Las moléculas portadoras de información

Estaba comenzando el sigo XX, cuando el químico sueco Svante Arrhenius, desarrolló la teoría de la Panspermia con todo detalle. Él sugirió que esporas bacterianas individuales podrían moverse flotando por las galaxias, impulsadas por la minúscula pero acumulativa presión de la luz estelar. La Tierra naciente, inmrsa en una lluvia de microorganismos latentes pero todavía viables, habría resultado un destino deseable para estos microbios espaciales, una vez que la superficie se hubo enfriado lo suficiente. Arreheneius bautizó la teoría como Panspermia, que significa “semillas en todas partes”. Es una idea que ha sido revisada muchas veces desde que se publicó el concepto original.

Un equipo de científicos del Instituto de Astrofísica de las Canarias (IAC) y la Universidad de Texas lograron identificar una de las moléculas orgánicas más complejas encontradas hasta ahora en la materia entre las estrellas, el llamado espacio interestelar. El descubrimiento del antraceno podría ayudar a resolver un misterio astrofísico de décadas de antigüedad sobre la producción de las moléculas orgánicas en el espacio.

                                              ¿Esporas  espaciales trajeron la vida?

¿Es verosímil que organismos sin protección pudieran sobrevivir a un viaje a través del espacio? El espacio exterior difícilmente es un ambiente confortable para la vida. Además del duro vacío y las bajas temperaturas, existe la radiación: ésta incluye radiación ultravioleta procedente de las estrellas, protonesde alta velocidad procedentes de las llamaradas estelares y los rayos cósmicos. Tales condiciones, pronto se mostrarían letales para la mayoría de las formas de vida que conocemos. Pero, a pesar de estas dificultades, no todos los organismos mueren rápidamente en el espacio exterior. Las bacterias con sus legendarias capacidades de supervivencia, muestran una notable resistencia a las condiciones del espacio.

La teoria de la panspermia no explica el origen de la vida en la Tierra, unicamente trasladada el problema fuera del planeta. Sin embargo, no hay que descartar ninguna posibilidad, dado que la realidad es que, desconocemos como llegó la vida a nuestro planeta, lo cierto es que, su origen de procedencia exterior es tan bueno como cualquier otro.

En la búsqueda de una respuesta, han sido muchos los trabajos que se han realizado para comprobar, si esas hipotéticas esporas, podrían sobrevivir a ese fantástico viaje espacial. Con tal fin, científicos del Instituto Alemán de Medicina Aeroespacial utilizaron las instación de Exposición de Larga Duración de la NASA para ver que les sucedía a las esperas del Bacillus subtilis en el erspacio. Una serie de filtros permitieron a los científicos poner a prueba separadamente los efectos del vacío espacial, la radiación ultravioleta solar y cósmica, y los rayos cósmicos. Al recuperar las muestras, hasta un 2 por ciento de las bacterias expuestas sólo al vacío seguían siendo viables. La presencia de una capa de azúcar o de sal mejoraba enermomente sus perspectivas. De las expuestas a todas las formas de radiación espacial, aproximadamente sólo una de cada dies mil sobrevivieron, pero la protección frente al ultravioleta solar dosparaba enormemente la tasa de  supervivencia.

Peter Weber y Mayo Geeenberg, de la Universidad de Leiden, en Holanda, investigaron los efectos de la exposición ultravioleta, la más dañina de todas las formas de radiación en el espacio. Enfriaron esporas en una cámara de vacío a -263 grados Celcius (sólo diez grados por encima del cero absoluto) para similar el frío intenso del espacio profundo, y lanzaron sobre ellos un intenso haz de luz ultravioleta, el equivalente a una exposición de dos mil quinientos años a la luaz estelar mató al 99 por ciento de los organismos. Aín así, una minúscula fracción se las arregló para sobrevivir. Curiosamente, a las esporas parecía gustarles el frío: su longevidad aumentó notablemente a temperaturas interestelares.

Una tolerancia a la radiación tan impresionante tiene poco sentido evolutivo a menos que la vida haya sido obligada a pasar por un cuello de botella de radiación en alguna etapa del pasado. Si algunos microbios han sido obligados a adaptarse a la violenta radiación del espacio exterior, un remanente de esta tolerancia podría sobrevivir hoy en organismos terrestres. Hoyle y Wickramasinghe citan el caso de la bacteria Micrococus radiophilus, que tiene una sorprendente resistencia a la radiación por haber desarrollado un mecanismo especial para reparar hebras de ADN seriamente dañadas por rayos X. Este astuto y pequeño coco se parece mucho al producto de un ambiente interestelar.

Cualquiera que sean sus poderes para combatir los daños de la radiación , las probabilides del viaje de un microbio vivo entre sistemas estelares se verían enormemente ampliadas si la radiación estuviera al menos parcialmente apantallada. Weber y Greenberg han sugerido que los microbios podrían viajar a las estrellas a bordo de nubes interestelares que les servivirían como una especie de escudo.

¿Quién puede asegurar que, camufladas en estas inmensas nebulosas, no viajan cómodamente instaladas esporas en busca e planeta?

Tales Nebulosas son comunes en los Brazos Espirales de las galaxias, así lo sabemos por haberlas observado en la nuestra, la Vía Láctea; cada pocas decenas de millones de años, el Sistema solar pasa por una de ellas. Los microbios en la atmósfera superior de la Tierra, o umpulsados por impactos, podrían ser barridos por la nube, quizá para ser transportados a otro sistema estelar. Recíprocamente, cualquier microbio alienígena residente en la nube podría ser transferido a la Tierra. Generalmente, las nubes se mueven a unos diez kilómetros por segundo y necesitan alrededor de un millón de años para pasar de una estrella a otra. Aunque muy ténue para los niveles normales, son suficientemente grandes para bloquear buena parte de la radiación. Además, un microbio flotante podría recoger y asherirse a un montón de porquería que les preservara también de la dañina radiación y estar así, aletargadas por tiempos indefinidos hasta llegar a un lugar más odóneo para resurgir a la vida.

“Cuanto más examino el Universo y estudio los detalles de su arquitectura, más evidencia encuentro de que en cierto sentido el universo debe haber sabido que íbamos a venir”. Así se expresa Freeman Dyson aconsejado por todos los datos que en su mente había podido atedorar durante una larga carrera en el estudio del espacio y de la posible vida inmersa en su inmensidad.

                                                         ¿Estamos en un Universo bio-amigable?

Aunque no siempre pueda dar esa sensación, cuando vemos explosiones supernovas, torbellinos en forma de púlsares, inmensas protuberancias que expulsan ráfagas de radiación al espacio interestelar y hacia los mundos, agujeros negros que se tragan todo la materia que se atreva a traspasar su horixonte de sucesos, y, en fin, tantas y tantas transiciones de fases que se producen desde el Caos hacia una normalidad que es variable en el tiempo y, sin embargo y a pesar de todo eso… Sí, el Universo, una vez que se conoce su dinámica, se podría decir que no solo es bioamigable, sino que, en realidad, está predispuesto para que su evolucionar recorra el camino que nos lleva desde la “materia inerte” hasta “los pensamientos”.

Es cierto que, con mucha frecuencia, aparecen aquí trabajos que versan sobre la vida, ese misterio que nos lleva a querer buscar sus orígenes y a saber, cómo y para qué surgió aquí en el Planeta Tierra. Nos interesamos por cada uno de pasos evolutivos y nos llama la atención ese larguísimo ciclo que llevó la vida desde aquella célula replicante hasta los seres humanos. Pero, ¿hay algo más interesante que la Vida para poder estudiarlo? Seguramente con la Física, la Química y la Astrofísica, sean las cuestiones más interesantes para el ser humano. ¡Ah! sin olvidarnos de las matemáticas.

Muchas son las fases por las que tuvieron que pasar los elementos químicos que, junto a la materia prebiótica, dieron lugar, finalmente, al surgir de la Vida en nuestro Planeta, la Tierra. En la formación que finalmente podemos contemplar de la Tierra no intervinieron únicamente los procesos cósmicos. Los animales, las plantas y los microorganismos influyeron de manera decisiva en las estructuras planetarias durante el curso de la historia de nuestro Planeta. Sin ellos no exitiría una atmósfera con oxígeno, ni islas de coral, ni tierras fértiles, ni materias primas como el petróleo o el carbón. Claro que, como llegó o surgió la vida primera…sigue siendo un gran misterio que trabajamos para resolver pero, ¿podremos?.

Por no saber, no sabemos siquiera si la vida ha podido existir desde siempre. Lo único que sabemos es que la vida terrestre no existió siempre, puesto que la propia Tierra no ha existido siempre, pero la vida puede haber existido desde mucho antes que la Tierra se formara, y haber llegado aquí por algún proceso de panspermia comno el que antes se explicaba, o, vaya usted a saber cómo. Incluso, por no saber, no sabemos de manera exacta y científica, de donde surgió nuestro Universo y qué pudo traer con él, ¿acaso ya traía la vida consigo y sólo tenía que pasar el tiempo necesario para poder desarrollarla? Otra pregunta es:  Si existen otros universos, ¿habrá también vida en ellos? y ¿Cómo serán esas formas de vida?

Sí, surgimos a partir de la “materia inerte”, simplemente somos la  parte del Universo que, cuando ha evolucionado, pone en él los pensamientos.  La historia es larga para nosotros que somos muy jóvenes, para el Universo es nada, un parpadeo. Hace ahora 3.500-3.200 millones de años que células vivas microscópicas evolucionan sobre la Tierra, 1.800 millones de años hacía atrás en el tiempo aparecieron las primeras plantas. El oxígeno envenena la atmósfera de la Tierra y proliferan los organismos aeróbicos (“amantes del oxígeno”). Han pasado 900 millones de años desde que la división sexual aceleró el ritmo de la evolución biológica. Pasados 200 millones de años (hace ahora 700), aparecen los animales, en su mayoría plantelmintos y medusas. 100 años más tarde, aparecen los crustáceos y otros 100 años después los primeros vertebrados. Mirando 425 millones de años hacía atrás en el tiempo podríamos ver como la vida emigró a la tierra seca, y, poco después, aparecieron los primeros insectos. Los primeros vertebrados terrestres tienen ahora unos 325 millones de años y 200 los primeros mamíferos.

Filogenia actual del humanos y antropomorfos modernos que integra los datos moleculares y morfológicos. H: hombre, C: Chimpancé, G: Gorila, O: Orangután y G: Gibón.  Podemos tener un antepasado común, es posible, pero llegó un momento en el que se divergieron en dos ramas distintas, Una fue la nuestra que continuó su evolución imparable.

Los pastos tienen una edad de 24 millones de años y tres millones de años más tarde se separan los caminos evolutivos de los simios y los monos. Ya se han cumplido 20 millones de años desde que la atmósfera terrestre obtuvo su composición moderna. La Antártica se heló hace 15 millones de años y, cuatro millones de años más tarde ya proliferaban los animales de pastoreo.

Se han cumplido 5 millones de años desde que el hombre mono se separó de la familia del chimpancé, y, 3,7 millones de años desde que el hombre-mono caminó erguido, poco después fue el principio de la última serie de glaciaciones.

Reconstrucción de un grupo de Homo Erectus alimentando un fuego

1,8-1,7 millones de años han pasado desde que el Homo-erectus, “el primer hombre verdadero”, vive en China, y, hace ya 600.000 años que surgió el Homo Sapiens. El uso común del fuego se generalizó entre el genero homo hace ahora unos 360.000 años, y hace 150.000 años que podríamos haber contemplado la presencia del mamut lanudo.

Han pasado ya 100.000 años desde que las estrellas adoptaron las formas de las constelaciones modernas reconocibles, y, 40.000 años han pasado desde que nuestra especie inventó el lenguaje complejo y aparecieron los seres humanos modernos. El hombre de Neandertal desapareció hace ya 35.000 años, y, por aquel entonces, aunque algo rústicos, se construyeron los primeros instrumentos musicales que acompañaron a los pueblos desde muy temprano.

El mundo que nos rodea es más complejo de lo que parece, pero al tener y comprender los significados de los conceptos físicos, nos permite redescubrir, inventar e interpretar el funcionamiento de las cosas. Precisamente por ser nuestro entorno como es, nos obliga a tener que tratar de comprenderlo. Nadie puede subsistir en un lugar que no comprende y, cuando se domina y sabemos cómo adaptarnos al medio, la vida, además de más sencilla, también será más duradera.

Claro que, el mundo que nos rodea parece ser un lugar complicado (siempre nos resultará complicado lo que no sabemos entender). Aunque hay algunas verdades sencillas que parecen eternas: El Sol que se pone y se levanta siempre por los mismos lugares, la noche y el día que nos trae cuando se esconde y cuando aparece, y, nuestras vidas, que a pesar de las modernas tecnologías, siguen estando todavía, con demasiada frecuencia, a merced de los complicados procesos naturales que producen cambios drásticos y repentinos que no podemos ni predecir.

Hemos llegado a conseguir que, a mediados del siglo XX,  los avances de nuestro saber estuvieran situados en un nivel espectacular y le hubieran dado una respuesta consistente a todas las cosas sencillas. Conceptos tales como la teoría general de la relatividad y la mecánica cuántica explicaron el funcionamiento global del universo a escalas muy grandes y muy pequeñas respectivamente, mientras que el descubrimiento de la estructura del ADN y el modo en que este se copia de una generación a otra hizo que la propia vida, así como la evolución parecieran sencillas a nivel molecular. Sin embargo, persistió la complejidad en del mundo a nivel humano -al nivel de la vida-. La cuestión más interesante de todas, la que plantea que la vida puede haber surgido a partir de la materia “inerte” ha seguido sin tener una respuesta.

     ¿Dónde empieza y termina la realidad?

No debemos extrañarnos que sea precisamente a escala humana donde se den las características más complejas del Universo, las que se resisten más a rendirse ante los métodos tradicionales de la investigación científica. Realmente, es posible que seamos lo más complejo que hay en el Universo (salvo posibles y similares formas de vida que, de cuya existencia no tenemos una certeza y sí una sospecha). La razón es que a escala más reducida, entidades tales como los átomos se comportan individualmente de un modo relativamente sencillo en sus interacciones mutuas, y que las cosas complicadas e interesantes surgen, cuando se unen muchos átomos de maneras complicadas e interesantes, para formar organismos tales como los seres humanos u otros seres vivos.

Un átomo, o incluso una molécula tan simple como la del agua, es algo más sencillo que el ser humano, porque tiene poca estructura interna; una estrella, o el interior de un planeta, es también algo más sencillo que un ser humano porque la gravedad aplasta cualquier estructura hasta aniquilarla cuando se pierde el equilibrio de las fuerzas que intervienen en la estabilidad. Esta es la razón por la que la Ciencia puede decir más sobre el comportamiento de los átomos y el funcionamiento interno de las estrellas y los mundos que, del propio comportamiento de las personas y sobre el modo en el que se comportan.

Lo cierto es que el Agua, es esencial para la vida. Nosotros, como el planeta Tierra, tenemos un mayor porcentaje de agua. Si el planeta Tierra no hubiera caído en la zona habitable del Sol, nunca hubiera surgido el agua líquida ni tampoco la vida tal como la conocemos. Agua + Carbono = Vida.

Al menos de momento, no resulta posible saber el por qué nuestros pensamientos eligen los caminos que nos conducen a maneras de comportamiento que no siempre sabemos explicar. Sí, pocas dudas nos pueden caber ya, somos sistemas complejos (muy, muy complejos diría yo) que, habiendo brotado a la existencia a partir de los mecanismos y ritmos que imponen las fuerzas y constantes del Universo, podemos ser la muestra “perfecta” de una evolución bioquímica que se ha dado en la materia “inerte” bajo una serie de condiciones que, por otra parte, hacen imparable el surgir de la vida y de su evolución.

Siempre me pasa igual, comienzo hablando de una cosa y termino comentando sobre otra. Claro que, como todo está relacionado, los caminos que nuestra mente recorren, pasan muchas veces por el mismo lugar y, entre ellos, se entrecruzan cuando tratamos de or de un sitio a otro que nos hace pasar por los átomos, las estrellas y las Nebulosas, los planetas y…¡La Vida!

emilio silvera

  Sí, ¡tenemos que saber y sabremos!

Hasta hace muy pocos años la Gravitación y la Mecánica Cuántica eran dos campos de la Física Teórica que utilizaban metodologías muy distintas y que estaban prácticamente desconectados entre sí. Por una parte, la interacción gravitatoria está descrita por la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que es una teoría clásica (es decir, no cuántica) en la que la Gravedad se representa como una propiedad geométrica del espacio y del tiempo. Por otro lado, gobierna el mundo de las partículas atómicas y subatómicas. Su generalización relativista (la Teoría Cuántica de Campos) incorpora los principios de la Teoría Especial Relativista y, junto con el principio gauge, ha permitido construir con extraordinario éxito el llamado Modelo Estándar de la Física de las Partículas Elementales.

La interacción electromagnética, por ejemplo, es la responsable de las fuerzas que controlan la estructura atómica, reacciones químicas y todos los fenómenos electromagnéticos. Puede explicar las fuerzas entre las partículas cargadas, pero al contrario que las interacciones gravitacionales, pueden ser tanto atractivas como repulsivas. Algunas partículas neutras se desintegran por interacciones electromagnéticas. La interacción se puede interpretar tanto como un modelo clásico de fuerzas (ley de Coulomb) como por el intercambio de unos fotones virtuales. Igual que en las interacciones gravitatorias, el hecho de que las interacciones electromagnéticas sean de largo alcance significa que tiene una teoría clásica bien definida dadas por las ecuaciones de Maxwell. La teoría cuántica de las interacciones electromagnéticas se describe con la electrodinámica cuántica, que es una forma sencilla de teoría gauge.

                   El electromagnetismo está presente por todo el Universo

La interacción fuerte es unas 10² veces mayor que la interacción electromagnética y, como ya se dijo antes, aparece sólo entre los hadrones y es la responsable de las fuerzas entre nucleones que confiere a los núcleos de los átomos su gran estabilidad. Actúa a muy corta distancia dentro del núcleo (10^-15metros) y se puede interpretar como una interacción mediada por el intercambio de mesones virtuales llamados Gluones. Está descrita por una teoría gauge llamada Cromodinámica cuántica.

Las teorías gauge explican satisfactoriamente la dinámica de las interacciones electromagnéticas, fuertes y débiles en un gran rango de distancias. Sin embargo, a pesar que la Teoría General de la Relatividad puede formularse como una teoría gauge, todos los intentos de introducir en ella de manera completamente satisfactoria los principios de la Mecánica Cuántica, han fracasado. No obstante, los desarrollos realizados en el marco de la Teoría de Cuerdas en los últimos años han dado lugar a una convergencia, al menos metodológica, entre estos dos campos de la Física Fundamental.

“El argentino Juan Maldacena es el padre científico de la conjetura sobre la dualidad AdS/CFT, entre una teoría cuántica de la gravedad en un espacio-tiempo y una teoría cuántica de campos en el contorno (borde) de dicho espacio-tiempo. Juan prefiere llamarle dualidad QFT/QG, donde QFT significa teoría cuántica de campos y QG gravedad cuántica.”

 

 

 

La piedra angular de esta inesperada conexión es la llamada correspondencia gravedad/teoría gauge. En su forma más genérica dicha correspondencia afirma que la dinámica de ciertas teorías cuánticas de campos sin gravedad puede ser descrita por medio de una teoría gravitatoria en un espacio-tiempo que contiene al menos una dimensión adicional.

Para poder comprender con claridad los orígenes y las consecuencias de tan sorprendente relación entre teorías tan diferentes, es interesante recordar como fue descubierta en el contexto de la Teoría de Cuerdas. la Teoría de cuerdas tiene su origen en los años 60-70 como un intento de describir los hadrones (partícuals elementales que experimentan interacción fuerte) como estados de una cuerda en movimiento.

                 ¡Teoría de cuerdas! (¿)

La longitud de la cuerda se puede identificar con el tamaño del hadrón y sería del orden del fermi (10^-15metros). Sin embargo, al analizar en detalle el espectro de modos de vibración de las cuerdas cerradas se descubrió que estas contienen una partícula de espín 2 y masa nula…(¿el gravitón?) que no se corresponde con ningún hadrón y que, en cambio, se identifica de manera natural con el gravitón (el cuanto fundamental de la interacción gravitatoria). De esta forma la Teoría de Cuerdas pasó de ser considerada una teoría de las interacciones fuertes a ser una posible teoría de unificación de las cuatro interacciones fundamentales de la Naturaleza a una escala mucho más pequeña: La longitud de Planck(10^-35 metros).

Una consecuencia sorprendente del estudio cuántico de la cuerda es que ésta debe propagarse en un espacio-tiempo de diez dimensiones. La métrica de dicho espacio-tiempo está también fuertemente contreñida. De hecho, la consistencia mecano-cuántica del movimiento de la cuerda en un espacio curvo impone que la métrica de este debe satisfacer unas ecuaciones que,  en el límite en el que la longitud de la cuerda se considera muy pequeña, se reducen a las ecuaciones de Einstein de la relatividad general. Así pues, las ecuaciones fundamentales de la gravedad clásica en diez dimensiones se puede obtener de la dinámica cuántica de la cuerda.

. Dichos espacios se denominan Branas y son paredes de dominio en el espacio-tiempo diez-dimensional que corresponden a estados no-perturbativos de la Teoría de Cuerdqas similares a los solitones de las teorías cuánticas de campo. En particular, las denominadas Dp-Branas son objetos que pueden estar extendidos a lo largo de p dimensiones espaciales y una temporal para 0 ≤ p ≤ 9. Uno puede imaginárselas como hiperplanos (p+1)-dimensionales. En particular la D3-Branas están extendidas a lo largo de cuatro dimensiones (tres espaciales y una temporal).

Claro, todo es pura conjetura (hasta que no sea verificado de forma experimental). Increíblemente el mundo de las branas es tan colosalmente extraño como lo es el infinitecimal mundo de las partículas quánticas, con la salvedad de que, al tratar de objetos aún más pequeños, es decir aquellos que posiblemente existan más allá de los Quarks, la fascinación sube de tono al toparnos con un universo de cosas “imposibles”, bueno, mejor alejado de lo que nos dice el sentido común que (está visto),  no es el mejor de los sentidos.

Las D-branas aparecen en muchas discusiones modernas relacionadas con las cuerdas (por ejemplo, en la entropía de los agujeros negros). Suelen tratarse como si fueran objetos clásicos que yacen dentro del espacio-tiempo completo 1 + 9 (o 1 + 10) dimensiones. La “D” viene de “Dirichlet”, por analogía con el tipo de problema de valor de frontera conocido como un problema de Dirichlet, en el que hay una frontera de género tiempo sobre la que se especifican datos (según Peter G. Lejeune Dirichlet, un eminente matemático francés que vivió entre 1.805 y 1.859).

            No resulta fácil para nosotros imaginar el Mundo Brana

Las D-Branas son objetos dinámicos que pueden moverse, deformarse y cambiar de estado interno. Una de sus características fundamentales es que este último está caracterizado por un campo gauge que viv3e en su interior. Así podremos decir que las D-Branas albergan teorías de gauge en su seno. Esta es una realización novedosa de la simwetría gauge que está en la base de la correspondencia gravedad/teoría gauge. Además, dado que la Teoría de Cuerdas es una teoría gravitatoria, cualquier objeto masivo (y en particular las D-Branas) tiene asociado una métrica que describe la distorsión gravitatoria del espacio-tiempo en torno a él. En el caso de las D-Branas estas métricas son fáciles de encontrar y son similares a la clásica solución de Schwazschild de la relatividad general. En 1997 el joven físico argentino Juan Maldacena sugirió  utilizar esta solución de gravedad para describir la teoría gauge que vive en las D-Branas.

¿Podría ser nuestro universo una membrana flotando en un espacio de más dimensiones, que se rompe muchas veces en un universo circundante? Según una rama de la teoría de las cuerdas llamada braneword, hay una gran cantidad de dimensiones extra de espacio, y aunque la gravedad puede llegar a salir, nosotros estamos confinados a nuestro propio universo “brana”, con sólo tres dimensiones. Neil Turok, de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, y Paul Steinhardt, de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey, EE.UU., han trabajado en cómo el Big Bang se podría haber provocado cuando nuestro universo se enfrentó violentamente con otro. Se repite el enfrentamiento, produciendo un nuevo Big Bang de vez en cuando, por lo que si el modelo del universo cíclico es correcto, el cosmos puede ser inmortal. ¡Por imaginar que no quede!

Sólo vamos a ser conscientes de dimensiones extra allí donde inciden directamente sobre las D-brana en la que “vivimos”. Más que una imagen de tipo “espacio cociente” que evoca la analogía de Kaluza-Kleinoriginal: El gráfico representa un modelo de manguera de un espacio-tiempo de dimensiones más altas de tipo Kaluza-Klein, donde la longitud, o mejor, la dimensión a lo largo de la longitud de la manguera representa el 4-espacio-tiempo normal, y la dimensión alrededor de la manguera representa la dimensión extra “pequeñas” (quizá escala de Planck). Imaginemos un “ser” que habite en este mundo, que rebasa estas dimensiones extra “pequeñas”, y por ello no es realmente consciente de ellas.

En la propuesta de Maldacena de las dos descripciones (gauge y gravitatoria) son duales y complementarias entre sí. En principio nos puede parecer confusa la afirmación de que la gravedad juega un papel relevante en la física de la teoría gauge. En los cursos de física nosm enseñan que la gravedad es mucho más débil que las otras fuerzas, y que, por lo tanto, su efecto es despreciable salvo a distancias realmente pequeñas o masas realmente grandes. Para resolver esta paradoja hay que tener en cuenta que la gravedad de la que estamos hablando no es la de nuestro universo aproximadamente plano y (posiblemente) con una pequeña constante cosmológica positiva, sino que se trata de una teorìa auxiliar en más de cuatro dimensiones y con constante cosmológica negativa.

Para seguir explicando el tema, mucho tendríamos que escribir. Sin embargo, quede aquí esta entrada que, al menos, puede despertar alguna curiosidad en los lectores que, aconsejados por lo leido, busquen más sobre el tema que, sin duda alguna, llega a ser fascinante.

Fuente: Muchos de los párrafos aquí insertos, han sido transcritos de un trabajo de Alfon V Ramallo del Departemento de Física de Partículas de la Universidad de Santiago de Compostela.

PD.

Aclaración: Cuando mencionamos una teoría gauge, lo estamos haciendo de cualquiera de las teorías cuánticas de campos creadas para explicar las interacciones fundamentales. Una teoría gauge requiere un grupo de simetría para los campos y los potenciales (el grupo gauge). En el caso de la electrodinámica, el grupo es abeliano, mientras que las teorías gauge para las interacciones fuertes y débiles utilizan grupos no abelianos. Las teorías gauge no abelianas son conocidas como teorías de Yang-Mills. esta diferencia explñica por qué la electrodinámica cuántica es una teoría mucho más simple que la cromodinámica cuántica, que describe las interacciones fuertes, y la teoría electrodébil, que es la teoría unificada de las interacciones débiles y las electromagnéticas. En el caso de la Gravedad Cuántica, el Grupo Gauge es mucho más complicado que los grupos gauge tanto de las interacciones fuertes como de las débiles.

¡La Física! ¡Qué complejidad!

emilio silvera

  ¡Naturaleza! La Sierra de Huelva

             La esencia del Universo está en ellos

Todo en el Universo es equilibrio que se consigue mediante dos fuerzas contrapuestas, distintas, diferentes que, unidas, conforman un todo completo y esencial (la estabilidad de una estrella es el mejor ejemplo) y, de la misma manera, nosotros, los seres vivos inteligentes, conseguimos y  tenemos el equilibrio en la unión de esas dos partes que hacen el todo, haciendo posible la continuidad.

Por todas partes estamos rodeado de grandes cosas, de maravillas que normalmente nos pasan desapercibidas, no pensamos en la grandeza de todo lo que tenemos y de todo lo que podemos hacer.  Muchas veces, cuando caemos en la cuenta, ya es tarde.

Muchos dejan pasar su tiempo sin prestar la debida atención a lo que en realidad tiene valor, cuando ya no tiene remedio piensan: Lo pude hacer mejor.  Tenía que haberla respetado más.  Le tendría que haber dicho cuanto la quería.  Me tenía que haber comportado de otra manera.  Y, así podríamos seguir.  La vida es muy corta, y, la mayoría, la desperdicia de manera lastimosa. Los egoísmos mezquinos nublan las mentes y no les dejan ver donde reside lo importante.

                 Ellos también forman parte de la Naturaleza, la más importante para nosotros

Claro que, lo importante está en el mundo que nos rodea, en la Naturaleza misma de la que formamos parte, pertenecemos a ella y en ella estamos inmersos y, desde tiempos remotos, los seres humanos han tratado de buscar las respuestas a todos aquellos misterios que en el mundo eran, y, el mayor misterio de todos…¡Está en nosotros!

Ahora, pasado el tiempo, nuestra innata curiosidad nos ha llevado a descubrir que vivimos en un planeta que pertenece a una estrella de una galaxia que forma parte de un grupo de treinta galaxias (el “Grupo Local”) y que a su vez, están inmersas en un Universo que cuenta con decenas de miles de millones de Galaxias como la nuestra.

¡Es tan vasto el Universo! Nuestras mentes aún no están preparadas para comprenderlo

Hemos podido saber que ese Universo está en expansión y que las Galaxias se alejan las unas de las otras.  Se ha podido deducir que el Universo surgió de una explosión a la que llamamos el Big Bang hace ahora 13.700 millones de años.  A partir de una singularidad, un punto de energía y densidad infinitas, surgió el Universo que, desde entonces, junto con el espacio y el tiempo continua expandiéndose.

Surgieron los primeros quarks libres que se juntaron para formar protones y neutrones que, a su vez, se unieron y formaron núcleos que, al tener energía positiva, atrajeron a los electrones, de energía negativa, formándose asi lo átomos estables.

Los átomos se juntaron para formar células y éstas, a su vez, juntas formaron materia.  Al principio era todo simetría y existía una sola fuerza que lo regía todo, el Universo era totalmente opaco, la temperatura reinante muy alta y todo estaba invadido por una especie de plasma.

                Siempre hemos buscado la simetría

Pero la expansión del joven Universo continuó imparable, la temperatura fue descendiendo y la simetría se rompió lo que dio lugar a que dónde sólo había una sola fuerza aparecieran cuatro.  Las fuerzas nucleares, fuerte y débil, el electromagnetismo y la Gravedad surgieron de aquella simetría rota y como hemos dicho antes, surgieron los primeros quarks para, con los electrones, fabricar la materia que, que está hecha de Quarks y Leptones. Más tarde, la luz apareció al quedar libres los fotones, y, donde antes todo era opacidad, surgió la transparencia. Pasaron unos doscientos mil años antes de que nacieran  las primeras estrellas y se formaran las Galaxias.Las estrellas evolucionaron y en sus hornos nucleares se fabricaron elementos más complejos que el primario hidrógeno; con la fusión nuclear en las estrellas se fabricó helio, Litio, magnesio, neón, carbono, oxigeno, etc., etc.

Estas primeras estrellas brillaron durante algunos miles de millones de años y, finalmente, acabado su combustible nuclear, finalizaron su ciclo vital explotando como supernovas lanzando al espacio exterior sus capas más superficiales y cargadas de materiales complejos que, se dispersó por el inmenso cosmos para hacer posible el nacimiento de nuevas estrellas y planetas y… a nosotros que, sin esas primeras estrellas que fabricaron los materiales complejos de los que estamos hecho,  no estaríamos aquí.

Ese inmenso tiempo que hemos tenido desde que asombrados, mirábamos brillar las estrellas sobre nuestras cabezas sin saber lo que eran, o bien, asustados, nos encogíamos ante los rayos amenazadores de una tormenta o huíamos despavoridos ante el rugido aterrador de la Tierra con sus temblores de terremotos pavorosos o explosiones inmensas de enormes montañas que vomitaban fuego.

Desde entonces, hemos aprendido a observar con atención, hemos desechado la superstición, la mitología y la brujería para atender a la lógica y a la realidad de los hechos.  Aprendimos de nuestros propios errores y de la naturaleza.

Con los datos que tenemos, ahora sabemos de donde vinimos, qué debemos hacer para continuar aquí  (otra cosa es que lo haámos) y, seguramente, con poco margen de error, podríamos decir también hacia donde nos dirigimos.

Una de las propiedades del “tiempo” es que, en su transcurrir pasan cosas.  Estas cosas que pasan, estos sucesos, los reunimos y los guardamos, le llamamos historia y nos sirven para recordar y aprender.  De lo bueno que pasó para repetirlo y mejorarlo, de lo malo para procurar que no vuelva a ocurrir.

Si aprendemos a respetarnos los unos a los otros…otra luz alumbrará el mundo

Eso, lo que ocurrió, es lo que llamamos pasado.  Lo que ocurre ahora mismo, en este preciso instante, es lo que llamamos el presente y, lo que no ha ocurrido aún es lo que llamamos el futuro. En realidad, como el tiempo nunca se para, el presente no existe, es algo tan efímero que ocurre y al instante es pasado, y entramos en el futuro que,  a su vez,  pasa vertiginoso por el instante “presente” que se convierte en “pasado” y rápidamente estamos en el “futuro”, otra vez.   Así que, en realidad ¿Dónde estamos?

El concepto de tiempo está enclavado en las profundidades y conceptos más avanzados de la física y la astronomía.  Sin embargo, su verdadera naturaleza permanece en el misterio.  Todo acontece con el transcurso del tiempo que es implacable y fluye continuamente y todo lo que existió, lo que existe y, lo que existirá, está sometido a los efectos del tiempo que, desgraciadamente, si podemos ver.  La destrucción provocada por el paso del tiempo es muy real y, tanto en las cosas como en nosotros mismos, el resultado es el mismo; ¡la aniquilación y la muerte!

Hace mil quinientos años que, San Agustín, filosofo y sabio obispo de Hipona, preguntó: ¿qué es el tiempo? Y se respondió a si mismo: “Si alguien me lo pregunta, sé lo que es.  Peso si deseo explicarlo, no puedo hacerlo”.

Calendarios y rústicos relojes que nos hablaban del tiempo, como el calendario maya y el reloj  solar más antiguo del planeta hallado en Ucrania.

El tiempo, desde “tiempos muy remotos“, ha sido una abstracción que ha cautivado e intrigado a las mentes humanas que han intentado entenderlo en todas las vertientes y en todos los sentidos.  Del tiempo, las mentes más preclaras, han intentado definir, en esencia, lo que es.  La verdad es que, unos con más fortunas que otros, con más interés o con mejor lógica científica dejaron sus definiciones que, de todas formas, nunca llegaron a llenar ese vacío de una explicación convincente, sencilla, que todo el mundo comprenda y que esté basada en principios naturales que nos digan su origen, su transcurrir y, si es que lo hay, su final. Porque ¿Es el tiempo infinito?

Infinito, según las leyes de la física, no puede haber nada. Todo comienza y termina

Ni siquiera el Universo, es infinito y, conforme determine la Densidad crítica de la materia que contiene, un día, dejará también de existir.

Luego si el tiempo nació con el Big Bang, ¿cómo podrá finalizar? Según todos los indicios, eso dependerá de la cantidad de materia que el Universo contenga, eso que llaman la Densidad Crítica y los cosmólogos el Omega Negro.

Omega (Ω) mayor que la Densidad Crítica, Omega menor y Omega  igual a la Densidad Crítica. Conforme a ese Omega, será el Universo en el que vivímos y, la materia que contenga marcará su final en un Universo Cerrado, Abierto o Plano.

Como antes explicaba, el pasar del tiempo es muy subjetivo dependiendo de la situación de quien lo percibe.  Un minuto puede parecer eterno o un suspiro, dependiendo del estado de dolor o de felicidad de quien lo mide.  También será relativo, no pasa a la misma velocidad para todos, depende de la velocidad a que esté viajando y de qué observador lo esté midiendo, como quedó demostrado con la Teoría  Especial de la Relatividad  de Einstein.

Desde tiempos inmemoriales hemos querido medir el tiempo, el día y la noche, las estaciones, el sol, relojes de arena, etc. etc., hasta llegar a sofisticados aparatos electrónicos o atómicos que miden el tiempo cotidiano de los Humanos con una exactitud de solo un retrazo de una millonésima de un segundo cada 100 años.

Una lucha continua contra el paso inexorable del tiempo que nunca podremos ganar

Hemos inventado éstas medidas de tiempo para controlar nuestras actividades cotidianas y nuestras vidas. La medida de tiempo elegida es el segundo que, en las unidades del SI tiene el símbolo s y su duración es igual a la duración de: hertzios= 9 192 631 770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133.

                                                                                             Reloj de Cesio

Reloj atómico cuyo funcionamiento se basa en la diferencia de energía entre dos estados del núcleo de cesio-133 cuando se sitúa en un campo magnético.  En un tipo, los átomos de cesio-133 son irradiados con radiación de radiofrecuencia, cuya frecuencia es elegida para corresponder a la diferencia de energía entre dos estados.  Algunos núcleos de cesio absorben esta radiación y son excitados al nivel superior.  Estos átomos son desviados por otro campo magnético, que hace que choquen contra un detector.  Una señal de ese detector es llevada al oscilador de radio frecuencia para evitar que se desplace de la frecuencia de resonancia de la que indicamos antes del orden de 9 192 631 770 hertzios.  De este modo, el instrumento está fijado a esta frecuencia con una precisión mejor que una parte en 10¹³ (algo mayor que Tera -T-).  Así, el reloj de cesio es utilizado en la definición del segundo en el SI.

Como podemos ver, la imaginación humana no tiene límites, y, si nos dan el “tiempo” suficiente, quien sabe hasta donde podremos llegar.

Como estamos comentando sobre cuestiones que están conectadas con lo que llamamos tiempo, es difícil que, al estar el tiempo siempre presente, ocurra algo que no tenga nada que ver con él, de alguna manera, el tiempo está presente.  Sin embargo, puede existir algún fenómeno que, de alguna manera, esquive al tiempo.

Velocidad de escape para fotones Rsv2 = 2 GMC²

                             Estamos en un Universo de Luz

Los núcleos para formar átomos están rodeados por varios niveles de electrones y todos sabemos que un átomo es la parte más pequeña de un elemento que puede existir, es la fracción mínima de ese elemento.  Consta de un denso núcleo de protones y neutrones (los nucleones) rodeados de electrones moviéndose a velocidades cercanas a las de la luz.  Es lo que se conoce como estructura electrónica del núcleo y que tiene que ver con los niveles de energía que los electrones ocupan.

Una vez dejada la reseña básica de lo que es el átomo y donde están situados los electrones por capas o niveles alrededor de su núcleo, veamos el fenómeno principal de este comentario referido a “esquivar el tiempo”.

Si un fotón viajero va por el espacio a 299.792’458 km/s, velocidad de c, golpea a un electrón situado alrededor de un núcleo, lo que ocurre, trae de cabeza a los científicos que no saben explicar de manera convincente la realidad de los hechos.  El electrón golpeado, absorbe el fotón, y, de manera inmediata, desaparece del nivel que ocupa y, sin recorrer la distancia que los separa, simultáneamente, aparece en el nivel superior.

¿Por donde hizo el viaje? ¿En que lugar se escondió mientras desapareció? ¿Cómo pudo aparecer simultáneamente en otro lugar, sin recorrer la distancia existente entre el nivel de partida y el de llegada?  y,  ¿cómo esquivó el tiempo para que todo ocurriera simultáneamente?

La física cuántica guarda tantos secretos que, de momento, sólo conocemos la superficie de lo que podría ser. Ese pequeño universo donde reside lo inifnitesimal pero, que sin embargo, incide y tiene tanto que decir sobre ese otro macroscópico, es la mayor asignatura pendiente que tenemos que aprobar. Seguramente el día que podemos conseguir una teoría consistente de la Gravedad Cuántica, ese día, no sólo cambiaran nuestras vidas sino que, tendremos otra manera de mirar el Universo.

                                                          ¿Sabremos algún día lo que es la luz?

Estas y otras  preguntas que aún no podemos contestar, forman parte de nuestra esencia, siempre estaremos preguntando sobre multitud de cosas que no comprendemos y aunque sí es verdad que nos gusta especular con… viajar en el tiempo y, lo del electrón, conocido como “efecto túnel” o salto cuántico, lo cierto es que, unimos a nuestras especulaciones todo el esfuerzo necesario para llegar a saber.

Puede ser que algún día lo consigamos…en una parte esencial y suficiente para poder llegar a comprender, dónde reside la verdad.

No es bueno caminar sin rumbo fijo sin saber a donde vas.

emilio silvera