• Abrió la veda del estudio de planetas extrasolares y buscar la vida en ellos
• Desde 1990 ha realizado 600.000 grabaciones de unos 30.000 objetos
• Ha ayudado a explicar el nacimiento de estrellas y planetas
• Estimó la edad del Universo en unos 13.700 millones de años

                     Y pensar que estamos hechos de material estelar de las estrellas

Nuestra mirada queda fija, prisionera de tanta belleza como el Universo nos puede mostrar. Cuando nos muestran las imágenes tomadas por los distintos telescopios que el ingenio humano ha sido capaz de construir para ver el universo y los objetos que lo pueblan en las distintas maneras que la física de la luz nos permiten, no podemos hacer otra cosa que asombrarnos al tiempo que tan fantásticos escenarios nos hablan de una grandeza que no siempre llegamos a comprender. Lo que el Universo nos muestra es la obra de muchos miles de millones de años de “construcción” a partir de un “universo niño” en el que nada de lo que ahora podemos contemplar, existía.

                                   Extraña galaxia captada por el James Webb

Imagen conocida como Campo profundo extremo. Un montaje de diez años de observación del Hubble. En esta pequeña región de la constelación de Fornax se pueden contemplar más de 5500 galaxias, muchas de ellas situadas tan lejos que las vemos tal y cómo eran cuando el Universo apenas tenía 450 millones de años. Una verdadera máquina del tiempo a nuestra disposición. Y no es una simple forma de hablar: entre los objetos que se pueden ver en este campo están algunos de los más lejanos -y por lo tanto jóvenes- conocidos. Claro que, antes de que estos objetos existieran… ¡Hay un largo camino que recorrer hacia atrás en el Tiempo!

Cuanto más hacia atrás viajamos en el Tiempo, menos “cosas” podemos encontrar y comprobamos que, las grandes estructuras que ahora captan nuestros telescopios… ¡No existían! Hubo un tiempo en que el Universo era muy diferente a como ahora lo podemos contemplar y tuvieron que pasar muchas cosas para llegar a que en estos momentos, observadores inteligentes puedan contarlo.

Nadie sabe lo que pudo pasar en aquel primer momento y si fueron las “cuerdas” las precursoras de la materia, o si ésas cuerdas que postula la teoría del mismo nombre podría ser la dichosa “materia oscura” que tantos quebraderos de cabeza dan a los astrónomos.

Como nadie estuvo allí para contarlo, como ni las matemáticas han podido llegar a “aquel momento” inicial que llamamos Big Bang, como no hemos sido capaces de sobrepasar esa línea prohibida que nos marca el “Tiempo de Planck”… En cosmología, el tiempo de Planck representa el instante de tiempo más antiguo en el que las leyes de la física pueden ser utilizadas para estudiar la naturaleza y evolución del Universo. Se determina como combinación de otras constantes físicas en la forma siguiente:

 segundos.

Es el tiempo que necesita el fotón (viajando a la velocidad de la luz, c, para moverse a través de una distancia igual a la longitud de Planck. Está dado por  segundos, donde G es la constante gravitacional (6’672 59 (85) ×10^-11 N m² kg^-2), ħ es la constante de Planck racionalizada (ħ = h/2π = 1’054589 × 10^-34Julios segundo) y c es la velocidad de la luz (299.792.458 m/s).

Mapa. La imagen muestra las ‘hiper-frecuencias’ del universo que surgieron hace 13 mil millones de años. AFP. Al menos eso es lo que creemos que pudo…

Así, nos tenemos que conformar con “saber” lo que pasó a partir de aquel momento y no antes. Todo lo que pudo ocurrir en aquella primera fracción de segundo antes del tiempo de Planck, queda en la más completa oscuridad y nunca hemos sabido lo que pudo ocurrir y, como consecuencia, tampoco somos capaces de realizar ninguna representación de aquel momento que pueda ser fidedigna y auto consistente, científicamente hablando, nos faltan datos y elementos para poder realizar un modelo que nos permita representar aquella imagen primera. Pero vayamos por parte.

Para tratar de saber cómo llegó aquí la materia que todo lo conforma (galaxias de estrellas y mundos), hemos tenido que construir inmensas máquinas que, utilizando ingentes cantidades de energías, nos llevan hacia atrás en el tiempo y nos hablan de lo que pudo pasar. En esas máquinas que llamamos aceleradores de partículas, hacemos chocar haces de protones u otras partículas para que, literalmente, haciéndolas “papilla” nos enseñen lo que llevan dentro.

Un átomo es una estructura muy compleja. Tiene un núcleo compacto, cargado positivamente, y un enjambre de electrones en órbitas. Por el contrario, una mezcla de núcleos y electrones no ligados es un sistema relativamente simple. Después de todo, para hacer un átomo hay que colocar todas las piezas constituyentes  en su lugar exacto. Para hacer una mezcla basta con echar todo aquello junto de manera aleatoria y sin orden, de cualquier manera. Es como hacer una maleta colocando cuidadosamente todas las cosas dentro, o, tirarlas sin orden dentro de ella para quitarlas de de la vista.

La historia de cómo llegaron los átomos es típica de aquellos primeros tiempos del Universo joven. A medida que la temperatura seguía bajando como resultado de la expansión de Hubble, se formaron estructuras más y más complejas. Los átomos, que son las estructuras más grandes y ligeras que por el momento queremos considerar, se formaron los últimos después de una sucesión de transiciones. Si nos movemos hacia atrás en el Tiempo, la siguiente estructura que se congeló fueron los núcleos mismos.

Los núcleos que suponen una parte entre cien mil del átomo, en realidad son los que tienen consigo la verdadera materia y, para describirlos, no vale con decir que están formados por nucleones, es decir, por protones y neutrones que cuando son golpeados con violencia en los aceleradores de partículas, se ven literalmente desmembrados y allí aparecen otras partículas de las que están formados y que llamamos Quarks que, en tripletes, están confinados en una sopa de Gluones que son los bosones transmisores de la fuerza nuclear fuerte, la responsable de que los núcleos puedan existir. Así que debió de haber un tiempo en el que no existían los núcleos de los átomos y un tiempo en el que nacieron.

Del mismo modo se cree que los protones y neutrones y otras partículas elementales que forman el núcleo están a su vez hechos de esas otras partículas más elementales que llamamos Quarks, al menos ese es, el comportamiento observado en los aceleradores de partículas en el que, esos protones al ser pulverizados, dejan “ver” algo más de lo que llevan dentro.

Fijáos que si destruimos un neutrón, nos aparecen otras partículas que lleva dentro: un electrón, un protón y un neutrino electrónico que sale huyendo de allí a la velocidad de la luz. Todo eso subyace dentro de un neutron que está formado por tres Quarks, dos quarks dowm y un Quarks up. No resulta nada fácil de asimilar ese mundo cuántico de lo muy pequeño en el que podemos encontrarnos con maravillas que están muy alejadas de nuestro “mundo” cotidiano.

Cuando la temperatura del Universo era muy alta, los Quarks no estaban confinados juntos dentro de los protones y neutrones que aún no se habían formado y, se supone, que vagaban libres. En otras palabras, en aquellos primeros momentos no existían ninguna d elas partículas que ahora conocemos como elementales y que residen dentro de los núcleos. Hubo un Tiempo en el que no existíeron y un Teimpo en el que nacieron.

Por tanto, cuando la temperatura era suficientemente alta, la materia era una mezcla de Quarks y partículas como electrones, esas partículas que los físicos llaman Leptones (“que interaccionan muy débilkmente”). De acuerdo con nuestras ideas actuales y después de haber estudiado todos los posibles procesos por los que pudo pasar la formación de los átomos de materia, este es el final del proceso: La materia no se puede partir más. Todo lo que nos rodea está hecho de diferentes combinaciones de quarks y leptones.

Cuando el Universo se expande y enfría más y más, los quarks se congelan en partículas elementales; luego las partículas se congelan en núcleos y finalmente  los núcleos y electrones se congelan en átomos. Esa es, la evolución que se sigue para la formación de la materia que ahora conocemos como Bariónica, la que emite radiación, la materia luminosa que al unirse los átomos formaron las estrellas y más tarde las galaxias.

Claro que la simplificación del Universo no se puede deterner en la materia. Una vez que la materia ha sido rota en sus elementos básicos, hay todavía otra fuente de complejidad en el Universo y son las fuerzas fundamentales que gobiernan el modo en que las partículas interaccionan entre sí para que el universo sea tal como lo podemos contemplar, para que las estrellas brillen en el cielo y formen elementos que serán los precursores de la vida, el estado más evolucionado que de la materia, hemos podido constatar… ¡Hasta este momento! ¿Quién sabe ni siquiera lo que es la luz?

La luz está presente en las estrellas de las que a cada segundo salen disparados a velocidades relativistas cientos de miles de cuatrillones de de fotones formando haces que marchan de manera isotrópica hacia regiones lejanas del Cosmos.

Como podréis comprender, el presente trabajo podría seguir y seguir durante cientos y miles de páginas para describir todo lo que hemos aprendido observando el Universo y las fuerzas que marcan el ritmo al que todo se mueve, incluso nosotros, seres conscientes, estamos supeditados a esas fuerzas fundamnetales de las que tantas veces hemos hablado aquí y que, al ser las que rigen el comportamiento de la materia y de todo lo que existe que podamos conocer, es también, sin lugar a ninguna duda, la que hace que, en otros mundos, esté presente la vida como lo está en la Tierra.

¿Cuándo podremos comprobarlo?

emilio silvera

El núcleo del átomo es una maravilla que está encerrada en una parte de cien mil (si dividimos el átomo en cien mil partes, una sería el núcleo). Es parte infinitesimal contiene el 99,9% de la masa del átomo. Además, allí están los nucleones (protones y neutrones), y, dentro de ellos, confinados, “viven” tripletes de Quarks que sujetos por la fuerza nuclear fuerte no se pueden separar mucho por estar sujetos por los  Bosones llamados Gluones. 

¿Os dais cuenta? ¿No os parece asombroso? Quejar que forman a los Hadrones (Bariones) que son los nucleones y que con carga positiva, atraen a los Leptones llamados electrones de carga negativa, y, todos ellos son Fermiones que, sometidos al Principio de Exclusión de Pauli, hacen posible que se for4men estrellas enanas blancas y estrellas de neutrones.

Pero para los electrones todo esto es muy diferente. Su comportamiento parece estar envuelto en la bruma. Es como si pudieran “existir” en diferentes lugares simultáneamente, como si fueran una nube o una onda, y esto no es un efecto pequeño. Si se realizan experimentos con suficiente precisión, se puede determinar que el electrón parece capaz de moverse simultáneamente a lo largo de trayectorias muy separadas unas de otras. ¿Qué puede significar todo esto?

Niels Bohr consiguió responder a esta pregunta de forma tal que con su explicación se pudo seguir trabajando y muchos físicos siguen considerando su respuesta satisfactoria. Se conoce como la “interpretación de Copenhague” de la Mecánica Cuántica. En vez de decir que el electrón se encuentra en el punto x o en el punto y, nosotros hablamos del estado del electrón. Ahora no tenemos el estado “x” o el estado “y”, sino estados “parcialmente x” o “parcialmente y. Un único electrón puede encontrarse, por lo tanto, en varios lugares simultáneamente. Precisamente lo que nos dice la Mecánica Cuántica es como cambia el estado del electrón según transcurre el tiempo.

Un “detector” es un aparato con el cual se puede determinar si una partícula está o no presente en algún lugar pero, si una partícula se encuentra con el detector su estado se verá perturbado, de manera que sólo podemos utilizarlo si no queremos estudiar la evolución posterior del estado de la partícula. Si conocemos cuál es el estado, podemos calcular la probabilidad de que el detector registre la partícula en el punto x.

Las leyes de la Mecánica Cuántica se han formulado con mucha precisión. Sabemos exactamente como calcular cualquier cosa que queramos saber. Pero si queremos “interpretar” el resultado, nos encontramos con una curiosa incertidumbre fundamental: que varias propiedades de las partículas pequeñas no pueden estar bien definidas simultáneamente. Por ejemplo, podemos determinar la velocidad de una partícula con mucha exactitud, pero entonces no sabremos exactamente dónde se encuentra; o, a la inversa. Si una partícula tiene “espín” (rotación alrededor de su eje), la dirección alrededor de la cual está rotando (la orientación del eje) no puede ser definida con gran precisión.

No es fácil explicar con sencillez de dónde viene esta incertidumbre, pero hay ejemplos en la vida cotidiana que tienen algo parecido. La altura de un tono y la duración en el tiempo durante el cual oímos el tono tienen una incertidumbre mutua similar.

           ¿Onda o partícula? ¡Ambas a la vez! ¿Cómo es eso?

Para que las reglas de la Mecánica Cuántica funcionen, es necesario que todos los fenómenos naturales en el mundo de las cosas pequeñas estén regidos por las mismas reglas. Esto incluye a los virus, bacterias e incluso a las personas. Sin embargo, cuanto más grande y más pesado es un objeto más difícil es observar las desviaciones de las leyes del movimiento “clásicas” debidas a la mecánica cuántica.

Me gustaría referirme a esta exigencia tan importante y tan peculiar de la teoría con la palabra “holismo”. Esto no es exactamente lo mismo que entienden algunos filósofos por “holismo”, y que se podría definir como “el todo es más que la suma de las partes”.

Bien, si la Física nos ha enseñado algo, es justamente lo contrario: un objeto compuesto de un gran número de partículas puede ser entendido exactamente si se conocen las propiedades de sus partes (las partículas): basta que uno sepa sumar correctamente (¡y esto no es nada fácil en mecánica cuántica!). Lo que yo entiendo por holismo es que, efectivamente, el todo es la suma de las partes, pero sólo se puede hacer la suma si todas las partes obedecen a las mismas leyes.

Por ejemplo, la constante de Planck, h = 6,626075…x 10 exp. -34 julios segundo, debe ser exactamente la misma para cualquier objeto en cualquier sitio, es decir, debe ser una constante universal. Así, los extraterrestres del cuarto planeta a partir de la estrella SIL, cuando descubran esa constante, el resultado sería exactamente el mismo que le dio a Plancl, es decir, el Universo, funciona igual en todas partes.

Las reglas de la mecánica cuántica funcionan tan bien que refutarlas resulta realmente difícil. Los trucos ingeniosos descubiertos por Werner Heisenberg, Paul Dirac y muchos otros mejoraron y completaron las reglas generales. Pero Einstein y otros pioneros tales como Edwin Schrödinger, siempre presentaron serias objeciones a esta interpretación.

Quizá funcione bien, pero ¿Dónde está exactamente el electrón, en el punto x o en el punto y? Em pocas palabras, ¿Dónde está en realidad?, ¿Cuál es la realidad que hay detrás de nuestras fórmulas? Si tenemos que creer a Bohr, no tiene sentido buscar tal realidad. Las reglas de la mecánica cuántica, por sí mismas, y las observaciones realizadas con detectores son las únicas realidades de las que podemos hablar.

Hasta hoy, muchos investigadores coinciden con la actitud pragmática de Bohr. Los libros de historia dicen que Bohr demostró que Einstein estaba equivocado. Pero no son pocos,  incluyéndome a mí, los que sospechamos que a largo plazo el punto de vista de Einstein volverá: que falta algo en la interpretación de Copenhague. Las objeciones originales de Einstein pueden superarse, pero aún surgen problemas cuando uno trata de formular la mecánica cuántica para todo el Universo (donde las medidas no se pueden repetir) y cuando se trata de reconciliar las leyes de la mecánica cuántica con las de la Gravitación… ¡Infinitos!

La mecánica cuántica y sus secretos han dado lugar a grandes controversias, y la cantidad de disparates que ha sugerido es tan grande que los físicos serios ni siquiera sabrían por donde empezar a refutarlos. Algunos dicen que “la vida sobre la Tierra comenzó con un salto cuántico”, que el “libre albedrío” y la “conciencia” se deben a la mecánica cuántica: incluso fenómenos paranormales han sido descritos como efectos mecano-cuánticos.

Yo sospecho que todo esto es un intento de atribuir fenómenos “ininteligibles” a causas también “ininteligibles” (como la mecánica cuántica) dónde el resultado de cualquier cálculo es siempre una probabilidad, nunca una certeza.

Claro que, ahí están esas teorías más avanzadas y modernas que vienen abriendo los nuevos caminos de la Física y que, a mi no me cabe la menor duda, más tarde o más temprano, podrá explicar con claridad esas zonas de oscuridad que ahora tienen algunas teorías y que Einstein señalaba con acierto.

¿No es curioso que, cuando se formula la moderna Teoría M, surjan, como por encanto, las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General? ¿Por qué están ahí? ¿Quiere eso decir que la Teoría de Einstein y la Mecánica Cuántica podrán al fin unirse en pacifico matrimonio sin que aparezcan los dichosos infinitos?

Bueno, eso será el origen de otro comentario que también, cualquier día de estos, dejaré aquí para todos ustedes.

¡AH! Pero eso sí, después de todo lo leído anteriormente, tenemos que coincidir en que todo lo que vemos hecho de materia, en realidad están hechos de Quarks y Leptones

emilio silvera