La ciencia que estudia las leyes que determinan las estructura del Universo con referencia a la materia y la energía de la que está constituido. Se ocupa no de los cambios químicos que ocurren, sino de las fuerzas que existen entre los objetos y las interrelaciones entre la materia y la energía. Tradicionalmente, el estudio se dividía en campos separados: calor, luz, sonido, electricidad y magnetismo y mecánica (Física clásica).

Desde el siglo XX, sin embargo, la Mecánica cuántica y la Física relativista han sido cada vez más importantes; el desarrollo de la Física moderna ha estado acompañado del estudio de la Física atómica, Física nuclear y Física de partículas, molecular…

La Física de cuerpos astronómicos y sus interacciones recibe el nombre de Astrofísica, la Física de la Tierra, recibe la denominación de Geofísica, y el estudio de los aspectos Físicos de la Biología se denomina Biofísica. Tenemos que concluir que sin la Física, no sabríamos cómo es el universo que nos acoge y el por qué del comportamiento de la materia-energía que en él está presente.

Gracias a los aceleradores de partículas hemos podido llegar muy lejos hacia atrás en el tiempo para poder saber sobre cómo se pudo formar y, “suponer” cómo pudo surgir. Cuando llegamos a los 10^-35 de segundo desde el comienzo del tiempo, entramos en un ámbito en el que las condiciones cósmicas son poco 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.

Aún no había Carbono que se produciría mucho más tarde, en las estrellas, mediante el efecto triple alfa

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 interaccionaban, producían calor y formaron las primeras estrellas a los doscientos años del comienzo del tiempo y, sus cúmulos y aglomerados se convirtieron en las primeras galaxias que, tampoco sabemos a ciencia cierta, que mecanismos pudieron seguir para formarse.

Elaborar una teoría totalmente unificada es tratar de comprender lo que ocurrió en ese tiempo remoto que, según los últimos estudios está situado entre 13.700 y 15.000 millones de años, cuando la perfecta simetría -que se pensaba, caracterizó el Universo-, se hizo añicos para dar lugar a las simetrías rotas que hallamos a nuestro alrededor y que nos trajo las fuerzas y constantes Universales que,  paradójicamente, hicieron posible nuestra aparición para que ahora, sea posible que, alguien como yo esté contando lo que pasó.

Realmente, carecemos de una teoría que nos explique lo que pasó en aquellos primeros momenmtos y, hasta que no tengamos tal teoría no podemos esperar comprender lo que realmente ocurrió en ese Universo temprano.  Los límites de nuestras conjeturas actuales cuando la edad del Universo sólo es de 10^-43 de segundo, nos da la única respuesta de encontrarnos ante una puerta cerrada. Del otro lado de esa puerta está la época de Planck, un tiempo en que la atracción gravitatoria ejercida por cada partícula era comparable en intensidad a la fuerza nuclear fuerte.

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 Einstein que, aunque eran muy amigos, no parecen que sus teorías (la Mecánica Cuántica) y (la Relatividad General) se lleven de maravilla.

Y, a todo esto, tenemos que pensar en el hecho cierto de que átomos, moléculas  y conexiones se pudieran estructurar en un conjunto complejo para poder formar pensamientos surgidos de algo nuevo que antes no estaba presente en el Universo: ¡La Vida! Que evolucionada pudo llegar, en algún caso, a generar no sólo pensamientos sino que también, llegaron los sentimientos y nos hizo adolescentes. Ahora, estamos a la espera de que llegue la mayoría de edad, ese tiempo en el que se deja de hacer chiquilladas y la seriedad predomina en los comportamientos que están aconsejados por la sabiduría de la experiencia. Pero para que eso le llegue a la Humanidad… ¡Falta mucho, mucho, muchísimo Tiempo!

Hemos llegado a poder discernir la relación directa que vincula el tamaño, la energía de unión y la edad de las estructuras fundamentales de la Naturaleza. Una molécula es mayor y más fácil de desmembrar que un átomo; lo mismo podemos decir de un átomo respecto al núcleo atómico, y de un núcleo con respecto a los quarks que contiene.

La cosmología  sugiere que esta relación resulta del curso de la historia cósmica, que los quarks se unieron primero, en la energía extrema del Big Bang original, y que a medida que el Universo se expandió, los protones y neutrones compuestos de quarks se unieron para formar núcleos de átomos, los cuales, cargados positivamente, atrajeron a los electrones cargados con electricidad negativa estableciéndose así como átomos completos, que al unirse formaron moléculas. Si es así, cuanto más íntimamente examinemos la Naturaleza, tanto más lejos hacia atrás vamos en el tiempo.

Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas conformadas en la debida proporción para que existan mundos, estrellas, galaxias y seres vivos

Aquí, generalmente comentamos sobre la Física pura en sus dos versiones de la Relatividad y la Mecánica Cuántica que engloba ese universo particular de lo microscópico donde se mueven las partículas que conforma todo aquello que podemos observar en el Universo y que llamamos la Materia Bariónica, y, al mismo tiempo, nos ocupamos de la interrelación que entre los cuerpos físicos ocurren y las fuerzas que están presentes, así como, de las constantes universales que en nuestro universo, son las responsables de que todo funcione como lo hace.

Hablamos de física y no puedo dejar de pensar en cómo la mente humana, ha podido profundizar tanto en el conocimiento de la Naturaleza hasta llegar a números tan complejos como el de las constantes de la Naturaleza: la constante de Planck en sus dos versiones, h y ħ; la igualdad masa-energía de Einstein, la constante gravitacional de Newton, la constante de estructura fina (137) y el radio del electrón.

 

 Las constantes físicas hacen que nuestro Universo sea tal como lo conocemos. Si la masa del protón, o la carga del electrón variaran aunque sólo fuese una diezmillonésima parte, nosotros no estaríamos aquí.

En ciencias se entiende por constante física el valor de una magnitud física cuyo valor, fijado un sistema de unidades, permanece invariable en los procesos físicos a lo largo del tiempo. En contraste, una constante matemática, las constante de la Naturaleza representan un valor invariable que no está implicado directamente en ningún proceso físico. Algunas de ellas son:

• Constante de Planck: h = E/v
• Constante de Planck racionalizada: ℎ = h/2π
• Igualdad masa-energía: E = mc²
  
• Constante gravitacional: F = m₁m₂G/d²
  
• Constante de estructura fina: α = 2πe²/hc
• Radio del electrón: r₀ = e²/mc²

                      ¡Me encantan sus mensajes!

Es verdaderamente meritorio el enorme avance que en tan poco tiempo ha logrado la Humanidad en el campo de la física. En aproximadamente un siglo y medio, se ha pasado de la oscuridad a una claridad, no cegadora aún, pero sí luminosa. Son muchos los secretos de la naturaleza física que han sido desvelados, y el ritmo parece que se mantiene a un muy meritorio ritmo gracias a inmensas estructuras que, como el Acelerador de Hadrones (LHC), nos ha llevado hacia atrás en el Tiempo muy cerca del comienzo, después del Tiempo de Planck cuando la materia y la energía se distribuyeron para conformar el Universo que conocemos hoy.

¡El tiempo!, ése precioso bien está… ¿A nuestro favor? ¿En nuestra contra? Sólo tenemos que ir pasando el testigo para alcanzar las  metas propuestas. Pongamos nuestras esperanzas en que no seamos tan irresponsables como para estropearlo todo. ¿Nos haremos mayores alguna vez? Tenemos que pensar a lo grande, en el conjunto universal y dejarnos de pensar en pequeño, olvidarnos del Yo y pensar en el Nosotros.

Astronomía, gravedad o electromagnetismo; cuestiones sencillas de entender para los iniciados y, a veces, muy complejas para la gente corriente. Por tal motivo, si escribo sobre estos interesantes temas, mi primera preocupación es la de buscar la sencillez en lo que explico.

                                                                           

    “…mi primera preocupación es la de buscar la sencillez en lo que explico. No siempre lo consigo.

                                                  Si el tema no interesa… cada cual irá a lo suyo

Los buenos escritores-divulgadores de la ciencia deben contar los fenómenos naturales revistiéndolos de un atractivo y misterioso toque mágico que se se muestre ante los ojos de la mente del lector y,  produciéndoles asombro y sorpresa por tales maravillas queden embebidos en el relato y en las cosas maravillosas que allí se están tratando. Y, en Física, amigos míos, casi todo lo que te encuentras son maravillas de la Naturaleza que, cuando comienzas a comprender… ¡Es imposible dejar de mirar!

Si contamos la historia de una estrella, desde que nace a partir del gas y del polvo cósmico hasta que muere en una explosión de supernova para convertirse en otro objeto estelar diferente, al oyente le resultará atractivo o pesado, interesante o incomprensible, según quién y cómo lo cuente.

Me preocupa cuando escribo que lo que estoy contando pueda aburrir al posible lector.

Siempre procuro ceñirme a la verdad científica y exponer los hechos con la veracidad requerida y, sin embargo, eso es totalmente posible aunque le podamos dar un pequeño toque de fantasía que lo hará más atractivo. Claro que, por mucho que queramos fantasear sabemos que en el mundo y en todo el Universo, las leyes que rigen son iguales para todo y para todos y lo que pasa aquí también pasará allí, aunque ese allí esté a miles de millones de años-luz de nosotros.

                                                                                              Cúmulo de galaxias

                                                     Cúmulos globulares de estrellas

                                                 Nebulosas surgidas a partir de la muerte de estrellas

            Aquí, en estas imágenes, tenemos un ejemplo de lo que digo, la Naturaleza se repite una y otra vez

En los extraños mares de otros planetas, sin tener en cuenta la composición química, es difícil imaginar que la evolución de lugar a una forma más sencilla de locomoción que la que se produce ondulando colas y aletas. Que la propia evolución encontraría este tipo de propulsión viene avalado por el hecho de que, incluso en la Tierra, esta evolución se ha producción de manera totalmente espontánea e independiente. Los peces desarrollaron la propulsión cola-aleta; después, ellos mismos evolucionaron hasta convertirse en tipos anfibios que se arrastraban por tierra firme hasta llegar a ser reptiles. Lo cierto es que hemos llegado a saber que, de una u otra manera, ¡la vida se abre camino!

                                                         Están conformados para adaptarse al medio

Por ejemplo, en nuestro planeta el ornitorrinco representa la primera rama de mamíferos a partir de un ancestro con características de ambos mamíferos y reptiles de hace 166 millones años. De alguna manera se mantiene una superposición de funciones, mientras que los mamíferos posteriores perdieron sus rasgos de reptil. Comparando el genoma del ornitorrinco con el ADN de otros mamíferos, incluidos los seres humanos que llegaron a lo largo del transcurso del tiempo, y los genomas de los pájaros, que bifurcan hace unos 315 millones años, ayuda a definir la evolución.

Algunos  reptiles fueron evolucionando y dieron lugar a a los mamíferos. Pero cuando algunos de estos últimos regresaron al mar (los que luego han sido ballenas y focas, por ejemplo), sus piernas volvieron a evolucionar hacia las formas de las aletas destinadas a la propulsión por el medio acuático y a la navegación.

Aunque la vida tardó más de diez mil millones de años en hacer acto de presencia -al menos en la Tierra y, seguramente en otros planetas también- en sus formas más primitivas, supo adaptarse y evolucionar hasta llegar al momento presente en el que, sólo el uno por ciento de las especies que han existido en el planeta están vivas, el resto no pudo soportar los cambios y al no adaptarse, se extinguieron. Así seguirá siendo siempre: Adaptarse o morir.

Sí, es posible que hoy seamos nosotros la especie predominante en el planeta Tierra pero, no debemos olvidar que no siempre ha sido así. Antes ni estábamos aquí y, durante ciento cincuenta millones de años reinaron en nuestro mundo aquellos terribles lagartos, los Dinosaurios que desaparecieron hace ahora sesenta y cinco millones de años para que nosotros, pudiéramos aparecer y evolucionar hasta conseguir hablar de mecánica cuántica y relatividad general pero… ¿Y mañana? ¿Seguiremos siendo la especie dominante?

      Yo no estaría tan seguro de eso. El mañana es incierto pro… ¡No tanto!

La Tierra con sus especies de vida seguirá su camino adelante, siempre hacia el futuro incierto y desconocido que dependerá de ¡Tantas cosas! Y, mientras tanto, como hemos mantenido siempre, en otros mundos distintos al nuestro y repartidos por los confines de nuestra propia Galaxia y de muchas otras que albergan mundos ignotos, otras criaturas estarán elucubrando sobre las mismas cuestiones que nosotros lo hacemos para poder discernir sobre el saber del mundo, de la Naturaleza, del Universo.

                                                   ¿Qué puede haber en Gliese 581 g?

Hemos llegado a descubrir más de mil mundos extraterrestres que es como un grano de arena en la inmensa playa del Universo, y, cientos de miles de millones de mundos están esparcidos por las galaxias que pueblan el Cosmos y, en muchos de ellos, extrañas y enigmáticas criaturas habrán podido desvelar secretos de la materia y de la luz, del átomo y de las estrellas y, también como nosotros estarán pensando en cómo poder llegar hacia esos otros mundos que albergan vida e inteligencia.

Nosotros seguiremos avanzando aquí y “ellos” también lo harán “allí” donde quiera que ese “allí” pueda encontrarse que, será lejos, muy lejos. Tan lejos estamos de esos otros seres inteligentes que el hecho cierto de que no lo hayamos podido ver aún, nos habla de que, como nosotros, necesitan evolucionar mucho más para que, ese contacto se pueda producir.

Lo que nos podemos encontrar ahí fuera… ¡Es impredecible!

Tampoco sería descabellado pensar que, la Naturaleza, tan sabia ella, tenga dispuesto que las especies estén cada una en su lugar, sin molestarse ni interferirse entre sí, que evolucionen en su propio entorno sin injerencias que siempre vendrán a distorsionar lo que ya existe para cambiarlo en el mejor de los casos, o, aniquilarlo en el peor.

¿Quién sabe?

emilio silvera

El 21 de diciembre de 2010 científicos estadounidenses descubrieron “un vimana atrapado en un pozo del tiempo“ (un campo gravitatorio electromagnético, que sólo puede ocurrir en una dimensión invisible del espacio) en la ciudad de Balkh, Afganistán, lugar que alguna vez Marco Polo catalogó como “una de las ciudades más nobles y grandiosas del mundo”.

Hablemos   ahora del  “universo” de lo muy pequeño, ese  “mundo” fascinante.

                 ¿Os acordáis? ¿Cuántos niños no habrán soñado con escenas como estas?

Cuando hablo de lo muy pequeño, puedo llegar a entender muy bien lo que es, lo que son, “licencias literarias” el papel de nada se queja y el lápiz puede escribir lo que quiera y piense el que lo sostiene, según le dicte su imaginación. Claro que, cuando comparamos ese mundo de ilusiones e imaginación con el mundo real, todo el edificio se viene abajo. ¡Lástima!

Todos los niños  juegan con pequeños muñecos que son soldados, guerreros o seres de otras galaxias con poderes mágicos y, ellos, en su inocente mundo sin maldad, los dirigen con sus manitas gordezuelas al desarrollo de luchas y aventuras sin fin. Jonathan Swift, nos deleitó con aquellas aventuras de Gulliver, un aventurero que llegó a las tierras de Lilliput: Allí, todo era muy pequeño, la naturaleza, las plantas, los habitantes del lugar y sus casas y palacios, embarcaciones y todos los animales.

Gulliver era allí un gigante de proporciones inmensas: Incluso llegó a extinguir un fuego con una simple chorrada (es decir, hizo pipí) y acabó de inmediato con el (para ellos) enorme fuego.

Su tamaño podía, sin dificultad alguna, decidir el resultado de una guerra entre aquellos pequeñísimos seres que, ante un gigante como él, no tenían defensa alguna y, sus armas, resultaban ridículas para poder causarle algún daño. Dormido lo tuvieron que coger para poder atarlo.

Durante otro viaje, las fuerzas ignotas del destino llevaron a Gulliver a un país llamado  Brobdingnag, donde la gente y todos los seres animados e inanimados eran mucho más grandes que él. Allí era un enano, mimado por una niña pequeña llamada Glumdalclitch. Al final, Gulliver es recogido en una jaula por un águila que lo deja caer en el mar de donde lo rescataron unos marineros a los que, al contarles esas historias, pusieron incrédulas caras de asombro.

Claro que, cuando nos trasladamos al mundo real, las cosas no suelen ser de esa manera. Poco importa lo fascinantes que las historias de este tipo nos puedan resultar. Las cosas no funcionan de esa manera. Todos sabemos, por ejemplo que la llama de una vela pequeña y la de una vela grande, son aproximadamente del mismo tamaño. ¿De qué tamaño serían las llamas de las velas de Lilliput? Y, desde luego, si pensamos un poco, más cuestiones nos surgen: ¿Cómo serían las gotas de lluvia en Lilliput y en Brobdingnag?, ¿eran las leyes físicas para el agua diferentes allí que en nuestro propio mundo? Y, finalmente, los físicos se preguntarían: ¿De qué tamaño eran los átomos en esos lugares?, ¿qué clase de reacciones químicas podrían tener lugar con los átomos del cuerpo de Gulliver?

Claro que, con esas preguntas esas historias fallan. La verdadera razón por la que los mundos de Los Viajes de Gulliver no pueden existir es que las leyes de la Naturaleza no permanecen exactamente iguales cuando se cambian las escalas. A veces, esto es evidente en las películas de desastres, donde quizá se ha construido una maqueta a escala para simular una gran ola o un rascacielos en llamas.

El ojo experto puede, sin problemas, distinguir entre la maqueta y la realidad. Los mejores resultados se obtienen cuando el factor de escala para el tiempo se elige igual a la raíz cuadrada de la escala espacial. Así, si el rascacielos de turno se construye a escala 1:9, hay que rodar la película a un 1/3 de su velocidad real. Pero incluso así, como antes señalo, el ojo entrenado distingue la diferencia entre lo que sucede en la película y lo que se observaría en el mundo real.

En resumen, las leyes que gobiernan el mundo físico tienen dos características importantes: muchas leyes de la Naturaleza permanecen inalterables, no se alteran cuando cambia la escala, pero hay otros fenómenos, tales como una vela encendida o las gotas de agua, que no cambian del mismo modo. La implicación final es que el mundo de los objetos muy pequeños será completamente diferente del mundo ordinario.

Justamente en el mundo de los seres vivos la escala crea importantes diferencias. En muchos aspectos, la anatomía de un ratón se podría considerar (más o menos y, guardando las distancias) como una copia de la de un elefante, pero mientras que un ratón puede trepar por una pared de piedra prácticamente vertical sin mucha dificultad (incluso se puede caer desde una altura varias veces mayor que su tamaño sin hacerse gran daño), un elefante sería incapaz de realizar tal hazaña. Así llegamos a comprender que la Gravedad, se deja sentir en menor grado a medida que los objetos disminuyen de tamaño.

Cuando llegamos a los seres unicelulares, se ve que para ellos no hay distinción entre arriba y abajo. Para ellos, la tensión superficial del agua es mucho más importante que la fuerza de gravedad. Basta observar que la tensión superficial es la fuerza que da forma a una gota de agua y comparar el tamaño de esa gota con los seres unicelulares, muchísimo menores, para que sea evidente que la tensión superficial es muy importante a esta escala.

La tensión superficial es una consecuencia de que todas las moléculas y los átomos se atraen unos a otros con una fuerza que nosotros llamamos fuerza de Van der Vaalls. esta fuerza tiene un alcance muy corto. para ser más precisos, diremos que la intensidad de esta fuerza a una distancia r es aproximadamente proporcional a 1/r⁷. Esto significa  que si se reduce la distancia entre dos átomos a la mitad, la fuerza de Van der Vaalls con la que se atraen uno a otro se hace 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 128 veces más intensa. Cuando los átomos y las moléculas se acercan mucho unos a otros quedan unidos muy fuertemente a través de esta fuerza.

Ahora tendríamos que hablar algo de la mecánica cuántica y, en ese ámbito, las reglas de la mecánica cuántica funcionan tan bien que resultaría realmente difícil refutarlas.

Acordaos de los trucos ingeniosos descubiertos por Werner Heisenberg, Paul Dirac, o, Schrödinger que vinieron a mejorar y completar  las reglas generales. Sin embargo, algunos de aquellos pioneros (Einstein y el mismo Schrödinger), sin embargo, presentaron serias objeciones a dicha interpretación de la naturaleza de lo muy pequeño.

Podríamos formular una simple pregunta que pondría en un brete a más de uno: ¿Dónde está realmente el electrón, en el punto x o en el punto y? En pocas palabras, ¿Dónde está en realidad? Si prestamos atención a Bohr, no tiene ningún sentido buscar tal realidad. Las reglas de la mecánica cuántica, por sí mismas, y las observaciones realizadas con detectores serían las únicas realidades a las que deberíamos prestar atención y de las que podemos hablar.

Muchas veces me sorprende oír a muchos “científicos” que hablan con una seguridad de lo que dicen como si, de una verdad inamovible se tratara. Ellos (en realidad) creen que saben y, no llegan a darse cuenta de que están hablando de un Modelo que ha sido construido matemáticamente hablando, para poder explicar eso que, nosotros, los humanos, creemos que es la realidad del mundo. Sin embargo, más de una vez hemos tenido que cambiar esos modelos y rectificar esa “realidad” por otra que, resultó ser “más real”.

¡Sabemos tan poco!

emilio silvera