprender el origen de esta materia oscura y probar estas teorías que pueden ayudar a explicar la materia oscura y la energía oscura. Necesitamos más datos para confrontar la diversidad de teorías que tenemos.

P. Si tuviese que elegir una teoría sobre lo que es la energía oscura, ¿cuál sería?

R. La explicación más simple es que esta energía extra procede del vacío. Hay grandes regiones de nuestro universo en las que no hay absolutamente nada, no hay gas, ni materia oscura, nada de nada. Pero la física cuántica nos dice que puedes tener partículas virtuales que pueden surgir y desaparecer, como si apareciese en el espacio por arte de magia. Parece una locura, pero es un fenómeno que hemos medido en laboratorios. Tienes un vacío y a través de fluctuaciones cuánticas se crean partículas en él. Si estas partículas virtuales aparecen, le dan energía al sistema, algo que puede causar una expansión que crea más vacío y más oportunidades para que estas partículas aparezcan. Es como que tienes esta máquina de movimiento perpetuo porque cuanto más rápido se expande el universo, más vacío se genera y más oportunidades se crean para que existan estas partículas virtuales que acaban produciendo más energía.

Esa es la teoría más simple. Es muy bonita y tiene base en nuestra comprensión de la física cuántica, pero el problema es que si calculas cuánta energía debería crear este mecanismo, nuestro universo no existiría porque se habría expandido hasta su desaparición hace tiempo. La energía oscura que medimos y causa esta aceleración es en realidad muy pequeña, un millón de veces más pequeña de lo que cabría esperar.

A la mayoría de los astrónomos les gusta esta teoría y piensan que es la mejor para explicar la energía oscura, pero de alguna manera ignoran el hecho de que estos números son incorrectos. La gente cree que cuando tengamos mejores medidas, se verá que estas teorías son las mejores para explicar nuestras observaciones.

Otra explicación es la que tiene en cuenta la existencia de múltiples universos. En el universo temprano tenemos el Big Bang. Nuestras mejores teorías nos dicen que el universo experimentó entonces un rápido periodo de inflación. Nuestro entendimiento fundamental de la física puede explicar esa inflación, pero es muy difícil detenerlo.

Muchas teorías sobre la inflación predicen que no se creará un solo universo sino muchos. Eso sugiere que no somos el único universo sino que hay otros. Hay una teoría según la cual cada vez que se crea un universo hay una nueva configuración de las constantes fundamentales que guían nuestro entendimiento de la física. La gravedad nos pega al suelo, pero en otro universo podría ser mucho más fuerte, que tengamos distintas constantes en distintos universos.

                                 Las distinas escalas del Universo

Y podría ser que este universo particular tiene una energía oscura muy extraña, y en estos múltiples universos la energía oscura existe, pero con diferente fuerza. La razón por la que estamos aquí es porque estamos en un universo en el que la energía oscura es baja y las estrellas y las galaxias se pueden formar y los planetas se pueden formar y la vida puede existir. Vivimos en un universo que es adecuado para la vida y eso podría ser una explicación por la que la energía oscura es tan débil. No me gusta esa teoría porque es difícil de poner a prueba, pero es una solución posible al problema. También aborda otras cuestiones como que muchas de las otras constantes fundamentales que explican nuestro universo son muy apropiadas para la vida. Si cambias estos parámetros aunque sea de una forma muy pequeña, las estrellas no se formarían, el ADN no se formaría.

Los universos (como los mundos), unos tendrán vida y otros nacerán muertos (Un adorno a la entrivsta)

P. ¿Cree que las leyes de la física son arbitrarias, que podrían ser distintas en cada uno de esos universos?

R. Las leyes serían algo estable, pero las constantes variarían. La gravedad puede ser más fuerte o más débil en otros universos. Las leyes fundamentales de la física están bien ancladas a la lógica, pero lo que no se comprende es por qué tienen la fuerza que tienen. Pero hay muchos astrónomos a los que no les gusta esta idea porque no la pueden probar.

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ABC – Ciencia

Científicos dan los primeros pasos para explorar el potencial clima de «Próxima B»

El planeta fue descubierto en agosto de 2016 y se piensa que es de tamaño similar a la Tierra, creando la posibilidad de que podría tener una atmósfera similar a la de la Tierra

La misión para descubrir si un planeta que orbita a nuestra estrella vecina más cercana, Próxima Centauri (a entre 4,2 años luz o 25 trillones de millas de la tierra), tiene el potencial para sustentar la vida ha dado un nuevo giro emocionante. El planeta fue descubierto en agosto de 2016 y se piensa que es de tamaño similar a la Tierra, creando la posibilidad de que podría tener una atmósfera similar a la de la Tierra.

Científicos de la Universidad de Exeter se han embarcado en sus primeros pasos para intentar explorar el potencial clima del exoplaneta, conocido como Próxima B. Los primeros estudios han sugerido que el planeta está en la zona habitable de su estrella Róxima Centauri, la región donde, dada una atmósfera similar a la Tierra y una estructura adecuada, recibiría la cantidad correcta de luz para albergar agua líquida en su superficie.

Ahora, el equipo de expertos en astrofísica y meteorología ha emprendido nuevas investigaciones para explorar el potencial clima del planeta, hacia el objetivo a más largo plazo de revelar si tiene potencial para sustentar vida. Utilizando el modelo unificado ‘Met Office Unified Model’, que se ha empleado con éxito para estudiar el clima de la Tierra durante varias décadas, el equipo simuló el clima de Próxima B si tuviera una composición atmosférica similar a nuestra propia Tierra.

Las simulaciones dicen que podría ser habitable

 

 

 

 

El equipo también exploró una atmósfera mucho más simple, que comprende nitrógeno con trazas de dióxido de carbono, así como variaciones de la órbita de los planetas, lo que les permitió comparar y ampliar estudios anteriores. Esencialmente, los resultados de las simulaciones mostraron que Próxima B podría tener el potencial de ser habitable y podría existir en un régimen climático notablemente estable.

Sin embargo, los investigadores -cuyo trabajo se revela en un artículo que se publica este martes en la revista ‘Astronomy & Astrophyics’- reconocen que queda mucho más trabajo por hacer para entender realmente si este planeta puede apoyar o de hecho alberga la vida de alguna forma.

El doctor Ian Boutle, autor principal del artículo, explica: «Nuestro equipo de investigación examinó una serie de escenarios diferentes de la probable configuración orbital del planeta usando un conjunto de simulaciones, así como examinar cómo se comportaría el clima si el planeta estuviera ‘bloqueado gravitacionalmente’ (donde un día tiene la misma longitud que un año). También observamos cómo una órbita similar a Mercurio, que gira tres veces sobre su eje para cada dos órbitas alrededor del sol (resonancia 3:2), afectaría el entorno».

               La Estrella Próxima Centauri está situada a 4,2 años luz de nuestro Sistema solar

«Una de las principales características que distingue a este planeta de la Tierra es que la luz de su estrella está principalmente en el infrarrojo cercano. Estas frecuencias de luz interactúan mucho más fuertemente con el agua de vapor y dióxido de carbono en la atmósfera que afecta al clima que emerge en nuestro modelo», subraya.

              Solo en la Vía Láctea pueden existir decenas de miles de planetas aptos para la Vida

Usando el software de ‘Met Office,’ el modelo unificado, el equipo encontró que las configuraciones de resonancia tridimensional y 3:2 se dan en regiones del planeta capaces de albergar agua líquida. Sin embargo, el ejemplo de resonancia 3:2 resultó en áreas más sustanciales del planeta que caían dentro de este intervalo de temperaturas. Además, detectaron que la expectativa de una órbita excéntrica podría conducir a un mayor aumento en la «habitabilidad» de este mundo.

El doctor Nathan Mayne, responsable científico del modelado de exoplanetas en la Universidad de Exeter y autor del artículo, añade: «Con el proyecto que tenemos en Exeter estamos tratando no sólo de comprender la diversidad algo desconcertante de los exoplanetas que se están descubriendo, sino mejorar esperanzadamente nuestra comprensión de nuestro propio clima y cómo evolucionará».

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Nuestro Universo es de Luz, todo lo que podemos observar es posible gracias a la luz que incide en los objetos y se refleja en nuestras retinas, así podemos contemplar los planetas y las estrellas del cielo y cualquier coda que, hecha de materia boriónica, es decir, materia radiante, se deja ver por nosotros. Decía  Leonard Susskind que, para comprender la realidad en sus niveles más elementales, basta con conocer el comportamiento de dos elementos: el electrón y el fotón.

Todo el argumento de la electrodinámica cuántica (QED) 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:

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.

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 existencia…

…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.

En cambio, los bosones carecen de este sentido de la individualidad, 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.

Imagínese una taza de té caliente, las partículas que contiene circulan por toda la taza. Sin embargo cuando se enfría y queda en reposo, las partículas tienden a ir en reposo hacia el fondo. Análogamente, las partículas a temperatura ambiente se encuentran a muchos niveles diferentes de energía. Sin embargo, a muy bajas temperaturas, una gran proporción de éstas alcanza a la vez el nivel más bajo de energía, el estado fundamental. (Fuente: wikipedia)

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:

Distribución de momentos que confirma la existencia de un nuevo estado de agregación de materia, el condensado de Bose-Einstein. Datos obtenidos en un gas de átomos de Rubidio, la coloración indica la cantidad de átomos a cada velocidad, con el rojo indicando la menor y el blanco indicando (la mayor). Las áreas blancas y celestes indican las menores velocidades. A la izquierda se observa el diagrama inmediato anterior al condensado de Bose-Einstein y al centro el inmediato posterior. A la derecha se observa el diagrama luego de cierta evaporación, con la sustancia cercana a un condensado de Bose-Einstein puro. El pico no es infinitamente angosto debido a la relación de indeterminación de Heisen:berg: dado que los átomos están confinados en una región del espacio, su distribución de velocidades posee necesariamente un cierto ancho mínimo. La distribución de la izquierda es para T > Tc (sobre 400 nanokelvins (nK)), la central para T < Tc (sobre 200 nK) y la de la derecha para T << Tc (sobre 50 nK)

Un BEC es un grupo de unos cuantos millones de átomos que se unen para formar una sola onda de materia de aproximadamente un milímetro de diámetro.  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…

El hecho de que se puedan intercambiar partículas virtuales modifica el vacío alrededor de los átomos, y esto lleva a una fuerza. De las llamadas fluctuaciones de vacío pueden surgir, partículas virtuales y quién sabe que cosas más… Hasta un nuevo Universo.

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.

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 tomada como la base para la constante cosmológica. A nivel experimental, la energía del punto cero genera el efecto Casimir, … Se dice que:

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?

La teoría de cuerdas, también llamada de supercuerdas, pues la supersimetría es necesaria para incluir los quarks y otros fermiones, es una teoría …

La teoría de la supersimetría 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.

Si nos movemos en el espectro electromagnético, los fotones con longitud de onda ultravioleta pueden expulsar a los electrones de los átomos. Pero veámos.

…starring “light” as itself…

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. Por otra parte, una vez que existen las partículas, los fotones interactuan 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.

 Así, si el fotón tiene suficiente energía, el par será electrón-positrón, caso contrario será un par virtual (absorción), si la energía del fotón fuere mayor, la diferencia estará dada por la velocidad opuesta de las antipartículas (masa de las antipartículas), correspondiente a la energía “sobrante” de acuerdo a E=mc². Si la energía del fotón fuere suficiente, como para llegar al umbral mínimo, se creará un protón-antiprotón, y si fuere mayor, se manifestará en velocidad opuesta (masa de las antipartículas). La energía del fotón (cantidad de movimiento, efecto Compton) será la energía correspondiente al total de las dos antipartículas (masa, E=mc²)

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…

Cuando la tensión llega a un punto insostenible la corteza de neutrones revienta en un temblor estelar, dejando escapar rayos gamma y rayos X. En una potencia descomunal capaz de destruir otras particulas cuando interaccionan.

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.

La constante de estructura fina fue introducida en la física en 1916 por Arnol Sommerfeld, como una medida relativista de las desviaciones en las lineas espectrales atómicas de las predicciones hechas por el modelo de Bohr.

Históricamente, la primera interpretación física de la constante de estructura fina, , fue el cociente de la velocidad del electrón en la primera órbita circular del átomo de Bohr relativista con la velocidad de la luz  en el vacío. De igual forma, era el cociente entre el momento angular mínimo permitido por la relatividad para una órbita cerrada bajo fuerza electromagnética y el momento angular mínimo permitido por la mecánica cuántica. Aparece de forma natural en el análisis de Sommerfeld y determina el tamaño de la separación o  estructura fina de las lineas espectrales del hidrógeno.

La QED predice una relación entre el momento magnético  sin dimensiones del electrón (o el g-factor de Lande, ) y la constante de estructura fina . Una nueva medida de usando un ciclotrón cuántico de un electrón, junto con un cálculo QED que involucra 891diagrama de Feynman, determina el valor actual más preciso de :

esto es, una medida con una precisión de 0.70 partes por mil millones. Las incertidumbres son 10 veces más pequeñas que aquellas de los métodos rivales más próximos. Las comparaciones de los valores medidos y los calculados de suponen un test muy fuerte de QED, y ponen un límite para cualquier estructura interna del electrón posible.

En 2010, el científico John Webb publicó un estudio en el que revelaba datos que afirmaban que la constante no era igual en todo el universo y que se observaban cambios graduales en torno a un eje concreto de éste.

Algunos científicos sostienen que las constantes de la naturaleza no sean en realidad constantes, y la constante de estructura fina no escapa a estas afirmaciones.

Físicos de la University of New Wales (UNSW) tienen una teoría cuando menos controvertida, y es la de que la constante de estructura fina, α (alpha), en realidad no es constante. Y estudian los alrededores de una enana blanca lejana, con una gravedad más de 30.000 veces mayor que la de la tierra, para comprobar su hipótesis.

Recientemente, la detección de los mapas de enlace-dimensional de la constante de estructura fina

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.

Fue Richard Feynman, precisamente, 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?

“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).

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.

Fuentes diversas.

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