En otras ocasiones hemos presentado aquí trabajos que, entre los temas que fueron tratados, entraba el Universo estacionario y también la posibilidad de un final con la presencia del Big Crunch, lo cual, según todos los datos de la cosmología moderna, no será posible dado que, el Universo euclideo y la Densidad Crítica que se observa no sería suficiente para producir tal final.

La muerte térmica (también muerte entrópica) es uno de los posibles estados finales del universo, en el que no hay energía libre para crear y mantener la vida y otros procesos. En términos físicos, el universo habrá alcanzado la máxima entropía.

Por el contrario, la dinámica observada de expansión es cada vez más acelerada y, aunque algunos hablan de la “materia oscura”, en realidad no sabemos a qué se puede deber tal expansión pero, lo cierto es que no habrá colapso final y sí, en cambio, una expansión ilimitada que nos llevará hacia un “enfriamiento térmico” que llegará a alcanzar un máximo de entropía dS = dQ/T, así habrá una gran parte de la energía del Universo que no podrá producir trabajo. Sin embargo, es curioso que siendo eso lo que se deduce de los datos que tenemos, cuando miramos lo que predicen las nuevas teorías basadas en las cuerdas y la mecánica cuántica nos indica que tal escenario es poco creíble.

La entropía es una función de estado que, evaluada para todo el universo, aumenta en una transformación irreversible y permanece constante en una transformación reversible. Las galaxias dejaran de producir estrellas. Sin embargo…

Todo parece indicar que nada podrá impedir que en las galaxias se sigan produciendo explosiones supernovas que formaran hermosas Nebulosas de las que nacerán nuevas estrellas, toda vez que las galaxias, quedarán aisladas y detendrán su expansión y tal hecho, no parece que pueda incidir en la mecánica galáctica de formación de nuevas estrellas. Así, las estrellas más masivas devolverán parte de la materia que las conforman al medio interestelar y la gravedad y la radiación se encargarán de que nuevos ciclos se sigan produciendo. Y, las estrellas menos masivas, como nuestro Sol y otras seguirán sus vidas durante miles de millones de años y, si tiene planetas en su entorno,

                      Si se llega al cero absoluto (-273,15 ºC), ni los átomos se moverán

¿Quién sabe si estando en la zona habitable no podrá hacer surgir alguna clase de vida? Claro que, el proceso de la dinámica del universo es llegar al frío absoluta de los -273 ºC y, en ese momento, las masas de las estrellas quedarían bloqueadas, los átomos presentes en las Nebulosas perderían su dinámica y nada, en nuestro Universo, tendría movimiento ni energía para crear trabajo, la Entropía sería la dueña y señora de todo y una última estrella habría nacido para quedar colapsada sin poder cumplir su misión de transmutar elementos.

Pero no pocas de todas estas conclusiones son conjeturas que se hacen conforme a los datos observados que llevan a esas consecuencias. En otros panoramas se podría contemplar como en el futuro, las estrellas escaparían lentamente de las galaxias y según algunos cálculos el 90% de la masa estelar de una galaxia habría huido al espacio en unos 10^19 años. El 10% restante habría sido engullido por agujeros negros supermasivos centrales. El mismo mecanismo haría que los planetas escaparan de su soles y vagaran por el espacio como planetas errantes hasta perderse en el espacio profundo y, los que no lo hagan caerán hacia el centro de sus soles en unos  0^20 años.

Por otra parte, un último estudio ha indicado que el Universo es curvo, no plano como se creía y tal resultado, aunque tendrá que ser verificado, es importante para saber el final que realmente espera a nuestro Universo en ese futuro muy lejano en el que, no sabemos siquiera si nuestra especie andará aún por aquí.

Esa imagen de arriba no sería repetida y las galaxias, los cúmulos se disgregarían debido a interacciones gravitatorias en unos 10^23 años y, en un momento determinado el universo estaría formado por enanas negras, estrellas de neutrones y agujeros negros junto con planetas y pequeñas cantidades de gas y polvo, todo ello, sumergido en una radiación de fondo a 10^-13K. Hay modelos que predicen que los agujeros negros terminarán evaporándose mediante la emisión de la radiación de  Hawking. Una vez evaporado el agujero negro, los demás objetos se convertirían en Hierro en unos 10^1500 años pero también, pasado mucho tiempo, se evaporaran y a partir de este momento el universo se compone de partículas aisladas (fotones, electrones, neutrinos, protones). La densidad tenderá a cero y las partículas no podrán interactuar. Entonces, como no se puede llegar al cero absoluto, el universo sufrirá fluctuaciones cuánticas y podría generar otro universo. ¿Qué locura!

Claro que toda esa teoría podría modificarse si  la “energía oscura” -si finalmente existe- resultara ser negativa, con lo cual el fin se produciría antes. Tampoco se ha contado con la posible inestabilidad del protón. Todo esto está descrito según la física que hoy día se conoce, lo cual nos puede llevar a conclusiones erróneas. Como vereis, tenemos respuestas para todo y, aunque ninguna de ellas pueda coincidir con la realidad, lo cierto es que, el panorama de la cosmología está lleno de historias que, algunas podrán gustar más que otras pero todas, eso sí, están cargadas de una imaginación desbordante.

Como mi intelecto es más sencillo y no alcanza a ver en esas profundas lejanías, me quedo con lo más tangible y cercano como lo es el hecho cierto de que el Universo tiene que tener miles de millones de años para que haya podido tener tiempo suficiente para que los ladrillos de la vida sean construidos, primero en las estrellas, y, más tarde, en las grandes Nebulosas Moleculares.

Las leyes de la gravitación nos dice que la edad del universo está directamente ligada a otras propiedades que manifiesta, como su densidad, su temperatura y el brillo del cielo. Puesto que el Universo debe expandirse durante miles de millones de años, debe tener una extensión visible de miles de millones de años-luz. Puesto que su temperatura y densidad disminuyen a medida que se expande, necesariamente se hace más frío y disperso. Ahora sabemos que la densidad del Universo es hoy día de poco más de 1 átomo por m³ de espacio.

Traducida en una medida de las distancias medias entre estrellas o galaxias, esta densidad tan baja muestra porque no es tan sorprendente que otros sistemas estelares estén tan alejados y sea difícil el contacto con extraterrestres.  Si existen en el Universo otras formas de vida avanzada (como creo), entonces, al igual que los seres de la Tierra habrán evolucionado sin ser perturbadas por los seres de otros mundos hasta que puedan llegar a lograr una fase tecnológica avanzada.

Además, la muy baja temperatura de la radiación hace algo más que asegurar que  el espacio sea un lugar frío: también garantiza la oscuridad del cielo nocturno. Durante siglos los científicos se han preguntado por esta sorprendente característica del Universo. Si ahí fuera en el espacio hubiera un número enorme de estrellas, entonces cabría pensar que mirar hacia arriba al cielo nocturno sería un poco como mirar un bosque denso.

                                                 Millones de estrellas en un sólo cúmulo globular

Cada linea de visión debería terminar en una estrella. Sus superficies brillantes cubrirían cada parte del cielo haciénsolo parecido a la superficie del Sol. Lo que nos salva de ese cielo brillante es la expansión del Universo y la lejanía a la que se encuentran las estrellas entre sí. Para encontrar las condiciones necesarias que soporte la complejidad viviente hicieron falta diez mil millones de años de expansión y enfriamiento.

La Densidad de materia ha caído hasta un valor tan bajo que aun sim toda la materia se transformase repentinamente en energía radiante no advertiríamos ningún resplandor importante en el cielo nocturno. La radiación es demasiado pequeña y el espacio a llenar demasiado grande para que el cielo parezca brillante otra vez. Hubo un tiempo cuando el Universo era mucho más jovencito, menos de cien mil años, en que todo el cielo era brillante, tan brillante que ni estrellas ni átomos ni moléculas podían existir, la podría radiación los destruía. Y, en ese tiempo, no podrían haber existido observadores para ser testigo de ello.

             Con algunas estrellas por aquí y por allá, alguna que otra Nebulosa (incluso algunas brujas), el Universo es oscuro y frío.

Pero estas consideraciones tienen otros resultados de una Naturaleza mucho más filosófica. El gran tamaño y la absoluta oscuridad del Universo parecen ser profundamente inhóspitos para la vida. La apariencia del cielo nocturno es responsable de muchos anhelos religiosos y estéticos surgidos de nuestra aparente pequeñez e insignificancia frente a la grandeza e inmutabilidad (aparente) de las estrellas lejanas. Muchas Civilizaciones rindieron culto a las estrellas o creyeron que gobernaban su futuro, mientras otras, como la nuestra, a menudo anhelan visitarlas.

Mucho se ha escrito sobre el efecto emocional que produce la contemplación de la insignificancia de la Tierra ante esa inmensidad del cielo salpicado de estrellas, inmersa en una Galaxia que tiene más de cien mil millones y que ahora sabemos, que también tiene, miles de millones de mundos. En efecto, la idea de ese conocimiento es impresionante y puede llegar (en algunos casos) a ser intensamente desagradable y producir sensación de ahogo y hasta miedo. Nuestra imaginación matemática se ve atormentada ante esa inconmensurable grandeza que, nuestras mentes, no llegan a poder asimilar.

Claro que, en eso de lo grande y lo pequeño…, todo puede ser muy subjetivo y, no pocas veces dependerá de la perspectiva con que lo podamos mirar. Podríamos considerar la Tierra como enorme, al mirarla bajo el punto de vista que es el mundo que nos acoge, en el que existen inmensos océanos y grandes montañas y volcanes y llanuras y bosques y ríos y, una inmensa lista de seres vivos. Sin embargo, se nos aparecerá en nuestras mentes como un minúsculo grano de arena y agua si la comparamos a la inmensidad del Universo. Igualmente, podemos ver un átomo como algo grande en el sentido de que, al juntarse con otros, pueden llegar a formar moléculas que juntas, son capaces de formar mundos y galaxias.

Si comparamos una galaxia con un átomo, éste nos parecerá algo ínfimo. Si comparamos esa misma galaxia con el Universo, lo que antes era muy grande ahora resulta ser también muy poca cosa. Si el mundo que nos acoge, en el que la Humanidad ha escrito toda su historia y costado milenios conocer, dado su “inmensidad” para nosotros, lo comparamos con la Nebulosa Orión, nos parecerá ridículo en tamaño y proporción y, sin embargo, cuán importante es para nosotros. Todo puede ser grande o pequeño dependiendo de la perspectiva con que lo miremos y según con qué lo podamos comparar.

Nada es objetivamente grande; las cosas son grandes sólo cuando consiguen tocar la sensibilidad del observador que las contempla, encontrar los caminos hacia su corazón y su cerebro. La idea de que el Universo es una multitud de esferas minúsculas circulando como motas de polvo en un vacío oscuro e ilimitado, podría dejarnos fríos e indiferentes, si no acomplejados y deprimidos, si no fuera porque nosotros identificamos este esquema hipotético con el esplendor visible, la intensidad conmovedora del desconcertante número de estrellas que están ahí, precisamente, para hacer posible nuestra presencia aquí y, eso amigos míos, nos hace ser importantes, dado que demuestra algo irrefutable, formamos parte de toda esta grandeza.

 

 

Bueno, no es por nada pero, ¿Quién me puede decir que una imagen como la que arriba podemos contemplar, no es tan hermosa como la más brillante de las estrellas del cielo? Incluso diría que más, ya que, se trata del producto o esencia del material que allí se fabricó y que ha podido llegar a su más alto nivel de belleza.

Yo, si tengo que deciros la verdad (como cualquier otro Ser Humano), no me considero nada insignificante, soy consciente de que formo parte del Universo, como todos ustedes, ni más ni menos, somos una parte de la Naturaleza y, como tales productos de algo tan grande, debemos estar orgullosos y, sobre todo procurar, conocer bien qué es lo que realmente hacemos aquí, para qué se nos ha traído y, para ello amigos, el único camino que conozco es, llegar a conocer a fondo la Naturaleza y procurar desvelar sus secretos, ella nos dirá todo cuanto queramos saber.

emilio silvera

                               Tardamos mucho en comprender, como era nuestro Sistema solar

Allí donde se percibía orden en el universo, este orden se atribuía a la respuesta que daban los objetos físicos a una necesidad de que se preservaran la armonía y el orden siempre que fuera posible -se suponía las órbitas de los planetas y del Sol alrededor de la Tierra y que eran círculos, porque los círculos eran perfectos-, los objetos caían hacia el suelo porque el centro de la Tierra marcaba el centro de todo y todo tendía a confluir hacia aquel lugar, el centro de simetría de todo el universo.

Acordaos que, el filósofo Aristarco de Samos, se atrevió a expresar sus ideas y dijo que, la Tierra y todos los planetas se movían alrededor del Sol. ¡Claro, nadie le prestó la menor atención! y, muchísimos años más tarde, tuvo que venir Copérnico, allá por el año 1543,  diciendo lo mismo para pasar a la historia. Su De Revolutionibus Orbium Coelestrum quedó terminado en lo esencial en 1530 y, a cuando se publicó, hizo exclamar, en 1539, a Martín Lutero: “Este loco desea volver de revés toda la astronomía; pero las Sagradas Escrituras nos dicen que Josué ordenó al Sol que se detuviera, no a la Tierra”. Galileo replicó más tarde, respondiendo a críticas similares: “La Biblia nos muestra la manera de llegar al cielo, no la manera en que se mueven los cielos”.

Retrato de Kepler de un artista desconocido (ca. 1610)

Tuvo que llegar Kepler, quien, utilizando las observaciones minuciosamente recopiladas por Tycho Brahe, señaló, para aquellos que tuvieran los ojos bien abiertos que, el planeta Marte no sólo se movía alrededor del Sol sino que, su órbita, era elíptica, echando así por tierra la antigua perfección circular, preferida por los clásicos griegos .

Ahora, pasado el tiempo y mirando hacia atrás, podemos ver con diáfana claridad, muchos ejemplos que podrían ilustrar la diferencia tan brutal que existe entre la ciencia de los antiguos y la de tiempos posteriores a partir de Galileo. Es cierto que los antiguos griegos fueron unos matemáticos excelentes, en particular, unos  geómetras de primera. También es cierto que aquella geometría que imperó durante más de dos mil años entre nosotros (aún hoy,  alguna perdura), tenía sus raíces en culturas más antiguas.

Galileo y el péndulo. La Historia nos habla del primer experimentador serio de la historia. Experimentó para demostrar el tiempo que invertía el péndulo en realizar una oscilación completa que resultó ser siempre la misma, tanto si recorría un amplio arco como si describía uno pequeño. Experimentos posteriores demostraron que ese tiempo dependía de la longitud del péndulo. Este es el fundamento del reloj de péndulo (diseñó uno que llegó a construir su hijo). Posteriormente utilizó el péndulo como preciso cuando realizó experimentos para estudiar el comportamiento de unas bolas que rodaban hacia abajo por una rampa. Estos experimentos le servían para estudiar la caída de objetos para investigar los efectos que producía la Gravedad sobre los cuerpos en movimiento.

Él desarrolló el concepto de aceleración: Una velocidad constante de 9,8 metros por segundo significa que cada segundo el objeto en movimiento cubre una distancia de 9,8 mettros. Él descubrió que los objetos que caen se mueven cada vez más rápidos, con una velocidad que aumenta cada segundo y que el aumento, era uniforme, siempre el mismo. También observó como aquellas bolas que caen por la rampa, se frenan a causa del rozamiento. Aquello era física pura dándo sus primeros pasos y camino de la relatividad, la termodinámica y la mecánica cuántica.

Fue un grande entre los gigantes. Se le suele recordar como el fundador del método experimental de la física; su imagen va asociada con la del telescopio y el plano inclinado, con los instrumentos que diseñó y armó para observar y medir. También es famosa su polémica con los aristotélicos de su tiempo que se limitaban a citar a los clásicos y pensar cómo debían ser los movimientos de los cuerpos, en vez de observarlos. Por último, ¿Quién no conoce la anécdota del atrevido maestro arrojando dos cuerpos de diferente peso desde la Torre de Pisa? (Anécdota probablemente apócrifa pero, como dicen los italianos, Se non è … è ben trovatto! ).

Fue una combinación del descubrimiento de las órbitas elípticas por parte de Kepler, y de la teoría de Galileo sobre la aceleración y el método científico, lo que preparó el camino para el mayor descubrimiento científico del siglo XVII, y quizá de todos los siglos: la Ley de la Gravitación universal de Newton que cerró con el broche de oro que conocemos por su gran obra: Philosophiae Naturalis Principia Mathemática,más conocida coloquialmente como los Principia, publicada en 1687.

                   

Newton adoptó y perfeccionó la idea de Galileo, valorando de manera positiva los deliberadamente simplificados (como los planos sin rozamiento) para utilizarlos en la descripción de aspectos concretos del mundo real. Por ejemplo, una característica fundamental de los trabajos de Newton sobre la Gravedad y las órbitas  es el hecho de que, en sus cálculos realtivos a los efectos de la Gravedad, él consideró objetos tales como Marte, la Luna o una , como si toda su masa estuviera concentrada en un solo punto, y de esta manera, siempre que nos encontremos en el exterior del objeto en cuestión, su influencia gravitatoria se mide en función de nuestra distancia a dicho a dicho punto, que es el centro de masa del objeto /y asimismo el centro geométrico, si el objeto es una esfera).

Allí quedaron para las generaciones venideras las Leyes del movimiento de Newton, que constituyen la de trescientos años de ciencia, pero que puede resumirse de una forma muy sencilla y que marcan el desarrollo del modo científico de observar el mundo.

Para resolver un problema en mecánica, lo único que necesito es las tres leyes de Newton

– Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas transmitidas sobre él.

– El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz transmitida y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.

– Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.

Esta y tercera ley es completamente original de Newton (pues las dos primeras ya habían sido propuestas de otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico .

El problema de los tres cuerpos fue, totalmente inabordable por Newton que, en aquellos casos en los que se veía imposibilitado, siempre recurría a Dios para que le solucionara el asunto. Claro que, ante tal sugerencia, siempre se encontraba de frente con Leibniz que, comparó el universo ordenado y determinista de Newton con un reloj, afirmando con sarcasmo que el Dios de Newton debía ser un relojero bastante torpe si era incapaz de hacer un reloj que marcara siempre la hora correcta, pues para que funcionara bien tenía que intervenir cada vez que se estropeara.

Aquel problema de los tres cuerpos (del que hablaremos en otra ocasión), continuó sin solución hasta finales del siglo XVII, cuando entró en escena el matemático francés Pierre Laplace,  (claro que, también tendríamos que ver lo que dijo Poincaré, otro francés, al respecto).

Así, poco a poco, se pudo ir poniendo orden y buscando explicación para todos aquellos fenómenos de la Naturaleza que no tenían explicación y que, sólo la Ciencia, nos la podía dar.

                             Los experimentos de Faraday quedaron para la Historia

Mas tarde llegarían Faraday y Maxwell que investigaron la naturaleza de la luz el primero y, supo expresarla en ecuaciones el segundo. Aquello, fue un de gigante para comprender el mundo que nos rodea y cómo funciona, en algunos aspectos, la Naturaleza. Podemos decir que aquello fue uno de los mayores triunfos de la Ciencia del siglo XIX. La explicación dada por Maxwell sobre la radiación electromagnética se basó en la obra de Faraday y, entre ambos, dijeron al mundo que electricidad y magnetismo eran dos aspectos distintos de la misma cosa.

Las ecuaciones de Maxwell llevaban consigo dos características muy curiosas: una de ellas pronto tendería un profundo impacto en la física, y la otra fue considerada hasta tiempos muy recientes sólo como una rareza de menor importancia. La primera de aquellas características innovadoras era que daban a la velocidad de la luz un valor constante, independientemente de cómo se mueva la fuente de luz con respecto a la (o aparato) que mida su velocidad. Ya sabeis que fue esto, lo que llevó a Einstein a desarrollar la teoría de la relatividad en 1905.

En el mundo de la física las ideas de Max Planck fueron progenitoras de algunas de las aportaciones más importantes de Einstein. Planck fue el primero en …

A partir de todo aquello, Eisntein Planck y después muchos otros, vinieron a poner los conocimientos de la Ciencias Físicas y Astronómicas en un  lugar privilegiado en el que, podíamos mirar las galaxias y también a los átomos. El mundo de lo muy grande y el de lo muy pequeño, quedó al alcance del entendimiento humano. Claro que, Como dijo Kart Raimund Popper, filósofo británico de origen austriaco (Viena, 1902 – Croydon, 1.994) que realizó sus mas importantes trabajos en el ámbito de la metodología de la ciencia: “cuanto más profundizo en el de las cosas, más consciente soy de lo poco que sé. Mis conocimientos son finitos pero, mi ignorancia, es infinita“.

Está claro que la mayoría de las veces, no hacemos la pregunta adecuada porque nos falta conocimiento para realizarla. Así, cuando se hacen nuevos descubrimientos nos dan la posibilidad de hacer nuevas preguntas, ya que en la ciencia, generalmente, cuando se abre una puerta nos lleva a una gran sala en la que encontramos otras puertas cerradas y tenemos la obligación de buscar las llaves que nos permitan abrirlas para . Esas puertas cerradas esconden las cosas que no sabemos y las llaves que las pueden abrir son retazos de conocimientos que nos permiten entrar para descorrer la cortina que esconde los secretos de la Naturaleza, de la que en definitva, formamos parte.

¡Cuánto hay ahí, en esa bella Nebulosa de arriba! En espesas nubes moleculares que se concentran en vórtices obligadas por la Gravedad, nacen nuevas estrellas y nuevos mundos. Ahí se transforman los materiales sencillos como el Hidrógeno en otros más complejos y, la radiación de las jóvenes estrellas nuevas masivas, tiñen de rojo el gas y el polvo del lugar, mientras , presumidas, se exhiben rodeadas de ese azul suave que las distingue de aquellas otras más antiguas, que tiñen de amarillo y rojo toda la región.

¿Qué sería de la cosmología sin   ¿Es la ecuación de Einstein donde  es el tensor energía-momento que mide el de materia-energía, mientras que  es el Tensor de curvatura de Riemann contraído que nos dice la cantidad de curvatura presente en el hiperespacio. Este pequeño conjunto de signos es uno de los pensamientos más profundos de la mente humana y… ¡Nos dice tánto con tan poco! En esa ecuación de campo de la relatividad general, está presente lo que los físicos llaman “belleza en una ecuación”, toda vez que dice muchísimo con muy poco.

También esa ecuación nos habló de la existencia de Agujeros negros, esos objetos de densidad “infinita” en los que dejan de existir el espacio y el tiempo. La singularidad es el punto matemático en el que ciertas cantidades físicas alcanzan valores infinitos. Así nos lo dice la relatividad general general: la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita en un Agujero Negro.

La cosmología estaría 100 años atrás sin esta ecuación. Einstein  con sus dos versiones de la relatividad que nos descubrió un universo donde la velocidad estaba limitada a la de la luz, donde la energía estaba escondida, quieta y callada, en forma de masa, y donde el espacio y el tiempo se curva y distorsiona cuando están presentes grandes objetos estelares, nos descubrio un Universo nuevo, un mundo fantástico de posibilidades ilimitadas en el que podían ocurrir maravillas como, por ejemplo, que el tiempo transcurriera más lentamente y dónde reside la fuente de la energía. Claro que, al mérito de Einstein (que lo tiene), tendríamos que sumar el de Faraday, Maxwell, Mach, Lorentz, Planck y algunos otros de cuyas ideas él supo aunar un todo que clarificó el mundo y que, por separado, no decían tanto.

No puedo evitarlo, siento debilidad por las estrellas, esos objetos brillantes del cielo en los que, se “fabrican” los elementos complejos que son la materia primaria para la vida. Nosotros, como he comentado muchas veces, estamos hechos de polvo de estrellas.

En ellas, en las estrellas, se producen cambios y transformaciones de cuyos procesos, debemos conocer para saber lo que allí ocurre y el por qué de esas mutaciones de la materia. Siempre llamó mi atención las estrellas que se forman a partir de gas y polvo cósmico. Nubes enormes de gas y polvo (como la nebulosa cabeza de caballo en la de arriba) se van juntando. Sus moléculas cada vez más apretadas se rozan, se ionizan y se calientan hasta que en el núcleo central de esa bola de gas caliente, la temperatura alcanza millones de grados. La enorme temperatura hace posible la fusión de los protones y, en ese instante, nace la estrella que brillará durante miles de millones de años y dará luz y calor. Su ciclo de vida estará supeditado a su masa. Si la estrella es supermasiva, varias masas solares, su vida será más corta, ya que consumirá el nuclear de fusión (hidrógeno, helio, litio, oxígeno, etc) con más voracidad que una estrella mediana como nuestro Sol, de vida más duradera.

En las estrellas está el secreto de todos los elementos naturales que conocemos en la Naturaleza, allí se fraguan todos mediante la fusión de la materia sencilla en otra más compleja, en sus hornos nucleares que, en estrellas como el Sol, llegan hasta el Hierro antes de convertirse en gigantes rojas y enanas blancas después, dejando una bonita Nebulosa planetaria. Otros elementos más pesados surgen de las explosiones d3e Supernovas que es el final de las estrellas masivas que terminan como agujeros negros y púlsares regando antes el espacio interestelar de material nebulosa con sus eyecciones de las capas exteriores antes de explotar.

Una estrella, como todo en el universo, está sostenida por el equilibrio de dos contrapuestas; en este caso, la fuerza que tiende a expandir la estrella (la energía termonuclear de la fusión) y la fuerza que tiende a contraerla (la fuerza gravitatoria de su propia masa). Cuando finalmente el proceso se detiene por agotamiento del combustible de fusión, la estrella pierde la fuerza de expansión y queda a merced de la fuerza de gravedad; se hunde bajo el peso de su propia masa, se contrae más y más, y en el caso de estrellas súper masivas, se convierten en una singularidad, una masa que se ha comprimido a tal extremo que acaba poseyendo una fuerza de gravedad de una magnitud difícil de imaginar para el común de los mortales.

A nosotros nos puede parecer enorme, es el planeta que acoge a toda la Humanidad. Sin embargo, en el contexto del Universo y comparado con otros objetos cosmológicos, es menos que una mota de polvo y, si pensamos en ello, (quizás), podamos llegar a la conclusión de que debemos cambiar y mirar las cosas desde otras perspectivas, al fin y al cabo no somos tan importantes como algunas veces podemos creer, ni sabemos, tanto como creemos.

                                        ¡Sí, la Galaxia está en Mente y, nuestra Mente, en la Galaxia!

La evolución del Universo que está prescrita por el paso del Tiempo (con la ayuda de la Entropía), es inexorable, y, nosotros, nuestras mentes, que son el ejemplo más claro de la evolución en su más alto grado de la materia, también evoluciona al mismo ritmo que el universo nos marca. De esa manera, el transcurrir de los siglos posibilitan la apertura mental de nuevas ideas y, el conocimiento del mundo, de la Naturaleza, se hace cada vez más patente para nosotros que, al final de toda esta historia, volveremos a fundirnos con todo, en el mismo lugar del que partimos: ¡Las estrellas! allí está nuestro origen y, algo me dice que volveremos a él.

¿Será cuando llegue Andrómeda y le de el beso de amor a la Vía Láctea? La Galaxia Andrómeda se acerca a nosotros a una velocidad escalofriante de 500 Km/s., es tanta la distancia que de ella nos separa (2,3 años-luz) que, tardará 3.000 millones de años en fundirse con la Vía Láctea y, para entonces, quién podrá estar aquí?

emilio silvera

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Condiciones iniciales en la Vida

  No es que el Universo sea más de lo que imaginas, es que siempre será mucho más de lo que puedas imaginar. Su inmensidad, los sucesos que hemos podido desvelar, las transformaciones de objetos que viven miles de millones de años y, al final de sus “vidas”, se convierten en otra cosa distinta a la que fue, y, podríamos seguir enumerando asombrosos escenarios que, como el de las distancias que nos separan de las estrellas y de otros mundos… ¡No podemos llegar a comprender!

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.

En la Teoría de cuerdas se presume de que subyace una Teoría Cuántica de la Gravedad

Cuando los físicos tratan de hermanar las dos teorías… ¡Aquello echa chispas! Y, aunque el problema esté muy bien planteado, las respuestas son un galimatías y aparecen los dichosos infinitos que no se dejan renormalizar. La Mecánica cuántica y la Gravedad no parecen llevarse nada bien y, de esa manera, la fuerza que mantiene unidos los planetas en el Sistema solar, las estrellas en las galaxias y las galaxias en los cúmulos… ¡recorre solitaria el universo!

Claro que, los cien mil millones de neuronas que tenemos en el cerebro (tantas como estrellas en la Vía Láctea), no dejan de generar nuevas ideas que van a la búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad, es decir, una teoría en la que puedan convivir todas las fuerzas. Parece que dicha teoría subyace en la no comprobada teoría de cuerdas que, como algunos dicen, es una teoría del futuro para la que no disponemos de los medios necesarios que permita su comprobación empírica, es decir, para verificar dicha avanzada teoría se necesita la energía de Planck (10¹⁹ GeV), y, esa energía, ni en algunas generaciones futuras la podremos obtener.

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!

Miramos hacia el “infinito” que está presente en lo muy pequeño y en lo muy grande, para tratar de comprender. Hemos inventado telescopios y miscroscopios, aceleradores de partículas y otros ingenios como los espectrómetros de masa que nos han permitido desvelar secretos profundamente escondidos en la Naturaleza.

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.

Esta ecuación representa la constante de estructura fina

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, la cibernética, la Inteligencia artificial… En aproximadamente un siglo y medio, se ha pasado de la más absoluta oscuridad a una claridad, no cegadora aún, pero sí deslumbrante. 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. 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 mayors alguna vez? Tenemos que pensar a lo grande, en el conjunto universal y dejarnos de parroquialismos locales, 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. No siempre lo consigo. Por ejemplo, expliquemos el magnetismo.

                            Magnetismo

Estamos a salvo gracias a el que, al formar ese escudo protector nos salva de las ráfagas mortales de radiación que llegan al planeta.

Grupo de fenómenos asociados a los campos magnéticos. Siempre que una corriente eléctrica fluye, se produce un campo magnético; como el movimiento orbital de un electrón y el espín de los electrones atómicos son equivalentes a pequeños circuitos de corriente, los átomos individuales crean campos magnéticos a su alrededor cuando los electrones orbitales tienen un momento magnético neto como resultado de su momento angular. El momento angular de un átomo es el vector suma de los momentos magnéticos de los movimientos orbitales y de los espines de todos los electrones en el átomo.

Las propiedades magnéticas macroscópicas de una sustancia tienen su origen en los momentos magnéticos de sus átomos o moléculas constituyentes. Diferentes materiales poseen distintas características en un campo magnético aplicado; hay cuatro tipos de comportamientos magnéticos.

a)          En diamagnetismo, la magnetización está en la dirección opuesta a la del campo aplicado, es decir, la susceptibilidad es negativa. Aunque todas las sustancias son diamagnéticas, es una forma débil de magnetismo que puede ser enmascarada por otras formas más fuertes. Tiene su origen en los cambios introducidos por los campos aplicados en las órbitas de los electrones de una sustancia, siendo la dirección del cambio opuesta a la del flujo aplicado (de acuerdo con ley de Lenz).

Existe, por tanto, una débil susceptibilidad negativa (del orden de -10^{-8 m3} mol^-1) y una permeabilidad relativa ligeramente menor que 1.

b)           En paramagnetismo, los átomos o moléculas de la sustancia tienen momentos magnéticos orbitales o espín que son capaces de estar alineados en la dirección del campo aplicado. Éstos, por tanto, tienen una susceptibilidad positiva (aunque pequeña) y una permeabilidad relativa ligeramente mayor que 1.

El paramagnetismo aparece en todos los átomos y moléculas con electrones desapareados; es decir, átomos libres, radicales libres y compuestos de metales de transición que contienen iones con capas de electrones no llenas.

También ocurre en metales como resultado de momentos magnéticos asociados a los espines de los electrones de conducción.

c)          En sustancias ferromagnéticas, dentro de un cierto rango de temperaturas, hay momentos magnéticos atómicos netos, que se alinean de forma que la magnetización persiste después de eliminar el campo aplicado.

Por debajo de una cierta temperatura llamada punto de Curie (o temperatura de Curie), un campo magnético en aumento aplicado a una sustancia ferromagnética causará una magnetización creciente hasta un valor máximo, llamado magnetización de saturación. Esto es debido a que una sustancia ferromagnética está constituida por pequeñas regiones magnetizadas (1 – 0’1 mm de ancho) llamadas dominios.

El momento magnético total de la muestra de sustancia es el vector suma de los momentos magnéticos de los dominios constituyentes. Dentro de cada dominio, los momentos magnéticos atómicos individuales se alinean espontáneamente por fuerzas de intercambio, que dependen de si los espines de los electrones atómicos son paralelos o antiparalelos.

Sin embargo, en un trozo no magnetizado de material ferromagnético, los momentos magnéticos de los dominios no están alineados; cuando un campo externo es aplicado, esos dominios que están alineados con el campo aumentan de tamaño a expensas de otros.

En un campo muy intenso, todos los dominios se alinean en la dirección del campo y producen la alta magnetización observada. El hierro, el níquel, el cobalto y sus aleaciones son ferromagnéticos. Por encima del punto de Curie, los materiales ferromagnéticos se vuelven paramagnéticos.

Este gráfico muestra la precisión atómica del antiferromagnético a escala atómica con la punta de un microscopio de efecto túnel. Los átomos de hierro se colocan sobre una superficie de nitruro de cobre y obligado por dos átomos de nitrógeno (barras azules) en un arreglo regular separados por un átomo de cobre (amarillo).

d)          Algunos metales, aleaciones y sales elementales de transición, muestran otro tipo de magnetismo llamado antiferromagnetismo. Esto ocurre por debajo de cierta temperatura, llamada temperatura de Néel, a la cual se forma espontáneamente una red ordenada de momentos magnéticos atómicos en la que momentos alternos tienen direcciones opuestas. No hay, por tanto, momento magnético resultante en ausencia de un campo aplicado.

En el fluoruro de manganeso, por ejemplo, esta disposición antiparalela ocurre por debajo de una temperatura de Néel de 72 K. Por debajo de esta temperatura, el ordenamiento espontáneo se opone a la tendencia normal de los momentos magnéticos de alinearse con el campo aplicado. Por encima de la temperatura de Néel, la sustancia es paramagnética.

Una forma especial de antiferromagnetismo es el ferrimagnetismo, un tipo de magnetismo mostrado por las ferritas. En estos materiales, o bien los momentos magnéticos de los iones adyacentes son antiparalelos y de intensidad desigual, o bien el número de momentos magnéticos en una dirección es mayor que el número de los que hay en la dirección opuesta.

Mediante una adecuada elección de los iones de tierras raras en las redes de ferrita es posible diseñar sustancias ferrimagnéticas con magnetizaciones específicas para su uso en componentes electrónicos.

Si nos queremos referir al geomagnetismo, estaremos hablando de la ciencia que estudia el campo magnético terrestre.

Si una barra de imán es suspendida en cualquier punto de la superficie terrestre, de forma que se pueda mover libremente en todos sus planos, el polo norte del imán apuntará en una dirección aproximadamente al norte. El ángulo (D) entre la dirección horizontal a la que apunta y el meridiano geográfico en ese punto se llama declinación magnética. Se toma positiva al este del norte geográfico y negativa al oeste. La aguja no estará horizontal salvo en el ecuador magnético. En todos los demás lugares formará un ángulo (/) con la horizontal, llamado inclinación magnética.

En todos los polos magnéticos / = 90º (+90º en el polo norte y -90º en el polo sur), y la aguja será vertical.

Las posiciones de los polos, que varían con el tiempo, eran en los años setenta aproximadamente 76, 1º N, 100º W (N) y 65, 8º S, 139º E (S). El vector intensidad (F) del campo geomagnético se determina por I, D y F, donde F es la intensidad magnética local del campo medida en gauss o teslas (1 gauss = 10^-4 teslas). F, I y D, junto con las componentes verticales y horizontales de F y sus componentes norte y este, son llamados los elementos magnéticos.

Esta explicación del geomagnetismo podría ser más larga y completa, con muchos más datos técnicos y matemáticos, sin embargo, ¿a quién le gustaría? A eso me refería antes cuando decía “…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 sin prestar atención al orador

Si a continuación pongo un ejemplo práctico y explico el magnetismo de manera muy técnica y completa, que seguramente no sea del interés del lector de ciencia no iniciado. Éste no quiere estas complejidades que, por muy perfectas que puedan resultar técnicamente hablando, siempre les resultarán aburridas, tediosas, y lo que es peor, incomprensibles.

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 tratándo. Y, en Física, amigos míos, casi todo lo que te enciuentras 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 querámos 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.

         Aquí tenemos un ejemplo de lo que digo, la Naturaleza se repite

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 produción 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!

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 aleta 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 ciencuenta 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 mecánmica cuántica y relatividad general pero… ¿Y mañana? ¿Seguiremos siendo la especie dominante?

             Yo no estaría tan seguro de eso. El mañana es incierto… Pero no tanto

La Tierra con sus especies de vida seguirá su camino adelante, siempre hacia el futuro incierto y desconocido que dependerá de ¡tántas 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 estan exparcidos 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.

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 ingerencias 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