Archaeopteryx eslabón perdido entre dinosaurios y aves. Y, el posible eslabón perdido de nuestra especie, los humanos que, todavía nos preguntasmos: ¿De dónde venimos?

[?]

“Inicialmente, se presenta, de modo simplificado, el Modelo Estándar como una teoría sofisticada que identifica las partículas elementales y sus interacciones. Después, en el ámbito de esa teoría, se enfocan aspectos –el vacuo no es vacío; partículas desnudas y vestidas; materia oscura y viento oscuro; materia y antimateria; el campo y el bosón de Higgs; neutrinos oscilantes– que pueden ser motivadores desde el punto de vista de la enseñanza y del aprendizaje de la Física. Finalmente, se discute la probable superación de esa teoría por otra más completa.”

“… 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.”

La Física actual busca una teoría más amplia que el modelo estándar . Una teoría que dé una descripción completa, unificada y consistente de la estructura fundamental del universo. ¿Será la compleja Teoría de cuerdas,que integra también la interacción gravitaroria?

El modelo estándar es una poderosa herramienta pero no cumple todas las expectativas; no es un modelo perfecto. En primer lugar, podríamos empezar por criticar que el modelo tiene casi veinte constantes que no se pueden calcular. Desde luego, se han sugerido numerosas ideas para explicar el origen de todos estos parámetros o números inexplicables y sus valores, pero el problema de todas estas teorías es que los argumentos que dan nunca han sido enteramente convincentes. ¿Por qué se iba a preocupar la naturaleza de una fórmula mágica si en ausencia de tal fórmula no hubiera contradicciones? Lo que realmente necesitamos es algún principio fundamental nuevo, tal como el principio de la relatividad, pero no queremos abandonar todos los demás principios que ya conocemos. Ésos, después de todo, han sido enormemente útiles en el descubrimiento del modelo estándar. El mejor lugar para buscar un nuevo principio es precisamente donde se encuentran los puntos débiles de la presente teoría y, construímos máquinas como el LHC para que nos diga lo que no sabemos.

Una regla universal en la física de partículas es que para partículas con energías cada vez mayores, los efectos de las colisiones están determinados por estructuras cada vez más pequeñas en el espacio y en el tiempo. El modelo estándar es una construcción matemática que predice sin ambigüedad cómo debe ser el mundo de las estructuras aún más pequeñas. Pero existen varias razones para sospechar que sus predicciones pueden, finalmente (cuando podamos emplear más energía en un nivel más alto), resultar equivocadas.

Vistas a través del microscopio, las constantes de la naturaleza parecen estar cuidadosamente ajustadas sin ninguna otra razón aparente que hacer que las partículas parezcan lo que son. Hay algo muy erróneo aquí. Desde un punto de vista matemático no hay nada que objetar, pero la credibilidad del modelo estándar se desploma cuando se mira a escalas de tiempo y longitud extremadamente pequeñas, o lo que es lo mismo, si calculamos lo que pasaría cuando las partículas colisionan con energías extremadamente altas. ¿Y por qué debería ser el modelo válido hasta aquí? Podrían existir muchas clases de partículas súper pesadas que no han nacido porque se necesitan energías aún inalcanzables. ¿Dónde está la partícula de Higgs? ¿Cómo se esconde de nosotros el gravitón?

Parece que el Modelo estándar no admite la cuarta fuerza y tendremos que buscar más profundamente, en otras teorías que nos hablen y describan además de las partículas conocidas de otras nuevas que están por nacer y que no excluya la Gravedad. Ese es el Modelo que necesitamos para conocer mejor la Naturaleza.

Claro que las cosas no son tan sencilla y si deseamos evitar la necesidad de un delicado ajuste de las constantes de la naturaleza, creamos un nuevo problema: ¿cómo podemos modificar el modelo estándar de tal manera que el ajuste fino no sea necesario? Está claro que las modificaciones son necesarias, lo que implica que muy probablemente haya un límite más allá del cual el modelo tal como está deja de ser válido. El modelo estándar no será nada más que una aproximación matemática que hemos sido capaces de crear, de forma que todos los fenómenos que hemos observado hasta el presente están reflejados en él, pero cada vez que se pone en marcha un aparato más poderoso, tenemos que estar dispuestos a admitir que puedan ser necesarias algunas modificaciones del modelo para incluir nuevos datos que antes ignorábamos.

Más allá del modelo estándar habrá otras respuestas que nos lleven a poder hacer otras preguntas que en este momento, no sabemos ni plantear por falta de conocimientos.  Si no conociéramos que los protones están formados por Quarks, ¿cómo nos podríamos preguntar si habrá algo más allá de los Quarks?

El gobierno de Estados Unidos, después de llevar gastados miles de millones de dólares, suspendió la construcción del supercolisionador superconductor de partículas asestando un duro golpe a la física de altas energías, y se esfumó la oportunidad para obtener nuevos datos de vital importancia para el avance de este modelo, que de momento es lo mejor que tenemos.

Se han estado inventando nuevas ideas, como la supersimetría y el technicolor. Los astrofísicos estarán interesados en tales ideas porque predicen una gran cantidad de nuevas partículas superpesadas, y también varios tipos de partículas que interaccionan ultradébilmente, los technipiones. Éstas podrían ser las WIMP’s (Weakly Interacting Massive Particles, o Partículas Masivas Débilmente Interactivas) que pueblan los huecos entre las galaxias, y serían así las responsables de la masa perdida que los astrofísicos siguen buscando y llaman “materia oscura”.

Que aparezcan “cosas” nuevas y además, imaginarlas antes, no es fácil. Recordemos cómo Paul Dirac se sintió muy incómodo cuando en 1931 dedujo, a partir de su ecuación del electrón, que debería existir una partícula con carga eléctrica opuesta. Esa partícula no había sido descubierta y le daba reparo perturbar la paz reinante en la comunidad científica con una idea tan revolucionaria, así que disfrazó un poco la noticia: “Quizá esta partícula cargada positivamente, tan extraña, sea simplemente el protón”, sugirió. Cuando poco después se identificó la auténtica antipartícula del electrón (el positrón) se sorprendió tanto que exclamó: “¡Mi ecuación es más inteligente que su inventor!”. Este último comentario es para poner un ejemplo de cómo los físicos trabajan y buscan caminos matemáticos mediante ecuaciones de las que, en cualquier momento (si están bien planteadas), surgen nuevas ideas y descubrimientos que ni se podían pensar. Así pasó también con las ecuaciones de Einstein de la relatividad general, donde Schwarzschild dedujo la existencia de los agujeros negros.

Se piensa que al principio del comienzo del tiempo, cuando surgió el Big Bang, las energías eran tan altas que allí reinaba la simetría total; sólo había una sola fuerza que todo lo englobaba. Más tarde, a medida que el universo se fue expandiendo y enfriando, surgieron las cuatro fuerzas que ahora conocemos y que todo lo rigen. Tenemos los medios, en los supercolisionadores de partículas, para viajar comenzando por 1.000 MeV, hasta finalizar en cerca de 10¹⁹ MeV, que corresponde a una escala de longitudes de aproximadamente 10^–30 cm. Howard Georgi, Helen Quinn y Steven Weinberg descubrieron que ésta es la región donde las tres constantes de acoplamiento gauge se hacen iguales (U(1), SU(2) y SU(3)); resultan ser lo mismo. ¿Es una coincidencia que las tres se hagan iguales simultáneamente? ¿Es también una coincidencia que esto suceda precisamente en esa escala de longitud? Faltan sólo tres ceros más para alcanzar un punto de retorno. Howard Georgi y Sheldon Glashow descubrieron un modelo genuinamente unificado en el dominio de energías de 10¹⁹ MeV tal que, cuando se regresa de allí, espontáneamente surgen las tres fuerzas gauge tal como las conocemos. De hecho, ellos encontraron el modelo; la fórmula sería SU(5), que significa que el multiplote más pequeño debe tener cinco miembros.

Materia y Energía Oscura… Un Misterio…Sin resolver.

Y, a todo esto, ¿dónde está esa energía oculta? ¿Y donde la materia? Podemos suponer que la primera materia que se creo en el Universo fue la que llamamos (algún nom,bre había que ponerle) “Materia Oscura”, esa clase de Ilem o sustancia primera del Universo que mejor sería llamarla invisible, ya que, de no ser así, difícil sería explicar cómo se pudieron formar las primeras estrellas y galaxias de nuestro Universo, ¿dónde está el origen de la fuerza de Gravedad que lo hizo posible, sino en esa materia escondida?

¡Lo dicho! Necesitamos saber, y, deseo que de una vez por todas, se cumpla lo que dejó dicho Hilbert en su tumba de Gotinga (Alemania): “Tenemos que saber, ¡sabremos!. Pero…

¡Que sea pronto!

emilio silvera

[?]

Lo misnmo el que el Universo, todo es dinámico y está sujeto al cambio

También nuestras mentes lo son, y a medida que el tiempo transcurre y observamos y tenemos experiencias, investigamos y experimentamos, llegamos a conclusiones más certeras de lo que las cosas son, de cómo es el mundo y todo lo que le rodea, el Universo en fin que, es todo lo que existe y del que en el pasado teníamos una noción muy vaga y, la mayor parte de las veces, equivocada.

                La engañosa sensación de que son las estrellas las que se mueven cuando las miramos

La Tierra siempre nos pareció vasta e inmóvil, a través de dos millones de años en la prehistoria de la Humanidad nos proporcionó el escenario para poder realizar toda experiencia humana, con un cielo que no parecía otra cosa que un decorado lleno de luces que se movían. La Astronomía y la observación del espacio nos ha conducido a darnos cuenta de lo contrario: El Universo es vasto y el mundo de los hombres es pequeño.

Para cualquiera que siga el movimiento del Sol día tras día, y los movimientos de la Luna y las estrellas noche tras noche, es evidente que la Tierra constituye “el centro del universo” y que los cuerpos celestes giran a su alrededor diariamente, rindiendo homenaje a la morada del hombre. Cada día el Sol atraviesa la bóveda celeste; cada noche, la Luna y las estrellas realizan su ceremoniosa procesión a través de los cielos.

             Aún perduran los nombres de algunas constelaciones de aquellos antiguos Astrónomos

En las épocas antiguas, los hombres quedaban maravillados ante este movimiento nocturno de los cuerpos celestes y se preguntaban cuál podía ser su causa. A medida que seguían las estrellas noche tras noche, llegaron a dar un paso más, advirtiendo que sus formas no cambiaban; las estrellas de la Osa Mayor atravesabanm entonces el cielo formando una unidad, un conjunto inamovible y duradero de tal manera que hoy, aún continúa manteniéndose la figura legendaria del pasado. A partir de hechos como éste, los Astrónomos primitivos decidieron que las estrellas debían encontrarse firmemente atadas a una esfera enorme que rodeaba a la Tierra. La esfera daba una vuelta completa a la Tierra cada veinticuatro horas; cuando volvía a aparecer, las estrellas aparecían con ella. En el centro de esa esfera estaba la Tierra, sólida e inmóvil, situada convenientemente en el eje del Universo.

Algunos Astrónomos de la antigüedad en Grecia creyeron que podía ser la Tierra y no el cielo, quien giraba sobre su eje cada veinticuatro horas. Esta situación podía crear un movimiento aparente del cielo. Las estrellas podían estar fijas en el espacio, pero una persona colocada en una Tierra que rotaba sobre sí misma las vería moverse en la dirección contraria a la suya, de la misma manera en que un paisaje parece que se mueve cuando uno se encuentra subido a un carrusel o tiovivo. Y un Astrónomo griego tuvo incluso el “extraño” pensamiento de que, era la Tierra la que se movía alrededor del Sol mientras giraba sobre su propio eje. Hiparco de Samos le llamaban y, desde luego, en aquel tiempo, nadie le prestó atención, tuvo que venir Copérnico, 700 años más tarde, para que todos apoyaran esa idea que, aún entonces, algunos tacharon de locura.

Está claro que hoy, después de pasado el tiempo de saber lo que sabemos ahora, todas aquellas ideas nos parecen naturales y muy adecuadas para los tiempos que vivían y los conocimientos que, con sus escasos medios, podían alcanzar, y, sin embargo, los pensamientos avanzados eran, por lo general, objeto del idículo y el mayor escarnio sino de algo más grave aún.

Aunque ahora sabemos cómo se mueve la Tierra por el Espacio, para la mayoría de la gente de la época primitiva les parecía una estupidez que la masa de la Tierra pudiera girar sobre su eje como una peonza o viajar por el espacio como si de un barco se tratara. Evidentemente, todo aquello que no fuera más rápido que la Tierra quedaría siempre atrás; una flecha que lanzáramos al aire directamente hacia arriba debería caer al suelo  muchos kilómetros más allá; rocas y árboles deberían salir volando de una Tierra que girase sobre sí misma, de la misma manera que sale despedido el barro de la llanta de una rueda de vagón en movimiento. Desde el mismo momento que nadie había llegado a comprobar esos efectos, la Tierra debía encontrarse estacionaria, y el Sol, la Luna y las estrellas girarían a su alrededor diariamente. Así quedaba demostrado por toda la experiencia Humana.

Hace 32.000 años, en la era glacial, nuestros antepasados de la Edad de Piedra hacían incisiones en huesos de animales para representar las fases de la Luna. Vivían de la caza y la recolección, por lo que seguían las estrellas y predecían los cambios de estación gracias al cielo. Quizá observaban el Sol y la Luna y los dibujos que formaban las estrellas para conocer las estaciones. Probablemente así era cuando se desarrolló la agricultura y se domesticaron animales, 10.000 años antes de Cristo en Mesopotamia, la tierra fértil entre los ríos Tigris y Éufrates que ahora ocupa Irak. El cielo adquirió aún más importancia como medio para determinar la época apropiada para la siembra y la cosecha. Esas primeras civilizaciones mesopotámicas, especialmente los sumerios hacia 4.000 a. C., fueron las que dieron nombre a las más antiguas constelaciones: son las figuras que hoy conocemos como Leo, Tauro y Escorpio. Estas constelaciones señalaban puntos importantes en el recorrido anual del Sol por el cielo y constituían momentos cruciales en el año agrícola. Y, como los cielos condicionaban su forma de vida, los deificaron.

Los antiguos observadores del cielo percibieron también que el Sol y la Luna parecen desplazarse atravesando 12 constelaciones que más tarde recibieron el nombre de zodiaco. Decidieron que en ellas residían los dioses del Sol y la Luna. Además, había otras cinco estrellas que recorrían el zodiaco, y cada una de ellas se consideró la residencia de un dios. Hoy sabemos que se trataba de los planetas. El zodiaco era también el lugar donde ocurrían los eclipses, poco frecuentes y muy temidos en los que la Luna se volvía de un siniestro color cobre, o la luz del Sol se apagaba por un tiempo eterno para los observadores. El cielo nocturno dejó así de ser sólo una herramienta para la agricultura y se convirtió en el hogar de los dioses y un libro ilustrado que contaba historias de importantes figuras a una gente que, a falta de escritura, carecía de otros medios para recordarlos.

Loss antiguos observadores del cielo, al no saber lo que eran, llamaban a los planetas vistos desde la Tierra “estrellas errantes”, ya que, se movían y no mantenían una posición fija o estática.

Así, se pudieron dar cuenta de que había un hecho que no estaba de acuerdo con esa imagen de una Tierra fija rodeada por una esfera de estrellas en rotación. Cinco “estrellas” no se comportaban como estrellas ordinarias; en lugar de mantener posiciones fijas en relación con otras estrellas, vagaban por los cielos, unas veces más cerca de una estrella y, otras, más cerca de otra. Los Astrónomos griegos, asombrados por el hecho de que esos cinco misteriosos objetos fueran diferentes a cualquier otra estrella, les denominaron “Errantes”, o planètès, en griego. Aquí fueron conocidos como planetas.

   Con frecuencia se descubren nuevos planetas, nuestra Galaxia y el Universo los contienen a millones

Hoy día todos sabemos lo que es un planeta que significa un cuerpo esférico de roca y de hierro como la Tierra o Marte, o una gran esfera de hidrógrno como Júpiter o Satuno; pero aquellos astrónomos griegos y otros de su tiempo, que no disponían de telescopios, no tenían ni idea de que aquellos objetos a los que denominaban planetas pudieran ser cuperpos masivos como la Tierra. Para ellos y visto en la distancia, eran sencillamente puntos de luces parecidos a las estrellas y situados lejos, inalcanzables.

Asombrados por el movimiento errátivo de aquellos planetas, los astrónomos primitivos observaban cuidadosamente su posición, año tras año, y después de cierto tiempo, advirtieron que sus movimientos seguían una pauta. Cada planeta o estrella errante, , seguí un camino curvo en el cielo nocturno, que se dirigía primero de Este a Oeste y que, después, regresaba describiendo su curva de Oeste a Este.

Si los planetas se encontraban sujetos a una gran esfera que giraba en los cielos, deberian moverse atravesando el cielo solamente de Este a Oeste, en un recorrido fijo, igual que el resto de las estrellas. Evidentemente, no podían estar fijado a la esfera celestial. Debian estar situados en cualquier otro lugar del espacio. Pero ¿Dónde? ¿Y por qué iban y venían describiendo aquella especie de anillo?

Reflexionando sobre estas preguntas, dos astrónomos griegos llamados Apolonio el uno e Hiparco el otro, tuvieron la ingeniosa idea. Ellos defendían que los planetas estaban atados a la llanta de una rueda que giraba atravesando el cielo. Al girar la rueda por el cielo, el planeta describiría un camino curvo, exactamente como se podía observar en los planetas reales. Y, aunque aquella idea funcionó muy bien al principio… Cuando los astrónomos trataron de realizar la representar de las ruedas que iban rodando por el cielo según los movcimientos observados en los planetas, se encontraron conque era imposible hacer una imagen adecuada a menos que creyesen que las ruedas rodaban sobre otras ruedas. Es decir, un planeta se movía en la llanta de una rueda que, a su vez, se movía en la llanta de otra rueda.

Llegó Ptolomeo, en el s II d. de C. y concluyó que se necesitaba como mínimo cuarenta ruedas situadas sobre otras ruedas para describir los movimientos del Sol, la Luna y los cinco planetas -que por entonces eran conocidos-. Las ruedas rodantes de Ptolomeo parecían funcionar muy bien, pero la gente creía que su modelo celeste era demasiado complicado. Cuando Alfonso X, rey de Castilla y Aragón, oyó hablar del sistema ptolemaico, afirmó:

“Si el Señor me hubiera consultado a mí, le hubiera recomendado algo mucho más sencillo.”

 

 

 

 

Y John Milton, que hubo de enseñar el sistema ptolemaico como profesor de escuela en el siglo XVII, escribió disgustado acerca de Ptolomeo y de sus seguidores:

“Cómo discurren

Para guardar las apariciencias, cómo disponen la Esfera

Con lo Céntrico y lo Excéntrico garabateando sobre

El Ciclo y el Epiciclo, la Rueda en la Rueda…”

 

 

Sin embargo, el cuadro del Universo que poresentaba Ptolomeo era lo mejor que la mente humana, en aquellos tiempos, había podido construir, toda vez que, no se disponía de los datos más precisos que más adelante daría la observación telescópica de los cuerpos celestes -planetas y estrellas- de nuestra vecindad en el primer momento y mucho más lejos más tarde.

Pero no adelantemos acontecimientos y, fue finalmente, alrededor del 1500, cuando un clérico polaco llamado Copérnico, se hizo con una idea de Aristarco de Samos y, vino a plantear el modelo más cercano a la realidad de que era el Sol, y no la Tierra, el que ocupaba el Centro del Sistema solar y los planetas daban vueltas a su alrededor orbitándo al cuerpo mayor.

                 ¿Cómo imaginar una Tierra sin Gravedad?

Así y todo, a pesar de sus críticos, el modelo de Copérnico echó raíces en la mente de los hombres. Se comenzó a respirar un ambiente más fresco en todo aquel farragoso asunto y, desde luego, allí se entregó la llave que dio lugar a que se pudieran abrir otras puertas cerradas, a nuevas ideas y nuevos conceptos que llegaron de la mano de Kepler y Tycho Brahe y muchos otros después.

Ahora, sabiendo lo que sabemos, nos podemos asombrar de que, aquellos Astrónomos del pasado, hubieran podido creer que los planetas podían ser como Joyas pulidas y brillantes, perfectas e inmutables, mientras que la Tierra estaba formada por una sustancia ordinaria, tales como barro y agua y rocas pero, pasó el tiempo y abrieron los ojos para asombrados ver que, todos aquellos objetos maravillosos brillantes del cielo, eran también, como la misma Tierra, de barro, roca y agua esos materiales simples que van cargado de susctancias complejas que traen la vida si la radiación del Sol las calienta.

Ahora, desde la aventura que comenzó Galileo, hemos podido dejar el ámbito localista de Ptolomeo y Copérnico y nos hemos desplazado hasta un ámbito mucho mayor, en el que podemos hablar de “big bang”, de supercúmulos de galaxias y fusiones. Ahora sabemos cómo nacen, viven y mueren las estrellas y de qué están hechas, sabemos que algunas estrellas son pequeñas enanas rojas, otras medianas y amarillas y que también, existen estrellas gigantes supermasivas.

Hemos llegado a saber que en las estrellas se producen las transiciones de fase de la materia simple en otras formas más complejas, y, sobre todo, hemos podido llegar a descubrir cómo funciona el Universo mediante cuatro fuerzas fundamentales que intervienen en lo que pasa por el todo el Cosmos. De la misma manera, llegamos a descubrir que todo lo grande (galaxias, estrellas y mundos), todo lo que podemos ver, está hecho de pequeños objetos que llamamos partículas y que son algunas elementales y otras complejas pero que, se unen en la manera adecuada para conformar todas las cosas que existen… ¿Incluídos nosotros!

Aunque el tema de hoy es bien conocido por “casi” todos, he pensado que muchos de los jóvenes que por aquí pasan, podrían necesitar tener una idea más amplia de cómo eran antes las cosas y lo que de ellas se pensaba y, de esa manera, me puse a escribir hasta dejar, este sencillo relato de lo que fue y hasta donde hemos podido llegar.

emilio silvera

[?]