Investigadores proponen una solución a algunos problemas de la Física Cuántica, como los viajes en el tiempo o la paradoja del abuelo

Las curvas temporales abiertas podrían resolver muchos problemas de la Física – NPJ QUANTUM INFORMATION

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SINC – MATEMÁTICAS, FÍSICA Y QUÍMICA: Astronomía y Astrofísica

Hallan en el Espacio Interestelar una molécula que puede ser diestra o zurda

Existen moléculas que, al igual que un par de manos humanas, pueden ser diestras (destrógiras) o zurdas (levógiras). Así lo explicaba el personaje ficticio Walter White a sus alumnos en uno de los capítulos de la serie Breaking Bad.

Las moléculas con esta propiedad, llamada quiralidad, poseen una estructura idéntica pero son opuestas y no se pueden superponer, de la misma manera que la mano derecha es la imagen especular de la izquierda.

La vida en la Tierra está formada por grupos de este tipo de moléculas. Por ejemplo, aunque los aminoácidos que componen las proteínas existen con ambas quiralidades, en los seres vivos solo se encuentran en su forma zurda; sin embargo, los azúcares y el ADN solo son diestros.

Un nuevo estudio, publicado en Science, informa de la primera detección de moléculas quirales orgánicas complejas fuera del sistema solar.

El hallazgo supone un gran paso para resolver uno de los grandes misterios de la biología molecular: cómo se llegó a que todos los seres vivos utilizaran moléculas de un solo enantiómero –como se denomina a cada una de las variantes– y despreciaran al otro.

Utilizando novedosas tecnologías de telescopio y laboratorio, los científicos han descubierto un importante par de moléculas prebióticas en el espacio interestelar.

El hallazgo indica que algunos componentes químicos básicos, esenciales en el desarrollo de la vida –las moléculas prebióticas dieron origen a las primeras células-, pudieron haberse formado en polvorientos granos de hielo flotando entre las estrellas.

Moléculas precursoras de la vida

   En el Espacio Interestelar se han encontrado moléculas de Azúcares

Hasta ahora, las hipótesis centraban la respuesta en la forma natural en la que existen las moléculas en el espacio antes de incorporarse a los asteroides y cometas que posteriormente caen en los planetas jóvenes. Sin embargo, nunca se había encontrado una molécula quiral en el espacio que demostrara esta teoría.

“Los meteoritos y cometas de nuestro sistema solar contienen moléculas quirales que son anteriores a la propia Tierra”, señala Carroll, uno de los investigadores del estudio e investigador en el Instituto Tecnológico de California, EE.UU (Caltech). “Tales cuerpos pequeños pueden ser los que empujaron a la vida a optar por la imparcialidad que vemos hoy en día”, añade.

 

La Vía Láctea y el Centro Galáctico sobre el lago Waiau en la cima del Mauna Kea. / Brett A. McGuire/P. Brandon Carroll.

Por primera vez, un equipo de investigadores ha detectado en el espacio un compuesto químico, llamado óxido de propileno (CH₃CHOCH₂),  que existe tanto de forma diestra como zurda.

“Esta es la primera molécula detectada en el espacio interestelar que tiene la propiedad de la quiralidad. Es un primer paso para entender cómo las moléculas prebióticas se crean en el universo y qué efectos pueden tener sobre los orígenes de la vida”, declara Brett McGuire, investigador en el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) en Charlottesville (Virginia, EE UU).

Concretamente, la encontraron en la zona fría y exterior de Sagitario B2 (Sgr B2), una nube de gas y polvo que supera, aproximadamente, en tres millones la masa del Sol y que está situada en el centro de la Vía Láctea.

La investigación se ha nutrido con datos del proyecto Estudio de Moléculas Interestelares Prebióticas (PRIMOS), del radio telescopio Green Bank (GBT) y del radiotelescopio Parkes para examinar el espectro de Sgr B2 a través de una amplia gama de frecuencias de radio.

El bien o el mal

Las dos formas de una molécula quiral poseen las mismas propiedades físicas, como por ejemplo el mismo punto de ebullición y de fusión. Sin embargo, tal y como el personaje Walter White explica a sus alumnos, los enantiómeros pueden tener reacciones químicas distintas en el cuerpo humano. Lo que es bueno puede ser malo en su imagen especular.

El profesor de química pone como ejemplo el caso de la talidomida, un compuesto quiral recetado durante los años 90 para calmar las náuseas de las embarazadas. En 1960 los casos de malformaciones en los recién nacidos aumentaron debido al desconocimiento de la existencia de dos tipos de talidomida: su forma diestra que produce efecto calmante y su forma zurda que causa anomalías en el feto.

Lo mismo sucede con la metanfetamina. Su configuración destrógira es usada como droga por sus efectos psicoestimulantes, mientras que la levógira es utilizada como descongestionador nasal.

Comprender la homoquiralidad

El óxido de propileno es una molécula útil para el estudio ya que es relativamente pequeña en comparación con biomoléculas tales como los aminoácidos. A pesar de no encontrarse en los organismos vivos, su presencia en el espacio es una señal de la existencia de otras moléculas quirales.

“Si bien la técnica que utilizamos no nos dice acerca de la abundancia de cada enantiómero, esperamos que este trabajo permita futuras observaciones que nos hagan comprender mucho más acerca de las moléculas quirales, los orígenes de la homoquiralidad y de la vida en general “, comenta Brandon Carroll.

Estos resultados demuestran la existencia de una importante nueva clase de moléculas en el espacio. “Con el descubrimiento de un compuesto quiral en el espacio, por fin tenemos una manera de estudiar dónde y cómo se originan antes de pasar a formar parte de meteoritos y cometas”, explica Geoffrey Blake, profesor de cosmoquímica y ciencias planetarias en Caltech y otro de los autores del estudio.

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Lo cierto es que, nadie sabe el destino final del Universo. Sin embargo, especular… especulan todos. Según todos los indicios, el destino final del Universo será la congelación de todo, el cero absoluto en un clima en el que, ni los átomos tendrán movimiento alguno. Todo quedará estático y frío, la quietud de la muerte, un lugar en el que nada sucederá. Si eso llega como parece, ninguna transición de fase transformará nada en otra cosa diferente y, ni las estrellas, ni la vida, generarán entropía negativa para que todo siga como ahora podemos contemplar.

                                        En nuestro Sol se producirán terribles cambios

Si para entonces estuviéramos aquí (que no lo creo), podríamos ver como dentro de unos miles de millones de años, el Sol, convertido en una Gigante Roja, se nos acercaría amenazador y primero se tragaría a Mercurio, más tarde a Venus y, quedaría muy cerca de la Tierra que vería como sus océanos se evaporarían y la vida, tal como la conocemos, desaparecería de este hermoso planeta que, para entonces, sólo sería una gran esfera calcinada.

“Sabiendo” que el destino irremediable de nuestro mundo, el planeta Tierra, es el de ser calcinado por una estrella gigante roja en la que se convertirá el Sol cuando agote la fusión de su combustible de hidrógeno, helio, carbono, etc, para que sus capas exteriores de materia exploten y salgan disparadas al espacio exterior formando una nebulosa planetaria, mientras que el resto de su masa se contraerá hacia su núcleo bajo su propio peso, a merced de la gravedad, convirtiéndose en una estrella enana blanca de enorme densidad y de reducido diámetro que solo sera frenada por la degeneracion de los electrones al ponerse en marcha en Principio de exclusión de Pauli. Sabiendo eso, el hombre debe poner los medios para que antes de que llegue ese momento (dentro de algunos miles de millones de años), la Humanidad pueda escapar y dar el salto hacia otros mundos lejanos que, como la Tierra ahora, reúna las condiciones físicas y químicas, tenga agua corriente por estar situados en la zona habitable y tengan la atmósfera y las temperaturas adecuadas para acogerla.

Eso, naturalmente, sólo será posible si no ocurren otros acontecimientos ahora desconocidos por nosotros y que, siendo el Universo dinámico como lo es, entra dentro de lo posible que ese futuro que vislumbramos, pudiera ser diferente. En realidad, no podemos asegurar nada del mañana.

Como cualquiera de las figuras de arriba, podría ser nuestro Sol dentro de cinco mil millones de años. Una vez finalizada su fase de gigante roja…

Pero el problema no es sólo de nosotros, y se extenderá a la totalidad del universo que, aunque mucho más tarde, también está abocado a la muerte térmica, el frío absoluto si se expande para siempre como un universo abierto y “eterno”, o el más horroroso de los infiernos, si estamos en un universo cerrado y finito en el que un día, la fuerza de gravedad, detendrá la expansión de las galaxias que comenzarán a moverse de nuevo en sentido contrario, acercándose las unas a las otras de manera tal que el universo comenzará, con el paso del tiempo, a calentarse, hasta que finalmente se junte toda la materia-energía del universo en una enorme bola de fuego de millones de grados de temperatura, el Big Crunch. Según los datos con los que contamos, la Densidad Crítica del Universo puede ser la ideal para que se expanda para siempre, con lo cual, el Big Crunch, nunca se producirá.

     Donde quiera que podamos mirar… ocurren las mismas cosas, todo es igual aquí y allí

Las regiones del Universo, como nuestro Sistema Solar, están todas ellas regidas por las mismas leyes y fuerzas de la Naturaleza. El irreversible final está entre los dos modelos que, de todas las formas  que lo miremos, es negativo para la Humanidad (si es que para entonces aún existe). En tal situación, algunos ya están buscando la manera de escapar.

Cada uno de esos universos tendría las propiedades, constantes y fuerzas fundamentales que impusieran su naturaleza, algunos serían como el nuestro y estaría presente la vida, otros habrían nacido muertos y, ni las estrellas de formarían.

Stephen Hawking y otros (entre los que me cuento) hemos llegado a la conclusión de que estamos inmersos en un multiuniverso, esto es, que existen infinidad de universos conectados los unos a los otros. Unos tienen constantes de la naturaleza que permiten la vida igual o parecida a la nuestra, otros posibilitan formas de vida muy distintas y otros muchos no permiten ninguna clase de vida.

Algún día, es posible que podamos abrir una puerta en el hiperespacio que nos lleve hacia otros universos.

Si miramos hacia atrás en el Tiempo, podremos contemplar cómo vivían nuestros ancestros y los pocos conocimientos que tenían de cualquier cosa que ahora, a nosotros, unos cientos de miles de años más tarde, nos parecen cotidianas y normales, cuando han costado la suma de muchas experiencias, ideas, intuiciones de mentes privilegiadas y dolor. En ésta vida, nada se nos regala, todo hay que ganarlo.

Este sistema de inflación-contracción autorreproductora nos viene a decir que cuando el universo se expande (se infla) a su vez, esa burbuja crea otras burbujas que se inflan y a su vez continúan creando otras nuevas más allá de nuestro horizonte visible. Cada burbuja será un nuevo universo, o mini-universo en los que reinarán escenarios diferentes o diferentes constantes y fuerzas.

Representación artística de WMAP. La Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) es una sonda de la NASA cuya misión es estudiar el cielo y medir las diferencias de temperatura que se observan en la radiación de fondo de microondas, un remanente del Big Bang.

(“¿Los científicos han visto pruebas de la existencia del tiempo antes del Big Bang, y tal vez una verificación de la idea del universo cíclico”?. Uno de los grandes físicos de nuestra época, Roger Penrose de la Universidad de Oxford, ha publicado un nuevo documento diciendo que los patrones circulares visto en el WMAP mision de datos sobre el fondo cósmico de microondas sugieren que el espacio y el tiempo tal vez no se originó en el Big Bang, sino que nuestro universo continuamente los ciclos a través de una serie de “eones”, y tenemos un eterno y cíclico cosmos.”)

“La Física depende de distintos parámetros, desde la carga o masa del electrón hasta la permeabilidad del vacío pasando por la constante de gravitación universal. Si construir un universo fuera como cocinar usaríamos una receta de cocina. Los ingredientes que se usarían seguirían ciertos parámetros, como la composición de fuerzas y partículas, mientras que la preparación serían la cantidad de masa o la intensidad de la constante cosmológica.Sin embargo la receta del Universo no admite errores en los ingredientes. Pareciera que el Universo esta predispuesto para producir y albergar vida, pero al mínimo cambio las condiciones ya no son favorables. Así, una pequeña alteración en los valores de las constantes fundamentales haría que no se produzcan en las estrellas los elementos necesarios para la vida; más masa en el Universo y éste implosionaría al poco de darse el Big Bang y no habrá dado tiempo para que se forme la vida; una constante cosmológica más intensa y el Universo se diluirá en la nada sin que se formen galaxias, estrellas y planetas.”

El escenario que describen algunos el diagramas en otras ocasiones aquí reseñado, ha sido explorado y el resultado hallado es que en cada uno de esos posibles universos, como hemos dicho ya, puede haber muchas cosas diferentes; pueden terminar con diferentes números de dimensiones espaciales o diferentes constantes y fuerzas de la naturaleza, pudiendo unos albergar la vida y otros no. De hecho, un grupo de científicos han detectado “algo” inmenso más allá de “nuestro universo” que podría estar generan Gravedad y atrayendo hacia el nuestras galaxias (eso haría innecesaria la existencia de la “materia oscura”,

El reto que queda para los cosmólogos es calcular las probabilidades de que emerjan de esos diferentes universos a partir de esta complejidad inflacionaria ¿Son comunes o raros los universos como el nuestro? Existen, como para todos los problemas planteados, diversas conjeturas y consideraciones que influyen en la interpretación de cualquier teoría cosmológica futura cuántico-relativista. Hasta que no seamos capaces de exponer una teoría que incluya la relatividad general de Einstein (la gravedad-cosmos) y la mecánica cuántica de Planck (el cuanto-átomo), no será posible contestar a ciertas preguntas.

Todas las soluciones que buscamos parecen estar situadas en teorías más avanzadas que, al parecer, sólo son posibles en dimensiones superiores, como es el caso de la teoría de supercuerdas situada en 10, 11 ó 26 dimensiones. Allí, si son compatibles la relatividad y la mecánica cuántica, hay espacio más que suficiente para dar cabida a las partículas elementales, las fuerzas gauge de Yang-Mill, el electromagnetismo de Maxwell y la Gravedad que ahora está fuera del Modelo,  en definitiva, una descripción real del espacio-tiempo y la materia, la descripción verdadera del universo y de las fuerzas que en él actúan.

           Siempre hemos querido observar pero, no siempre hemos sabido explicar lo que podíamos ver

Científicamente, la teoría del hiperespacio lleva los nombres de Teoría de Kaluza-Klein y supergravedad. Pero en su formulación más avanzada se denomina Teoría de Supercuerdas o Teoría M, una teoría que desarrolla su potencial en nueve dimensiones espaciales y una de tiempo: diez dimensiones, o, en la versión más avanzada de dies dimensiones de espacio y una de tiempo.  Así pues, trabajando en dimensiones más altas, esta teoría del hiperespacio puede ser la culminación que conoce dos milenios de investigación científica: la unificación de todas las fuerzas físicas conocidas. Como el Santo Grial de la Física, la “Teoría de Todo” que esquivó a Einstein que la buscó los últimos 30 años de su vida.

Imaginamos el Hiperespacio como un túnel que nos llevará a galaxias lejanas, un atajo para burlar a la velocidad de la luz infranqueable, una manera de poder ser viajeros del espacio que, en nuestro mundo físico, se hace imposible debido a las distancias que tendríamos que recorrer, al limitado aguante físico de nuestra configuración humana, y, sobre todo… ¡al tiempo necesario! Todo eso sería obviado por este medio hiperespacial, un túnel hacia las estrellas.

Durante el último medio siglo, los científicos se han sentido intrigados por la aparente diferencia entre las fuerzas básicas que mantienen unido al cosmos: la Gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil. Los intentos por parte de las mejores mentes del siglo XX para proporcionar una imagen unificadora de todas las fuerzas conocidas han fracasado. Sin embargo, la teoría del hiperespacio permite la posibilidad de explicar todas las fuerzas de la naturaleza y también la aparentemente aleatoria colección de partículas subatómicas, de una forma verdaderamente elegante.  En esta teoría del hiperespacio, la “materia” puede verse también como las vibraciones que rizan el tejido del espacio y del tiempo. De ello se sigue la fascinante posibilidad de que todo lo que vemos a nuestro alrededor, desde los árboles y las montañas a las propias estrellas, no son sino vibraciones del hiperespacio.

Es tanta nuestra ignorancia que, a falta de datos fiables, nuestra imaginación es la que dentro de nuestras mentes, dibuja aquellos mundos y universos que sea capaz de idear, y, no pocas veces, esos “sueños”, sin nosotros saberlo, podrían ser el retrato de la realidad.

Antes mencionábamos los universos burbujas nacidos de la inflación y, normalmente, el contacto entre estos universos burbujas es imposible, pero analizando las ecuaciones de Einstein, los cosmólogos han demostrado que podría existir una madeja de agujeros de gusano, o tubos, que conectan estos universos paralelos.

Hasta las cosas más extrañas pueden estar ahí fuera esperando que las encontremos. ¿No existen Agujeros Negros? ¿Por qué no otros extraños Objetos e incluso universos diferentes al nuestro? Aunque muchas consecuencias de todos estos pensamientos son puramente teóricas, el viaje en el hiperespacio (si algún día fuese posible) podría proporcionar eventualmente la aplicación más práctica de todas: salvar la vida inteligente de la muerte de este universo nuestro cuando al final llegue el frío o el calor.

Claro que, ¡tenemos tanto “tiempo” por delante! que, mentes pensantes que por el Universo podrían ser más abundantes de lo que muchos piensan, tienen un margen aceptable para buscar esa fórmula que bien aplicada, evite el desastre final.

Otros, sin embargo, opinan que el Universo es el resultado de fluctuaciones del vacío pero, eso será objeto de otro comentario.

emilio silvera

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La sinfonía de los agujeros negros binarios ¿La oirémos algún día?

Ya se han encontrado agujeros negros gemelos

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