Aunque todavía corre por ahí el rumor de que aquellas escenas fueron rodadas por Cubrik

El astronauta Neil Armstrong murió el sábado 25 de agosto de 2.012 a los 82 . Todos los que pudimos vivir aquella noticia, recordamos aquel 20 de Julio de 1969, cuando setecientos millones de personas estábamos enganchados a las pantallas del televisor o bien pegados al aparato de radio. Se pudo ver en el antiguo televisor como un claroscuro de contrastes poco definidos aparecía en la pantalla, una de aquellas sombras se movía. Era la pierna del astronáuta Edwin Aldrin, fotografiada por Armstrong. ¡El hombre caminaba sobre la Luna! No sé si todos pero, al menos yo (por aquel entonces un muchacho), no podía despegar la mirada de la pantalla, fascinado por tal proeza, un cosquilleo en el estómago me decía que estaba siendo testigo de un hito histórico  la Humanidad. Por primera vez salimos del planeta Tierra y unos pies humanos pisaban el polvo del un pequeño mundo extraño.

Un premio Nobel en física dijo una vez que aquellas ideas sobre gentes que viajaban por el Espacio deberían “regresar de nuevo a las tapas de los  de cereales”. También, los Editores de Nature, la revista científica más prestigiosa del mundo, habían escrito unos años antes que los vuelos espaciales tripulados significaban “décadas dedicadas a la investigación del por qué vomitan los astronáutas.”

 

James Web y Kennedy

Sin embargo, el director de la NASA, por aquel entonces, James Web, escribió al presidente Kennedy urgiéndole a que apoyara un alunizaje, le decía que  “es el hombre, no sencillamente las máquinas, en el espacio el que capta la imaginación del mundo”. ¡Cuánta razón tenía!

 

En el 40 aniversario de la llegada del hombre a la Luna, la NASA ha distribuyó imágenes inéditas de la aventura espacial del Apolo 11, tripulado por Neil Armstrong, Michael Collins y Edwin Aldrin. La noticia que daba la presnsa decía “El 16 de julio de 1969 comenzó el viaje del hombre más trascendente después del de Cristóbal Colón.” En  galería de fotos mostramos el primer tramo de la trayectoria humana a la Luna. Se acerca el mes de Julio para que se cumplan los 45 años de aquella aventura soñada un día por Julio Verne.

Bueno, después de aquel famoso aterrizaje en la Luna, los acontecimientos espaciales se sucedieron y fueron lanzados muchos y diversos ingenios al satélite de la Tierra. El Proyecto Apolo costó alrededor de setenta y cinco millones de dólares de los de 1989. Nadie hubiera gastado tal cantidad de dinero  satisfacer la curiosidad científica sobre cómo se habían formado la Tierra y la Luna. El principal objetivo del alunizaje del Apolo no era el de traer rocas de la Luna, sino el de desarrollar la capacidad para operar y maniobrar en el espacio exterior.

 

Atlantis dispuesta  su lanzamiento

^{El primer vuelo del Columbia – Imagen cortesía Wikipedia}

El 12 de abril de 1981, despegaba la lanzadera espacial Columbia,  la primera nave espacial reutilizable. La lanzadera espacial Columbia se entregó a la NASA el 25 de marzo de 1979. Tras su primer vuelo operativo, se mantuvo en servicio hasta el 1 de febrero de 2003; ese día,  la reentrada en la atmósfera, la nave se desintegró causando la muerte de sus siete tripulantes.

Aquel Proyecto sobrepasó a la NASA que se vio sometida a enormes presiones para mantener el proyecto de lanzamientos de las lanzaderas que, como todos conocemos , fue apresurado a pesar de las muchas dificultades técnicas. Estas circunstancias estarían en la base del accidente del Challenger que nos sobrecogió a todos.

Todo parecía marchar según lo previsto …

 

 

El accidente del transbordador espacial Challenger se produjo el 28 de enero de 1986. La Imagen de la desintegración del Challenger, tras 73 segundos de haber iniciado su viaje permanece en la mente de todos los que, en directo pudimos contemplar tan fatídico suceso.  Las juntas fallaron debido principalmente a la sobrecompresión repetida durante el montaje y que las bajas temperaturas agravaron aún más. Esta anomalía fue advertida por los ingenieros de Morton Thiokol, los fabricantes de las partes del impulsor, se advirtió a la NASA,  por presión de la misma NASA los ingenieros de Morton Thiokol cedieron y autorizaron el despegue.

 

Todos sus ocupantes perdieron la vida

 

Todo aquello hizo que el prestigio de la Agencia espacial decayera y, los veinte mil millones de dolores anuales que recibía, se vieron reducidos a seis mil. Con lo cual, lo que podían conseguir también disminuyó durante un tiempo. Sin embargo, ¡el Espacio! siempre ha sido una palabra mágica  los científicos del Cosmos, astrónomos y astrofísicos veían en esos estudios y proyectos espaciales el futuro del mundo.

Lanzamiento del Hubble  Cabo Cañaveral

 

Dos de los observatorios espaciales de la NASA -el Telescopio Espacial Hubble y el Observatorio Avanzado de rayos X– costaron considerablemente más que todos los fondos invertidos por los científicos USA teniendo como base la Astronomía  los últimos veinte años. Se hizo todo lo posible para que aquellos proyectos llegaran hasta el siglo XXI a pesar de los azares a que se verían sometidos en el Espacio exterior y, fueronm diseñados de tal manera que pudieran ser reparados en óbita por astronáutas y científicos transportados hasta allá por lanzaderas.

 

                                                     Astronáuta repando el Hubble

Lo conseguido por el Hubble ha marcado un hito en la historia de los telescopios y nunca los seres humanos pudieron pensar en que tal hazaña se pudiera conseguir alguna vez. Galaxias, Nebulosas y estrellas, el Espacio Profundo nunca jamás visto… Imágenes de increíble belleza que nos habla del Universo. El Hubble resultó ser el Vigilante Espacial más eficaz jamás soñado.  lo han calificado algunos: El Centinela del Universo.

 

 

Una bella imagen de una galaxia (abajo)

 

Una gran tormenta en Saturno tomada por la nave espacial Cassini

 

                                                 Los Pilares de la Creación

 

En  foto de 1995 el Hubble captó unas estructuras verticales dentro de la Nebulosa del Águila, un cúmulo estelar abierto. Están compuestos de columnas de hidrógeno que les proporcionan ese tono oscuro tan peculiar. (La zona negra de la esquina se debe al montaje de las imágenes originales, como sucede en algunas otras tomas.) Foto: Jeff Hester / Paul Scowen (Arizona State University) y NASA/ESA.

 

                           La imagen más antigua de nuestro universo

El Hubble ve tan lejos, tan lejos, que cuando mira a las profundidades del espacio puede tomar imágenes como  que contiene luz de estrellas y galaxias situadas a 13.000 millones de años luz de distancia. Eso quiere decir que lo estamos viendo tal y como era hace 13.000 millones de años (se calcula que nuestro universo tiene unos 13.700 millones de años). La imagen se conoce como Campo Ultra Profundo del Hubble: requirió un montaje de diversas tomas hechas día a día durante más de un año y se considera una de las fotos más impactantes de nuestro Universo. Foto: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) y el HUDF Team.

 

                       Los ojos que miran desde los confines del universo

No son pocas las estructuras fotografiadas por el Hubble que tienen aspecto de ojos, figuras o animales: en realidad somos nosotros las personas las únicas que somos capaces de sacarles esas similitudes con nuestro cerebro acostumbrado a formas y objetos que ya conocemos. Las de  toma son dos galaxias espirales de la constelación del Can Mayor. Foto: NASA/ESA y el Hubble Heritage Team (STScI).

 

                                                         Lentes gravitacionales

 

En algunos lugares del universo, la gravredad es tan intensa que incluso la luz visible se curva a su paso cerca de objetos masivos como predijo Einstein y, así se aprecia en esta imagen: los «arcos» son en realidad una misma estructura, un cúmulo de galaxias llamado Abell 1689, que está situado más o  en el centro, al fondo de la foto. Foto: NASA, N. Benitez (JHU), T. Broadhurst (The Hebrew University), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI), G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory), ACS Science Team y ESA.

 

 

                                                El objeto más frío del Universo

 

Esta foto de la Nebulosa Boomerang, situada en la Constelación de Centauro, está tomada a 5.000  luz de distancia. En esa nebulosa planetaria se forman planetas alrededor de la estrella central; se considera el objeto estelar más frío encontrado en el universo hasta ahora. Foto: ESA, NASA.

 

                                              Belleza en los colores del universo

Esta es otra de las fotos consideradas más bellas de entre todas las tomadas por el Hubble, simplemente por lo espectacular de su aspecto y colorido. Se corresponde con V838 Monocerotis, una estrella variable situada a 20.000  luz del Sol. Foto: NASA, ESA, y el Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

 

        El misterioso ojo de gato que en realidad es una estrella enana blanca que nos mira desde la inmensa distancia

Su nombre técnico es NGC 6543, pero se conoce  Nebulosa Ojo de Gato: es uno de los objetos estelares más complejos conocidos, debido a las particularidades de su estructura, compuesta por diversas capas cuya formación ni siquiera los astrónomos han entendido completamente todavía. Foto: NASA / Hubble ST.

                                        En lugares como este podemos cobtemplar el nacimiento de las estrellas

 

 

La Nebulosa de Orión

 

 

La inconfundible belleza de la Nebulosa Carina

El situar el Telescopio Espacial Hubble en órbita podría quizás considerarse la contribución individual más valiosa que el programa espacial  hacerle a la Astronomía. Tal ingenio, debido a que está muy por encima del efecto oscurecedor de la atmósfera terrestre, puede conseguir imágenes más contrastadas y claras que los más sofisticados telescopios que se encuentran en la Tierra por muy bien situados que éstos puedan estar.

Gracias al Hubble hemos podido viajar  el pasado consiguiendo información del Universo primitivo y contemplar el profundo cosmos, galaxias que existían hace doce mil millones de años, de hecho, el Hubble (y sus hermanos de la Tierra), es  una máquina del Tiempo que, de manera virtual, nos transporta hacia el pasado lejano que, de otra manera, nunca habríamos podido contemplar.

                                                     Lanzamiento de la misión Cassini-Huygens en 1997.

Los beneficios obtenidos, las imágenes incomparables, los  aportados a nuestros conocimientos, el avance logrado por la misión Cassini-Huygens, son incalculables y ha venido a demostrar que, por lo menos de momento, deben ser los ingenios espaciales los que hagan el trabajo de exploración fuera de la Tierra. Los seres humanos no están preparados para soportar ese medio y, hasta que nuestra tecnología no avance considerablemente, tendremos que valernos del ingenio, de la inmensa imaginación que caracteriza a nuestra especie, para poder contemplar el Universo…¡desde lejos!

Me gustaría  un recorrido pormenorizado de toda esta aventura pero, requeriría un espacio y un tiempo del que aquí no disponemos y, me he limitado a dejar una breve reseña de nuestros logros, de nuestra osadía, de nuestras ilusiones y, sobre todo, del instinto que nos empuja hacia las estrellas. Una voz dentro de nuestras mentes nos grita: ¡El Espacio exterior, las estrellas, otros mundos!

De alguna manera, allí en las estrellas se encuentra el origen de la vida, ellas son las que transmutan los materiales a partir de los cuales nacieron los pensamientos y, en nuestro caso, también los sentimientos.

emilio silvera

[?]

¿Es viejo el Universo?

“Las cuatro edades del hombre: Lager, Aga, Saga y Gaga”.

Anónimo

                                     El universo es mucho mayor de lo que podamos imaginar

Cuando pensamos en la edad y el tamaño del Universo lo hacemos generalmente utilizando medidas de tiempo y espacio como años, kilómetros o años-luz. Como y a hemos visto, estas medidas son extraordinariamente antropomórficas.  ¿Por qué medir la edad del Universo con un “reloj” que hace “tic” cada vez que nuestro planeta completa una órbita alrededor de su estrella madre, el Sol? ¿por qué medir su densidad en términos de átomos por metro cúbico? Las respuestas a estas preguntas son por supuesto la misma: porque es conveniente y siempre lo hemos hecho así.

Ésta es una situación en donde resulta especialmente apropiado utilizar las unidades “naturales” la masa, longitud y tiempo de Planck, las que ellos introdujeron en la ciencia física para ayudarnos a escapar de la camisa de fuerza que suponía la perspectiva centrada e el ser humano.

Es fácil caer en la tentación de mirarnos el ombligo y no hacerlo al entorno que nos rodea.  Muchas más cosas habríamos evitado y habríamos descubierto si por una sola vez hubiésemos dejado el ego a un lado y, en lugar de estar pendientes de nosotros  mismos, lo hubiéramos hecho con respecto a la naturaleza que, en definitiva, es la que nos enseña el camino a seguir.

La edad actual del Universo visible ≈ 10⁶⁰ tiempos de Planck

Tamaño actual del Universo visible ≈ 10⁶⁰ longitudes de Planck

La masa actual del Universo visible ≈ 10⁶⁰ masas de Planck

Vemos así que la bajísima densidad de materia en el Universo es un reflejo del hecho de que:

Densidad actual del Universo visible ≈10^-120 de la densidad de Planck

Y la temperatura del espacio, a 3 grados sobre el cero absoluto, es, por tanto

Temperatura actual del Universo visible ≈ 10^-30 de la Planck

Estos números extraordinariamente grandes y estas fracciones extraordinariamente pequeñas nos muestran inmediatamente que el Universo está estructurado en una escala sobre humana de proporciones asombrosas cuando la sopesamos en los balances de su propia construcción.

Con respecto a sus propios patrones el Universo es viejo.  El tiempo de vida natural de un mundo gobernado por la gravedad, la relatividad y la mecánica cuántica es el fugaz breve tiempo de Planck.  Parece que es mucho más viejo de lo que debería ser.

Pero, pese a la enorme edad del Universo en “tics” de Tiempo de Planck,  hemos aprendido que casi todo este tiempo es necesario para producir estrellas y los elementos químicos que traen la vida.

“En el final del Universo uno tiene que utilizar mucho el tiempo pretérito…  todo ha sido hecho, ¿sabes?”.

Adams

¿Por qué nuestro Universo no es mucho más viejo de lo que parece ser? Es fácil entender por qué el Universo no es mucho más joven. Las estrellas tardan mucho tiempo en formarse y producir elementos más pesados que son las que requiere la complejidad biológica.  Pero los universos viejos también tienen sus problemas.  Conforme para el tiempo en el Universo el proceso de formación de estrellas se frena.  Todo el gas y el polvo cósmico que constituyen las materias primas de las estrellas habían sido procesados por las estrellas y lanzados al espacio intergaláctico donde no pueden enfriarse y fundirse en nuevas estrellas.  Pocas estrellas hacen que, a su vez, también sean pocos los sistemas solares y los planetas.  Los planetas que se forman son menos activos que los que se formaron antes, la entropía va debilitando la energía del sistema para realizar trabajo.  La producción de elementos radiactivos en las estrellas disminuirá, y los que se formen tendrán semividas más largas.  Los nuevos planetas serán menos activos geológicamente y carecerán de muchos de los movimientos internos que impulsan el vulcanismo, la deriva continental y la elevación de las montañas en el planeta.  Si esto también hace menos probable la presencia de un campo magnético en un planeta, entonces será muy poco probable que la vida evolucione hasta formas complejas.

Las estrellas típicas como el Sol, emiten desde su superficie un viento de partículas cargadas eléctricamente que barre los atmósferas de los planetas en órbitas a su alrededor y a menos que el viento pueda ser desviado por un campo magnético, los posibles habitantes de ese planeta lo podrían tener complicado soportando tal lluvia de radiactividad.  En nuestro sistema solar el campo magnético de la Tierra ha protegido su atmósfera del viento solar, pero Marte, que no está protegido por ningún campo magnético, perdió su atmósfera hace tiempo.

Probablemente no es fácil mantener una larga vida en un planeta del Sistema solar.  Poco a poco hemos llegado a apreciar cuán precaria es.  Dejando a un lado los intentos que siguen realizando los seres vivos de extinguirse a sí mismos, agotar los recursos naturales, propagan infecciones letales y venenos mortales y emponzoñar la atmósfera, también existen series amenazas exteriores.

Los movimientos de cometas y asteroides, a pesar de tener la defensa de Júpiter, son una serie y cierta amenaza para el desarrollo y persistencia de vida inteligente en las primeras etapas.  Los impactos no han sido infrecuentes en el pasado lejano de la Tierra habiendo tenido efectos catastróficos.  Somos afortunados al tener la protección de la luna y de la enorme masa de Júpiter que atrae hacia sí los cuerpos que llegan desde el exterior desviándolos de su probable trayectoria hacia nuestro planeta.

La caída en el Planeta de uno de estos enormes pedruscos podría producir extinciones globales y retrasar en millones de años la evolución. Acordemonos de lo que paso en el Yukatan (Mexico), alli, el crater encontrado con trazas de iridio a pesar de que han pasado 65 millones de años, nos dice que, con muchas probabilidades, podria tratarse del suceso que elimino a los Dinosaurios.

Claro que, aquel suceso, posibilito que otros seres (como nosotros por ejemplo) pudieran surgir y establecerse en el planeta que, de esta manera, contribuyo a generar el surgir de seres conscientes para observar el Universo. ¿En cuantas regiones del Universo habrá ocurrido lo mismo?

      En esta Tierra primigenia surgió la vida cuando aún se enfriaba hace ahora 3.850 M de años

En nuestro sistema solar la vida se desarrolló por primera vez sorprendentemente pronto tras la formación de un entorno terrestre hospitalario.  Hay algo inusual en esto.

El secreto reside en el tiempo biológico necesario para desarrollar la vida y el tiempo necesario para desarrollar estrellas de segunda generación y siguientes que en novas y supernovas cristalicen los materiales complejos necesarios para la vida, tales como el Hidrógeno, Nitrógeno, Oxígeno, CARBONO, etc.

Parece que la similitud en los “tiempos” no es una simple coincidencia.  El argumento, en su forma más simple, lo introdujo Brandon Carter y lo desarrolló John D. Barrow por un lado y por Frank Tipler por otro.  Al menos, en el primer sistema Solar habitado observado ¡el nuestro!, parece que sí hay alguna relación entre t(bio) y t(estrella) que son aproximadamente iguales el t(bio) –tiempo biológico para la aparición de la vida- algo más extenso.

     ¿De donde vino el agua?                      ¿El origen del Oxígeno?

La evolución de una atmósfera planetaria que sustente la vida requiere una fase inicial durante la cual el oxígeno es liberado por la foto-disociación de vapor de agua.  En la Tierra esto necesitó 2.400 millones de años y llevó el oxígeno atmosférico a aproximadamente una milésima de su valor actual.  Cabría esperar que la longitud de esta fase fuera inversamente proporcional a la intensidad de la  radiación en el intervalo de longitudes de onda del orden de 1000-2000 ángstroms, donde están los niveles moleculares clave para la absorción de agua.

Este simple modelo indica la ruta que vincula las escalas del tiempo bioquímico de evolución de la vida y la del tiempo astrofísico que determina el tiempo requerido para crear un ambiente sustentado por una estrella estable que consume hidrógeno en la secuencia principal y envía luz y calor a los planetas del Sistema Solar que ella misma forma como objeto principal.

A muchos les cuesta trabajo admitir la presencia de vida en el Universo como algo natural y corriente, ellos abogan por la inevitabilidad de un Universo grande y frío en el que, es difícil la aparición de la vida, y, en el supuesto de que ésta aparezca, será muy parecida a la nuestra.

                                                       La Vida en el Universo debería ser lo natural

Los biólogos, sin embargo, parecen admitir sin problemas la posibilidad de otras formas de vida, pero no están tan seguros de que sea probable que se desarrollen espontáneamente, sin un empujón de formas de vida basadas en el carbono.  La mayoría de los estimaciones de la probabilidad de que haya inteligencias extraterrestres en el Universo se centran en formas de vida similares a nosotras que habiten en planetas parecidos a la Tierra y necesiten agua y oxígeno o similar con una atmósfera gaseosa y las demás condiciones de la distancia entre el planeta y su estrella, la radiación recibida, etc.  En este punto, parece lógico recordar que antes de 1.957 se descubrió la coincidencia entre los valores de las constantes de la Naturaleza que tienen importantes consecuencias para la posible existencia de carbono y oxígeno, y con ello para la vida en el Universo.

Hay una coincidencia o curiosidad adicional que existe entre el tiempo de evolución biológico y la astronomía.  Puesto que no es sorprendente que las edades de las estrellas típicas sean similares a la edad actual del Universo, hay también una aparente coincidencia entre la edad del Universo y el tiempo que ha necesitado para desarrollar formas de vida como nosotros.

Si miramos retrospectivamente cuánto tiempo han estado en escena nuestros ancestros inteligentes (Homo sapiens) vemos que han sido sólo unos doscientos mil años, mucho menos que la edad del Universo, trece mil millones de años, o sea, menos de dos centésimos de la Historia del Universo.  Pero si nuestros descendientes se prolongan en el futuro indefinidamente, la situación dará la vuelta y cuando se precise el tiempo que llevamos en el Universo, se hablará de miles de millones de años.

¡Ya me gustaría que nuestra especie estuviera aqui tanto tiempo! Sin embargo, no es probable.

emilio silvera

[?]

Nosotros sólo vemos tres dimensiones de Espacio y una de Tiempo. Sin embargo, hay teorías que nos hablan de otras dimensiones que, en la época del Big Bang, en lugar de expandirse se enrollaron en el límite de Planck.

Esta idea ya había sido sugerida por Theodor Kaluza en 1919 y fue elaborada posteriormente por Oskar Klein en Estocolmo, Suiza. Pero descubrieron algo más: ¡la componente del campo gravitatorio en la dirección en la que se enrolla el espacio obedece de forma exacta a las mismas leyes que las del electromagnetismo de Maxwell!

¿Podría ser que el electromagnetismo no sea sino gravedad con una dimensión enrollada? Cuando Einstein oyó tal idea se entusiasmó con ella, pero pronto comprendió que con esa teoría no se podía predecir nada y la abandonó.

Los expertos en super-gravedad redescubrieron esta idea de Kaluza-Klein que operaba en cinco dimensiones. En realidad abrió las puertas de par en par para que se pudieran coger las dimensiones que hicieran falta: así entramos en el paraíso de las matemáticas donde podemos enrollar las cosas de muchas maneras diferentes.

Los componentes de los campos de fuerza gravitatoria en las direcciones enrolladas actúan como diferentes campos gauge. Se obtiene así, prácticamente por nada, no sólo el electromagnetismo sino también otras fuerzas gauge. El número mágico de dimensiones es once, tres de las cuales forman el espacio ordinario, una el tiempo, y las otras siete restantes están enrolladas. Haciendo ciertos trucos con los números, este sistema resulta tener una simetría mayor que nuestro viejo sistema espaciotemporal de cuatro dimensiones. Los campos y las partículas observadas ahora pueden ser fácilmente acoplados, ya que una simetría mayor significa que los indeseados infinitos se cancelan unos con otros con mayor perfección que antes.

Aquí, en este universo de once dimensiones, la mecánica cuántica y la relatividad general, no sólo no se rechazan, sino que se necesitan y complementan para formar un todo.

Puede ser que la supersimetría super-gravedad de dimensión once sólo sea, en el mejor de los casos, la punta de algo que, como un iceberg, esconda la parte más importante, y para verla al completo tengamos que continuar el trabajo.

Para algunos fue un alivio descubrir las primeras dificultados serias en esta teoría, al resultar que no era posible tener infinitos que se cancelasen en diagramas con más de siete lazos cerrados. La teoría (o mejor dicho, la especulación de que era un “teoría del todo”) se abandonó porque algo interesante, mucho más interesante, apareció en el horizonte.

La teoría de cuerdas

Gabriele Veneziano – Causalyte constraints on short distance modificartions os gravity

En realidad, la primera pista, el primer eslabón de la teoría de cuerdas tiene su origen en la prehistoria de la física de partículas: la década de 1960. En otros trabajos he hablado de Gabriele Veneziano; su juego con la fórmula para los mesones con interacción fuerte. Se necesitaron varios años para comprender que éstas eran exactamente las expresiones que se obtienen si se considera cada uno de estos mesones como un tipo de cuerda con un quark en un extremo y un anti-quark en el otro. Las cuerdas podían estirarse hasta el infinito debido a que el estiramiento les añade energía que se transforma en materia (E = mc²), esto es, más cuerdas.

La razón por la cual la fórmula de Venziano describía tan bien las propiedades de los mesones es que ésta es una descripción muy acertada de los mismos, con la excepción de que las cuerdas no son infinitamente delgadas, sino que son gruesas al estar formadas por el entramado de las intensas líneas de fuerza entre los quarks. La fórmula de Veneziano pierde precisión a altas energías debido a las características propias de las escalas espaciales menores, donde vemos que los tubos de flujo producidos por la interacción fuerte dejan de parecerse a cuerdas. En lugar del modelo de Veneziano, fue la cromodinámica cuántica; esto es, la teoría gauge SU(3), la que fue investida con el honor de ser considerada la primera teoría para los mesones y los bariones.

Pero esto no implicó que las expresiones de Veneziano quedaran relegadas. ¿No se podría construir una teoría alternativa para algunos tipos de partículas consistente en “cuerdas” ideales irrompibles? En la década de los 70, los físicos empezaron a investigar si se podría mejorar la teoría de las cuerdas mutuamente interaccionantes.

En principio, la filosofía era sencilla. Hasta ahora todas las partículas en cualquier versión del Modelo Estándar han sido consideradas puntuales. Si un quark o un leptón se desvían del comportamiento puntual es simplemente porque aparecen rodeados por una tenue nube de otras partículas puntuales.

El siguiente concepto matemático después del “punto” es la “curva”, o simplemente alguna línea de forma arbitraria que se mueva en el espacio y en el tiempo de acuerdo con ciertas reglas. Se podría pensar, por intuición, que las interacciones entre objetos puntuales son poco naturales debido a que, ¿Cómo se pueden encontrar unas a otras? Exigir que las interacciones sólo tengan lugar cuando dos puntos coinciden exactamente debería conducir inevitablemente a infinitos, como de hecho sucede en las teorías de campo “ordinarias”. Es mucho más fácil que las curvas se encuentren en algún lugar y, consecuentemente, se dé algún tipo de proceso de intercambio.

Para las teorías de cuerdas más simples, este razonamiento no es correcto. Estas interacciones tienen lugar cuando dos puntos extremos se juntan, o cuando una cuerda se rompe. Utilizando los mismos argumentos de antes, esto no parece muy natural. Sin embargo, se logra una mejora en comparación con las teorías de partículas puntuales  siguiendo un proceso de interacción entre cuerdas en el espacio-tiempo (vemos cómo los diagramas de Feynman se reemplazan por diagramas de cuerda de un aspecto más elegante).

Pero la teoría de cuerdas no está terminada aún. Igual que las partículas elementales pueden producir “diagramas de lazo”, los diagramas de cuerda pueden también formar estructuras complicadas. Durante un proceso de intercambio, dos cuerdas interaccionan una vez más y entonces se obtienen diagramas como lo que se muestran en el anterior dibujo. Calcular los efectos de tales diagramas no fue una tarea sencilla y las reglas para realizar tales cálculos tuvieron que ser diseñados a partir de cero. De la misma manera que Richard Feynman había formulado las reglas de cálculo para los diagramas de lazo en las teorías gauge, se hizo necesario repetir ese proceso una vez más para la teoría de cuerdas. Los primeros resultados trajeron buenas y malas noticias.

Las buenas noticias eran que los odiados infinitos que obligaban a formular largos argumentos para formular las anteriores teorías cuánticas de campo habían desaparecido: en estas nuevas fórmulas se estaba tratando exclusivamente con saludables expresiones matemáticas “finitas”. Pero, ¿es esto realmente tan buena noticia?; ¿no habíamos aprendido a tratar los resultados aparentemente infinitos de las viejas teorías de campo? Todo lo que teníamos que hacer era ser cuidadosos para no hablar de las cosas que no podíamos observar, tales como “cargas desnudas” y “masas desnudas”, que en cualquier caso estaban mal definidas, pero que permitían hacer predicciones precisas que se podían comprobar experimentalmente, tal como las probabilidades de colisión. Bien; aparentemente la vida se hacía un poco más fácil para los teóricos de cuerdas, y como un extra, vemos que la teoría sigue siendo utilizable incluso si el espacio y el tiempo tienen más de las cuatro dimensiones usuales, al estilo Kaluza-Klein. En más de cuatro dimensiones, ninguna de las teorías cuánticas de campo estándar podían tratar con los infinitos resultantes, es decir, ninguna de ellas es re-normalizable. Las teorías de cuerda pueden ser convenientemente combinadas con los bonitos “juegos” de Kaluza-Klein.

                           Feynman y como se detectó el origen de la partícula fantasma

Las noticias malas estaban en que  las reglas de cálculo no funcionaban correctamente del todo. Igual que las teorías gauge, para las cuales Feynman había descubierto las partículas fantasmas, la teoría de cuerdas también resultó tener soluciones fantasmas. La única forma de evitarlas parecía consistir en la elección de parámetros de cuerda de una forma muy especial. Pero entonces aparecían diferentes tipos de soluciones que podían viajar más deprisa que la luz, lo que era igual de malo. Tales objetos tan rápidos serían una bendición para el escritor de ciencia-ficción; le permitiría ir de una a otra estrella rápidamente. Para un físico serio, tales partículas ultrarrápidas eran un auténtico dolor de cabeza: la relatividad especial prohíbe cualquier velocidad superior a la de la luz, c. Algunos autores poco escrupulosos se dejaron enredar en el cálculo de estas partículas fantasmas y las llamaron taquiones (del griego ταχύς, “rápido”). Pero de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica para partículas elementales, una teoría con taquiones implicaría que el vacío no sería estable. Una teoría así sería inútil.

Así las cosas, había mucho trabajo que hacer para buenos grupos de tenaces e incansables seguidores de la teoría de cuerdas, y allí estaban. Las matemáticas de esta teoría parecían demasiado bonitas como para no modificarlas, y el reto de mejorar la teoría para hacer desaparecer los taquiones era demasiado tentador como para ignorarlo. Es verdad que la teoría permitía soluciones que corresponden a pequeños trozos de cuerda que se mueven como taquiones, pero sólo hay unas pocas especies: una con espín 0 y una con espín 1. Se obtuvo algo más en recompensa: ¡resultó que había otras configuraciones de cuerda sin masa con espín 0, 1 y una con espín 2! Éstos no eran taquiones. La partícula sin masa con espín 1 resultó comportarse exactamente como un fotón gauge, y lo que era más sobresaliente, el objeto con espín 2 se comportaba exactamente como un gravitón. Sus interacciones imitaban la interacción gravitatoria. Desde un punto de vista físico, las razones de este resultado son bastante simples: la única estructura simétrica conocida de una teoría de partículas sin masa, de espín 2, que interaccionan, es la teoría de la gravedad; así de simple. No podía haber sido de otra forma, pero esto significaba que la teoría de cuerdas generaría automáticamente una fuerza gravitatoria, y las ecuaciones de Einstein estaban allí. La teoría de cuerdas explicaría no sólo todas las clases de partículas observadas, sino también la fuerza gravitatoria, y nuestro espacio-tiempo con protuberancias sería aparentemente una parte inevitable e integral de esta teoría.

            ¿Subyace en la Teoría de cuerdas, una teoría cuántica de la Gravedad?

Y sucedió que la teoría de cuerdas llegó a ser conocida como un posible candidato para una teoría que nos resolviera todas las dificultades existentes con la fuerza gravitatoria: de hecho, en esta teoría la fuerza gravitatoria está unificada a las demás interacciones. Esto es, sin embargo, una versión de la teoría de cuerdas que no tiene nada que ver con la versión de Veneziano, con la que él tenía en mente para describir los mesones y la interacción fuerte. Éstas son cuerdas que no tienen el tamaño de los protones o los piones; deben ser tan pequeñas como la longitud de Planck, que es aproximadamente 18 órdenes de magnitud menor (10^–33 cm). La intensidad de la tensión en estas cuerdas no es de 14 toneladas como en las cuerdas que conectan los quarks (los gluones), sino un número fantásticamente más grande (unos 36 ceros más). Sólo de esta forma podría la cuerda-gravitón reproducir una fuerza gravitatoria suficientemente débil.

                    Michael Green y John Schwarz

En 1984 llegaron de EE.UU. noticias entusiastas que pronto fueron confirmadas por numerosos investigadores afectados por una nueva epidemia de descubrimientos. John Schwarz junto con Michael Green, del Queen Mary College de la universidad de Londres, fueron orgullosos padres de un nuevo método para combatir los fantasmas. La respuesta era una elección muy especial de una infraestructura interna de simetría y todo en un espacio de dimensión 26. Veintidós de estas dimensiones tendrían que estar enrolladas según se prescribía en la teoría de Kaluza-Klein que ya hemos explicado en páginas anteriores. Las matemáticas fueron desarrolladas por un joven e ingenioso físico matemático de la universidad de Princeton, Edward Witten, que junto con Schwarz y Green escribió un libro en dos gruesos volúmenes sobre el tema. También se descubrió que debería haber supersimetría en esta cuerda, pero entonces el mundo de 26 dimensiones tendría que ser reemplazado con uno de diez dimensiones, de las cuales, desde luego, seis tendrían que estar enrolladas. La supersimetría estaba originada por el hecho de que también hubiera fermiones engarzados en esta cuerda, como las cuentas de un collar. Esta idea había estado rondando durante algún tiempo (después de todo, de alguna forma había que explicar la existencia de fermiones), pero el descubrimiento de que se podían eliminar simultáneamente todas las dificultades en esta cuerda de dimensión diez era algo nuevo.

Después de eso salió la teoría de la cuerda heterótica de David Gross y su equipo y otras modalidades hasta llegar a la teoría M de Witten. Pero lo esencial en todas estas teorías es que, parecen pensamientos adelantados a su tiempo, ya que, no contamos con la energía necesaria para verificarlas.

La mayoría de los modos de vibración (y rotación) de una cuerda son muy pesados porque su masa es parecida a la masa de Planck (m_p =  = 10^–8 Kg ó 10¹⁹ GeV). Pero, debido en parte a la existencia de unas pocas dimensiones enrolladas, había un número considerable de soluciones a las ecuaciones de la cuerda que representan partículas con masa pequeña, que pudieron ser identificadas como varios tipos de partículas del modelo estándar. Otras, serian de una nueva generación desconocidas hasta ahora y que, incluso nos podrían dar una pista sobre la materia oscura.

¡Es todo tan complejo! ¡Sabemos tan poco!

emilio silvera

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“…en alguna pequeña charca caliente, tendrían la oportunidad de hacer el trabajo y organizarse en sistemas vivos…” Eso comentaba Darwin sobre lo que podría ocurrir en la Naturaleza.

               En un lugar como estos pudo surgir aquella primera célula replicante

Hasta que supimos que existían otros sistemas planetarios en nuestra Galaxia, ni siquiera se podía considerar esta posibilidad como una prueba de que la vida planetaria fuera algo común en la Vía Láctea. Pero ahora se sabe que más de cien estrellas de nuestra zona de la galaxia tienen planetas que describen órbitas alrededor de ellas. Casi todos los planetas descubiertos hasta ahora son gigantes de gas, como Júpiter y Saturno (como era de esperar, los planetas grandes se descubrieron primero, por ser más fáciles de detectar que los planetas pequeños), sin embargo es difícil no conjeturar que, allí, junto a estos planetas, posiblemente estarán también sus hermanos planetarios más pequeños que, como la Tierra, pudieran tener condiciones para generar la vida en cualquiera de sus millones de formas.

No pocas veces nos hemos referimos a los elementos más abundantes del Universo: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (CHON).

Lee Smolin, de la Universidad de Waterloo,  Ontario, ha investigado la relación existente entre, por una parte, las estrellas que convierten unos elementos más sencillos en algo como el CHON y arroja esos materiales al espacio, y, por otra parte, las nubes de gas y polvo que hay en éste, que se contrae para formar nuevas estrellas.

Nuestro hogar dentro del espacio, la Vía Láctea, es una entre los cientos de miles de millones de estructuras similares dispersas por todo el Universo visible, y parece ser una más, con todas las características típicas – de tipo medio en cuanto a tamaño, composición química, etc.- La Vía Láctea tiene forma de disco plano, con alrededor de cien mil años luz de diámetro, y está formada por doscientos mil millones de estrellas que describen órbitas en torno al centro del disco.

La luz y el calor del Sol que facilita la presencia de vida, la fotosíntesis de las plantas y otros beneficios

El Sol, en realidad, sólo es importante para nosotros al ser el cuerpo central de nuestro Sistema Solar, y con mucho, la estrella más cercana al planeta Tierra y la única que se puede estudiar con todo lujo de detalles. Se clasifica como una estrella G2V: una estrella amarilla con una temperatura efectiva de 5.770 K (tipo espectral G2) y una enana de la secuencia principal (clase de luminosidad V). Los detalles de su composición son sobradamente sabidos por todos y cabe destacar su abundancia de hidrógeno – 71% en masa- y de helio el 27% y elementos más pesados hasta completarlo. Por lo tanto, nuestro Sol no destaca por nada entre esa multitud de de cientos de miles de millones de estrellas.

Recorre su órbita a una distancia del centro que viene a ser más o menos dos tercios del diámetro. En el centro de la Galaxia las estrellas forman una protuberancia, de tal modo que desde el exterior daría la sensación de estar viendo un enorme huevo frito, en el que la protuberancia sería la yema. Sin embargo, el modo en que este disco gira revela que todo el material brillante (materia bariónica) que compone la parte visible de la Vía Láctea queda sujeto por el tirón gravitatorio de una materia invisible que no brilla ni emite radiación y que viene a ser más o menos diez veces mayor que la materia visible de la Galaxia y que muchos suponen que está diseminada en un halo situado alrededor de ella, extendiéndose mucho más allá del borde del disco de estrellas brillantes.

Descubrir qué es realmente esta “materia oscura” (yo prefiero llamarla no luminosa o materia escondida) constituye un tema de crucial interés para los astrónomos, pero no entraremos ahora en eso, ya que, para lo que estamos tratando, no tiene importancia. Muchas galaxias en forma de disco se caracterizan por una especie de serpentinas que se alejan en espiral desde su centro, lo que hace que se les aplique el nombre de galaxias espirales. Es fácil estudiar las pautas que siguen los llamados “brazos espirales”, porque las galaxias se encuentran relativamente cerca unas de otras, si comparamos estas distancias con sus tamaños.

·Dentro de cuatro mil millones de años, la Vía Láctea, nuestra galaxia, chocará contra Andrómeda, nuestra gran vecina en espiral. Las galaxias, tal y como las conocemos hoy, no sobrevivirán. ·

Andrómeda, la galaxia espiral más cercana comparable a la Vía Láctea, se encuentra con respecto a nosotros a una distancia de poco más de dos millones de años luz; parece una gran distancia, pero la galaxia de Andrómeda es tan grande (un poco mayor que la Vía Láctea) que, incluso a esa distancia, vista desde la Tierra cubre un trozo de cielo del tamaño de la Luna, y puede observarse a simple vista en una noche despejada y sin luz lunar, si nos situamos lejos de las ciudades y de otras fuentes de emisión de luz.

Los brazos espirales, que son una característica tan llamativa en galaxias como la nuestra, son visibles porque están bordeados por estrellas calientes de gran masa que relucen con mucho brillo. Esto significa que también son estrellas jóvenes, ya que no hay estrellas viejas que tengan gran cantidad de masa.

No hay misterio alguno en cuanto al modo en que mantienen esa forma espiral. Se debe exclusivamente a un fenómeno de retroalimentación. c Las nubes gigantescas a partir de las cuales se forman las estrellas pueden contener hasta un millón de veces la masa del Sol cuando empieza a contraerse gravitatoriamente para formar estrellas. Cada nube que se contrae produce, no una sola estrella de gran tamaño, sino todo un conglomerado de estrellas, así como muchas estrellas menores.

Cuando las estrellas brillantes emiten luz, la energía de esta luz estelar (especialmente en la parte ultravioleta del espectro) forma una burbuja dentro de la nube, y tiende a frenar la formación de más estrellas. Sin embargo, una vez que las estrellas de gran masa han recorrido sus ciclos vitales y han explotado, sembrando además el material interestelar con elementos de distintos tipos, la onda expansiva ejerce presión sobre las nubes interestelares cercanas y hace que éstas comiencen a contraerse.

Las ondas procedentes de distintas supernovas, al entrecruzarse unas con otras, actúan mutuamente para barrer el material interestelar y formar nuevas nubes de gas y polvo que se contraen produciendo más estrellas y supernovas, en un ejemplo clásico de interacción que se mantiene por sí sola en la que intervienen una absorción de energía (procedentes de las supernovas) y una retroalimentación.

Si la nube es demasiado densa, su parte interna se contraerá gravitatoriamente de manera rápida, formando unas pocas estrellas grandes que recorren sus ciclos vitales rápidamente y revientan la nube en pedazos antes de que puedan formarse muchas estrellas. Esto significa que la generación siguiente de estrellas nace de una nube más delgada, porque ha habido pocas supernovas que barrieran material formando pedazos densos. Si la nube es tan delgada que su densidad queda por debajo de la densidad óptima, nacerán muchas estrellas, y habrá gran cantidad de explosiones supernovas, lo cual producirá gran número de ondas de choque que barrerán el material interestelar, acumulándolo en nubes más densas.

De esta manera, por ambas partes, las retroalimentaciones operan para mantener un equilibrio aproximadamente constante entre la densidad de las nubes y el número de supernovas (y estrellas de tipo Sol) que se producen en cada generación. La propia pauta espiral resulta del hecho de que la galaxia realiza movimiento de rotación y está sometida al tirón gravitatorio que crea la fuerza de marea proveniente de esa materia no luminosa.

Claro que, la materia interestelar es variada. Existen nubes de gas y polvo fríos, que son ricas en interesantes moléculas y se llaman nubes moleculares gigantes; a partir de estas nubes se forman nuevas estrellas (y planetas). Hay nubes de lo que consideraríamos gas “normal”, formadas por átomos y moléculas de sustancias tales como el hidrógeno, y quizá tan caliente como una habitación cerrada durante toda la noche y con la temperatura de dos cuerpos dormidos y emitiendo calor. Además, hay regiones que se han calentado hasta temperaturas extremas mediante la energía procedente de explosiones estelares, de tal modo que los electrones han sido arrancados de sus átomos para formar un plasma cargado de electricidad.

También existe una amplia variedad de densidades dentro del medio interestelar. En la modalidad más ligera, la materia que está entre las estrellas es tan escasa que sólo hay un átomo por cada mil centímetros cúbicos de espacio: en la modalidad más densa, las nubes que están a punto de producir nuevas estrellas y nuevos planetas contienen un millón de átomos por centímetro cúbico. Sin embargo, esto es algo muy diluido si se compara con el aire que respiramos, donde cada centímetro cúbico contiene más de diez trillones de moléculas, pero incluso una diferencia de mil millones de veces  en densidad sigue siendo un contraste espectacular.

La cuestión es que, unos pocos investigadores destacaron allá por 1.990 en que todos estos aspectos –composición, temperatura y densidad- en el medio interestelar dista mucho de ser uniforme. Por decirlo de otra manera más firme, no está en equilibrio, y parece que lo que lo mantiene lejos del equilibrio son unos pocos de procesos asociados con la generación de las pautas espirales.

             El nacimiento de nuevas estrellas y nuevas formas de vida… ¡Reduce la Entropía!

Esto significa que la Vía Láctea (como otras galaxias espirales) es una zona de reducción de la entropía. Es un sistema auto-organizador al que mantienen lejos del equilibrio, por una parte, un flujo de energía que atraviesa el sistema y, por otra, como ya se va viendo, la retroalimentación. En este sentido, nuestra Galaxia supera el test de Lovelock para la vida, y además prestigiosos astrofísicos han argumentado que las galaxias deben ser consideradas como sistemas vivos.

Creo que llevan toda la razón.

emilio silvera

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