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 cosa hecha de materia, es decir, materia radiante, conformada por átomos 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.

                   El caos cuántico en condensados de Bose-Einstein con acoplamiento espín-órbita

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)

“A priori, un condensado de Bose–Einstein (BEC) es el fluido cuántico menos turbulento que uno puede imaginar. Sin embargo se puede forzar una cascada de Kolmogorov–Obukhov en un condensado formado por unos cien mil átomos de rubidio en una trampa óptica cilíndrica de unos 30 micrómetros de longitud que están enfriados a unos 50 nanokelvin (milmillonésimas de grado sobre el cero absoluto). El método usa un campo magnético oscilatorio que inyecta energía en los modos de momento más bajo del condensado.”

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:

               Un grupo de físicos experimentales afirman haber creado fluido con “masa negativa”

En el primero (el de la izquierda) se encuentra un sistema con  átomos en diferentes estados vibratorios, es decir, con diferentes energías. Por eso tienen distintas ondas asociadas a diferentes velocidades. La cubeta de abajo representa el sistema, las franjas horizontales representan los diferentes estados energéticos y los puntos son los átomos situados en estos distintos estados.

El segundo sistema (el de la derecha) representa un conjunto de átomos que han sido enfriados hasta llegar a formar un condensado de Bose-Einstein. Todos los átomos tienen la energía más baja del sistema.

Dado que para alcanzar el estado de CBE es necesario enfriar muchísimo los átomos, su velocidad disminuye hasta que su longitud de onda se hace tan larga que su onda es casi plana. En este punto, las ondas de todos los átomos enfriados se superponen, formando una única onda y alcanzando el estado de condensado de Bose-Einstein.

Por eso se dice que los átomos se encuentran en el mismo lugar, porque todos son descritos por una única onda.

Y la siguiente simulación computarizada nos dá una mejor perspectiva sobre la formación de los vórtices en un condensado Bose-Einstein conformado por 200 mil átomos de rubidio contenidos dentro de una trampa magnética

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.

(Fuente: ciencia NASA)

…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 (hipotética) 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. Sin la existencia de los fotones estaríamos hablando de otro Universo.

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…

“Por ejemplo, Richard Feynman, uno de los físicos más importantes del siglo 20, escribió lo siguiente sobre el número 137: “Ha sido un misterio desde su descubrimiento hace más de cincuenta años, y todo físico teórico competente coloca este número en su pared y se preocupa por éste.  Es uno de los  malditos misterios más grandes: un número mágico que nos llega sin el entendimiento del hombre.”

¿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.

LA MAGIA DEL 137

El 137 es el mayor misterio y el número más importante en toda la ciencia. Sin duda.

¿Qué mensaje nos transmite ese número puro y adimensional?

No recuerdo si fue  Richard Feynman o León Lederman, el que  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 y algunos pasajes propios

[?]

En lugares como este, los astrofísicos encuentran un lugar ideal para estudiar sus componentes como si de un Laboratorio natural se tratara. Moléculas de diversos pelajes y elementos aquí presentes que sorprenden en no pocas ocasiones al ver que, en este medio inhóspito de radiación y viento estelares, pueden surgir los ingredientes necesarios para la vida. Los astrónomos tienen localizadas una buena variedad de Nubes Moleculares Gigantes. Son Nubes masivas de gas y polvo interestelar compuesto fundamentalmente por moléculas. Su diámetro típico es de más de 100 años-luz y las masas varian entre unos pocos cientos de miles hasta diez millones de masas solares.

                    Las primeras estrellas aparecieron después de cientos de millones de años

Al principio, cuando el universo era simétrico, sólo existía una sola fuerza que unificaba a todas las que ahora conocemos, la gravedad, las fuerzas electromagnéticas y las nucleares débil y fuerte, todas emergían de aquel plasma opaco de alta energía que lo inundaba todo. Más tarde, cuando el universo comenzó a enfriarse, se hizo transparente y apareció la luz, las fuerzas se separaron en las cuatro conocidas, emergieron los primeros quarks para unirse y formar protones y neutrones, los primeros núcleos aparecieron para atraer a los electrones que formaron aquellos primeros átomos.Doscientos millones de años más tarde, se formaron las primeras estrellas y galaxias. Con el paso del tiempo, las estrellas sintetizaron los elementos pesados de nuestros cuerpos, fabricados en supernovas que estallaron, incluso antes de que se formase el Sol. Podemos decir, sin temor a equivocarnos, que una supernova anónima explotó hace miles de millones de años y sembró la nube de gas que dio lugar a nuestro sistema solar, poniendo allí los materiales complejos y necesarios para que algunos miles de millones de años más tarde, tras evolucionar a partir de la “materia inerte”,  apareciéramos nosotros.

Todo en el Universo tiene un principio y un final y, el mismo universo tuvo que nacer y evolucionar para que hoy podamos contemplar, mediante nuestros sofisticados telescopios, un universo en expansión lleno de galaxias que contienen estrellas nuevas y viejas estrellas, muchas de ellas rodeadas de mundos que, aún no hemos podido determinar de qué criaturas estarán poblados muchos de ellos.

Antes de alrededor de un minuto y cuarenta segundos desde el comienzo del tiempo,  no hay núcleos atómicos estables.  El nivel de energía en el ambiente es mayor que la energía de unión nuclear. Por consiguiente, todos los núcleos que se forman, se destruyen rápidamente.

Alrededor de un segundo desde el comienzo del tiempo, llegamos a la época de desacoplamiento de los neutrinos.  Aunque en esa época el Universo es más denso que las otras (y tan caliente como la explosión de una bomba de hidrógeno), ya ha empezado a parecer vacío a los neutrinos.  Puesto que los neutrinossólo reaccionan a la fuerza débil, que tiene un alcance extremadamente corto, pueden escapar de sus garras y volar indefinidamente sin experimentar ninguna otra interacción.

Aunque parezca mentira, al día de hoy no sabemos, a ciencia cierta, como se formaron las galaxias y si el Big Bang, el modelo de universo que hemos adoptado, es cierto. Es decir, si fue realmente lo que ocurrió aquí para que naciera nuestro universo, o, por el contrario, este pudo surgir de una fluctuación de vacío que rasgo el espacio-tiempo en otro universo. Pero, sigamos con la historia.

Así, emancipados, en lo sucesivo son libres de vagar por el Universo a su manera indiferente, volando a través de la materia como si no existiese. (Diez trillones de neutrinos atravesarán sin causar daños el cerebro y el cuerpo del lector en el tiempo que le lleve leer esta frase.  Y en el tiempo en que usted haya leído esta frase estarán más lejos que la Luna).

En menos de un siglo, el neutrino pasó de una partícula fantasma – propuesta en 1930 por el físico austríaco Wolfgang Pauli (1900-1958) a explicar el balance de energía en una forma de radioactividad,  el llamado decaimiento beta, en una sonda capaz de escrutar el interior de estrellas y de la propia Tierra.

Decaimiento β^– de un núcleo. Se ilustra cómo uno de los neutrones se convierte en un protón que a la vez que emite un electrón  (β^–) y un antineutrino electroníco. Es un proceso mediante el cual un nucleido o núcleo inestable  emite una partícula beta (un electrón o positrón) para compensar la relación de neutrones y protones del núcleo atómico.  Esta desintegración viola la paridad.

De esa manera, oleadas de neutrinos liberados en un segundo después del big bang persiste aún después, formando una radiación cósmica de fondo de neutrinos semejante a la radiación de fondo de microondas producida por el desacoplamiento de los fotones.

Si estos neutrinos “cósmicos” (como se los llama para diferenciarlos de los neutrinos liberados más tarde por las supernovas) pudiesen ser observador por un telescopio de neutrinos de alguna clase, proporcionarían una visión directa del Universo cuando sólo tenía un segundo.

A medida que retrocedemos en el tiempo, el Universo se vuelve más denso y más caliente, y el nivel de  estructura que puede existir se hace cada vez más rudimentario.

        Sólo una sustancia cósmica lo invadía todo antes de que formara la materia

Por supuesto, en ese tiempo, no hay moléculas, ni átomos, ni núcleos atómicos, y, a 10-⁶ (0.000001) de segundo después del comienzo del tiempo, tampoco hay neutrones ni protones.  El Universo es un océano de quarks libres y otras partículas elementales.

Si nos tomamos el de contarlos, hallaremos que por cada mil millones de antiquarks existen mil millones y un quark. La asimetría es importante.  Los pocos quarks en exceso destinados a sobrevivir a la aniquilación general quark-antiquark formaran todos los átomos de materia del Universo del último día.  Se desconoce el origen de la desigualdad; presumiblemente obedezca a la ruptura de una simetría materia antimateria en alguna etapa anterior.

Nos aproximamos a un tiempo en que las estructuras básicas de las leyes naturales, y no sólo las de las partículas y campos cuya conducta dictaban, cambiaron a medida que evolucionó el Universo.

La primera transición semejante se produjo en los 10^-11 de segundo después del comienzo del tiempo, cuando las funciones de las fuerzas débiles y electromagnéticas se regían por una sola fuerza, la electrodébil.  hay bastante energía ambiente para permitir la creación y el mantenimiento de gran de bosones w y z.

Estas partículas –las mismas cuya aparición en el acelerador del CERN verificó la teoría electrodébil– son las mediadoras intercambiables en las interacciones de fuerzas electromagnéticas y débiles, lo que las hace indistinguibles.  En ese tiempo, el Universo está gobernando sólo por tres fuerzas: la gravedad, la interacción nuclear fuerte y la electrodébil.

Más atrás de ese tiempo nos quedamos en el misterio y envueltos en una gran nebulosa de ignorancia.  Cada uno se despacha a su gusto para lanzar conjeturas y teorizar sobre lo que pudo haber sido.   Seguramente, en el futuro, será la teoría M (de supercuerdas) la que contestará esas preguntas sin respuestas ahora.

En los 10^-35 de segundo desde el comienzo del tiempo, entramos en un ámbito en el que las cósmicas son aún menos conocidas.  Si las grandes teorías unificadas son correctas, se produjo una ruptura de la simetría por la que la fuerza electronuclear unificada se escindió en las fuerzas electrodébil y las fuertes.  Si es correcta la teoría de la supersimetría, la transición puede haberse producido antes, había involucrado a la gravitación.

En el universo temprano la primera materia (hidrógeno y Helio) era llevada por la fuerza de gravedad a conformarse en grandes conglomerados de gas y polvo que interacioban, producían calor y formaron las primeras estrellas.

Elaborar una teoría totalmente unificada es tratar de comprender lo que ocurrió en ese tiempo remoto que, según los últimos estudios está situado entre 15.000 y 18.000 millones de años, cunado la perfecta simetría que, se pensaba, caracterizó el Universo, se hizo añicos para dar lugar a los simetrías rotas que hallamos a nuestro alrededor y que, nos trajo las fuerzas y constantes Universales que, paradójicamente, hicieron posible nuestra aparición para que , sea posible que, alguien como yo esté contando lo que pasó.

Pero hasta que no tengamos tal teoría no podemos esperar comprender lo que realmente ocurrió en ese Universo bebé.  Los límites de nuestras conjeturas actuales cuando la edad del Universo sólo es de 10^-43de segundo, nos da la única respuesta de encontrarnos ante una puerta cerrada.

Del otro lado de esa puerta está la época de Plank, un tiempo en que la atracción gravitatoria ejercida por cada partícula era comparable en intensidad a la fuerza nuclear fuerte.

La fuerza nuclear fuerte hizo posible la existencia de los núcleos que atraían electrones para formar átomos

Así que, llegados a este punto podemos decir que la clave teórica que podría abrir esa puerta sería una teoría unificada que incluyese la gravitación, es decir, una teoría cuántica-gravitatoria que uniese, de una vez por todas, a Planck y Einsteins que, aunque eran muy amigos, no parece que sus teorías (la Mecánica Cuántica) y (la Relatividad General) se lleven a las mil maravillas.

A partir del momento en que se formaron los primeros átomos, estos se unieron para formar moléculas y cuerpos. Pasados cientos de miles de años, millones y millones que el Universo necesitó para forjarse como un un Sistema cerrado coherente, lleno de materia situada en grandes espacios vacíos, donde las cuatro fuerzas fundamentales lo regían todo. Desde entonces, el universo se pobló de fantásticas configuraciones surgidas de la energía devastadoras de las primeras supernovas y colisiones de agujeros negros y un sin fin de fenómenos que ahora podemos observar con los grandes telescopios.

                 Galaxias que atraídas por la fuerza de gravedad se fusionan

Bellas Nebulosas que son el resultado de grandes explosiones de estrellas moribundas que lanzan sus materiales al espacio interestelar.

       Formaciones en cúmulos de estrellas que producen  el asombro de los Astrónomos

Monstruos cósmicos que, en forma de agujeros negros, engullen a las estrellas vecinas para hacerse más y más grande

     Miles y millones de galaxias que se reparten por todas las regiones del Universo “infinito”

Y pasado más de 13.000 millones de años, en un planeta rocoso de escasa importancia en el contexto del universo inmenso, aparecimos nosotros, unas criaturas egoístas e instintivas que, caminamos por el planeta durante milenios forjando Civilizaciones, inventando la escritura y las matemáticas, logrando forjar un saber aceptable sobre la Astronomía que nos cuenta, lo que pudo pasar desde el comienzo del Tiempo.

Se han hecho simulaciones informáticas de cómo evolucionó el Universo pero, nunca se ha podido escenificar como nació el Tiempo. ¿Qué será en realidad el Tiempo? No lo podemos ver ni tocar, no es materia, su interacción con todas las cosas y con los seres vivos está intermediada por la Entropía, de manera directa no trata con nada ni con nadie… ¿Qué podrá ser?

Sí, es cierto que, si somos sinceros, hay que reconocer que andamos un poco perdidos y que las preguntas, son infinitamente más que las pocas respuestas que podemos dar. Nuestra ignorancia es grande pero, nuestra imaginación es mayor y, poco a poco, ésta última le está ganando la batalla a la primera, ese peso que la Humanidad lleva sobre sus hombros desde la noche de los tiempos.

emilio silvera

[?]

Constituido por innumerables galaxias de estrellas, nuestro Universo,  no sólo es asombroso, sino que, es mucho más de lo que nuestras pobres mentes pueden imaginar. multitud de Nebulosas de las que “nacen” nuevas y brillantes estrellas y mundos, una inmensidad de objetos exóticos de una rica variedad que subyacen en las estrellas de neutrones como púlsares y magnétares, o, los agujeros negrosmisteriosos y, todo ello, en un espacio de una magnitud inimaginable para nuestras mentes que, percibe continuados mensajes que les envían los sentidos provenientes de los objetos y las cosas cotidianas que nos rodean pero, con una limitación inconmensurable que nos deja inmersos en una nube de ignorancia que, desde hace mucho tiempo, tratamos de desterrar… ¡Sin conseguirlo!

La incomprensible verdad de que sepamos tan poco y conozcamos tanto. Sabemos cosas que pasaron cuando aún, nuestra especie, no había surgido al mundo. ¿Cómo puede ser eso?

El camino hacia la total comprensión de la Naturaleza comenzó cuando fuimos conscientes de que nuestros conocimientos eran limitados y nuestra ignorancia infinita. Ya nos lo dijo Sócrates: “Solo se que no se nada”, después de él, muchos han sido los filósofos que de una u otra manera han dicho lo mismo en variadas versiones.

El no saber nos hizo ser curiosos y empeñarnos en plantear preguntas y contestarlas, y, para ello, estudiamos nuestro entorno primero, la Naturaleza, y, más tarde las estrellas.

La Humanidad, nuestra especie, siempre miró hacia los confines del cielo estrellado y se hacía preguntas que no podía contestar. En muchos de los trabajos que aquí se han expuesto quedaron reflejadas aquellas Civilizaciones antiguas que nos hablaban, con sus grabaciones en la piedra de  los lejanos confines del cosmos que ellos imaginaban. Hemos podido llegar un nivel de tecnología que nos permite otear horizontes muy lejanos y captar, con nuestros ingenios, galaxias que se podría decir, sin temor a equivocarnos, que están situados en los confines del Universo.

Podemos examinar la radiación que emiten las estrellas jóvenes, estudiar nebulosas lejanas y captar los extraños átomos y moléculas que las conforman y, al mismo tiempo, observar como se van creando las condiciones precisas de gravitación, vientos estelares y otros fenómenos cósmicos para que, los nuevos mundos y las nuevas estrellas surjan a la vida. Somos testigos de una especie de carrusel cosmológico que gira y gira “eternamente” envuelto en ciclos de destrucción y creación que se suceden en presencia de energías inimaginables, para que todo siga igual al mismo tiempo que todo cambia.

             Lo cierto es que hemos encontrado mundos muy parecidos a la Tierra

       Nuestro Universo ofrece las mejores condiciones para que la Vida, hiciera acto presencia en él. Sin embargo, siempre habrá dos bandos que discrepan en ese sentido: Por un lado están aquellos que creen en la presencia de la vida en múltiples mundos en las galaxias que pueblan el espacio del universo inmenso, y, por la otra parte, están aquellos que niegan tal posibilidad y se aferran a que, para que surgiera la vida en la Tierra, se tuvieron que dar tal cúmulos de condiciones que es imposible que se vuelvan a repetir en ningún otro lugar.

También es cierto que otros muchos mundos no podrían albergar la vida ni en el extremo de las posibilidades conocidas por nosotros y que denominamos extremófila por estar presente en condiciones que nunca, antes de ser descubierta, pudimos imaginar que pudiera existir. Existen regiones del Universo que son extremadamente peligrosas donde la radiación y las energías extremas están presentes y, ningún mundo que pudiera existir por sus alrededores tendría la posibilidad de albergar ninguna clase de vida.

Somos conscientes de que no podemos vivir aislados y desde siempre hemos tratado de saber qué ocurría más allá, en la lejanía de las estrellas donde algunos imaginativos pensaban que otras criaturas habitaban un sin fín de mundos que, como la Tierra, tendrían las condiciones necesarias para ello. Para ellos, el Universo ofrecía todas las posibilidades a favor y en contra, su diversidad era tanta que mundos llenos de vida pululaban alrededor de estrellas situadas a decenas, cientos, miles o millones de años-luz de nosotros y, también, había mundos imposibles donde nada podía surgir a la vida.

Ni afirmar ni negar podemos. En lo referente a la vida en otros mundos, todo podría ser posible y la vida tanto inteligente como vegetativa en múltiples formas y con distintos metabolismos, como ocurre aquí en nuestro planeta, es posible que esté presente en aquellos mundos que como el nuestro tengan aquellos requisitos necesarios para su sustento. Atmósfera calentada por una estrella benigna que caliente el planeta, océanos y bosques, y, en defintiva, todo aquellos que es necesario para mantener latente formas de vida que como la nuestra, parecida o totalmente diferentes, se desarrollen en un ambiente adecuado a las condiciones que cada especie pudiera requerir.

    Io, luna de Júpiter y Charles Darwin. Creo que hasta el los lugares más inhóspitos, la vida podría estar presente

La vida más resistente que se conoce es la vida invisible: los microoganismos y las bacterias. Los seres vivos capaces de sobrevivir en condiciones extremas se llaman extremófilos. Sobreviven en condiciones que serían letales para cualquier otra forma de vida. Resisten temperaturas extremas, por encima del grado de ebullición del agua y por debajo del de congelación, condiciones de acidez, de falta de luz solar y de oxígeno, de presión, de salinidad… Pueden permanecer en estado de letargo durante miles de años y volver a reanimarse al contacto con el agua.

Lo único que necesitan los extremófilos es: materia orgánica, agua y una fuente de energía. La materia orgánica abunda por todo el Cosmos. Pueden emplear una fuente de energía distinta a la luz solar. De hecho, a comienzos de los 90, se descubrió una bacteria que vivía en el subsuelo, a 7 kms de profundidad, y se alimentaba a base de petróleo. Lo que sí necesita la vida extremófila es agua en estado líquido. O, al menos, así lo creemos. Hasta hoy, no hay pruebas de que ninguna forma de vida pueda sobrevivir sin agua líquida. Pero podemos estar equivocados.

Hasta ahora, la Tierra es el único lugar del universo donde está confirmada la existencia de agua en estado líquido. Pero en el propio Sistema Solar hay planetas y satélites con agua helada. Si se demostrara que los extremófilos pueden sobrevivir con agua helada, se abrirían nuevas posibilidades en la búsqueda de vida extraterrestre.

   Arquea productora de metano. Se han encontrado microorganismos productores de metano en dos ambientes extremos en la Tierra: enterrados bajo kilómetros de hielo en Groenlandia y en los suelos cálidos del desierto. Estos descubrimientos hacen más plausible la esperanza que tenemos sobre la existencia de vida en Marte.

Han pasado más de 150 años desde que Darwin publicara su famosa obra El origen de las especies. Sus ideas han prevalecido en el transcurrir del tiempo y ni los nuevos descubrimientos ni los muchos avances logrados han podido dejar de lado la idea de la evolución. Más de doscientos años después de su nacimiento, sus ideas siguen en el candelero de la Biología y nos habla de que, la vida, como el decía, puede surgir en cualquier charca embarrada y caliente.  Sus ideas han sido profundamente analizadas por los mejores especialistas en biología que han tenido que reconocer su influencia en el mundo científico de los distintos campos de la biología, en general, y de la biología evolutiva, en particular.

Pero es interesante ejemplarizar su capacidad sintetizadora y premonitoria en el por aquel entonces, campo novedoso de la biología, la extremofilia, a partir de la exploración de los lagos salobres del río negro en Argentina. A finales de 1831, Darwin se embarcó en el Beagle (ya contamos aquí aquella historia), tardaron meses en atravesar el Atlántico. Desembarcaron en el Maldonado y recorrieron las costas de Uruguay y Argentina realizando numerosas observaciones geológicas, botánicas, zoológicas y antropológicas. Ciertamente, aquella “excursión” investigadora por méritos propios está registrada en los anales de la Historia.

                        La imagen está referida a la Misión Planck de la ESA

En cada tiempo hemos hecho las cosas como hemos podido, siempre en busca del saber y queriendo descubrir los secretos que la Naturaleza esconde. Darwin partió en el Beagle hacia lo desconocido en un viaje peligroso y aventurero en busca de lo misterioso. Ahora, nosotros mucho más adelantados, buscamos lo mismo: ¡Saber!. Sin embargo, utilizamos otros medios que, como la Misión Planck de la Esa, por ejemplo, vamos a la búsqueda del origen del Universo.

La misión que data de 2.009, no es algo improvisado que se hizo a la ligera, estuvo planificándose y preparándose durante dos décadas de manera muy cuidadosa y con exquisito esmero para cuidar hasta el último detalle dentro de las más avanzadas técnicas que la ciencia actual podía permitirse. El telescopio espacial Planck nos ha ayudado a comprender mejor la historia del Universo, desde una fracción de segundo después del Big Bang a la evolución de las estrellas y de las galaxias a lo largo de estos 13.700 millones de años. Aunque la fase de observaciones científicas ya haya terminado, el legado de esta misión sigue vivo. Planck se lanzó en el año 2009 y pasó 4.5 años observando el firmamento para estudiar cómo evolucionó la materia cósmica con el paso del tiempo.

Los científicos que trabajan con los datos de Planck presentaron la imagen más precisa de la radiación cósmica de microondas (CMB, por sus siglas en inglés), los restos de la radiación del Big Bang que quedaron grabados en el firmamento cuando el Universo tenía apenas 380.000 años.

Regiones de increíble belleza en las que, están presentes todas las condiciones para que surja la vida

La señal CMB es la imagen más precisa de la distribución de masa en el Universo primitivo. En ella se pueden detectar minúsculas fluctuaciones de temperatura que se corresponden con regiones que, en un principio, presentaban densidades ligeramente diferentes, y que constituyen las semillas de todas las estructuras, estrellas y galaxias que podemos ver hoy en día. Jan Tauber, científico del proyecto Planck para la ESA, declaraba:

“Planck nos ha proporcionado la imagen a cielo completo de la señal CMB más precisa de la historia, con la que podremos poner a prueba una gran variedad de modelos sobre el origen y la evolución del cosmos”

 

 

El objetivo principal de Gaia es crear un mapa en 3D de alta precisión de nuestra galaxia, la Vía Láctea, observando repetidamente mil millones de estrellas para determinar su posición precisa en el espacio y sus movimientos a través de él. La sonda espacial Gaia es otro de los muchos proyectos que tratan de investigar dónmde estamos situados en el contexto de nuestra Galaxia, la Vía Láctea.

La Agencia Espacial Europea (ESA)  ha dado luz verde a la misión Euclides, que se lanzará en 2020 con el objetivo de estudiar la misteriosa energía oscura que compone el 73% del Universo. La misión Euclides contará con un telescopio de 1,2 metros de diámetro que nutrirá una cámara de 576 millones de píxeles con imágenes en muy alta resolución de 2.000 millones de galaxias, equivalente a las del Telescopio Espacial Hubble. Con esos datos, y mediante tecnología de infrarrojos, los científicos desarrollarán una cartografía de las grandes estructuras del Universo y medirán la distancia entre las galaxias captadas por la cámara.

El telescopio WISE ha llegó al final de su fase de mapear en infrarrojo, pero continuó con la misión de realizar el siguimiento de los más cercanos cometas y asteroides, además de enanas marrones. Se ideó un telescopio infrarrojo que orbitara la Tierra y que ha sido empleado para mapear objetos fríos, polvorientos o lejanos que los telescopios de luz visible no pueden observar. Durante 2010 ha tomó más de 1,8 millones de fotografías utilizando su telescopio de 16 pulgadas y cuatro detectores de longitudes de onda infrarrojas, observando el cielo una vez y media, descubriendo estrellas, cometas y más de 33.500 asteroides en el proceso.

“Un sistema de cinco planetas, de los cuales dos tienen un radio 1,41 y 1,61 veces superior al de la Tierra y están en la zona habitable”. Este es el título de un estudio que investigadores internacionales publican esta semana en Science. El hallazgo ha sido posible gracias a las observaciones del telescopio espacial Kepler de la NASA. La estrella anfitriona es Kepler-62 y los dos planetas protagonistas se han bautizado como Kepler-62 e y f, orbitando más lejos que sus compañeros b, c y d. A Kepler-62 e y f llega un flujo solar desde su estrella parecido al que reciben Venus y Marte por parte de nuestro Sol. Respectivamente, los dos exoplanetas reciben alrededor de 1,2 y 0,41 veces la radiación solar que alcanza la Tierra. Basándose en modelos y simulaciones computacionales, los científicos consideran que el tamaño de estos dos nuevos planetas sugiere que podrían ser rocosos, como la Tierra, o estar compuestos de agua sólida.

Hay lugares privilegiados en nuestro mundo desde los que podemos admirar cosas así

Si miramos al cielo en una noche oscura y estamos en el lugar adecuado, podremos contemplar, la inconmensurable Naturaleza en la que estamos inmersos y situados en un pequeño planeta apto para albergar la vida, podemos admirar parte de nuestra Galaxia, la Vía Láctea que nunca hemos podido contemplar en su totalidad al estar confinados en el planeta y no tener los medios para salir fuera y poder tomar una imagen completa del lugar en el que vivimos. Podemos hacerlo con otras galaxias lejanas y, de la nuestra, sólo la conocemos por datos parciales que podemos ir juntando en los diversos estudios que para ello hemos llevado a cabo y seguimos llevando con misiones que, como las que más arriba se reseñan, nos facilitan datos precisos para que podamos saber, de nuestro lugar en el Universo desde esta Galaxía que es sólo una de entre cien mil millones.

Desde un lugar minúsculo, un pequeño terrón de roca y agua que orbita una estrella mediana que le suministra la luz y el calor necesario para que podamos estar aquí, sin pararnos a pensar en nuestra ínfima medida en el contexto del Universo, lo cierto es que lo queremos conquistar.

¡Ilusos!

emilio silvera

[?]