¿Filosofía? ¡Buscando la verdad del mundo!

 

Pero veamos si la imaginación es más rápida que la luz.

Satélite Gravity Probe B. Dedicado a medir la curvatura del campo gravitatorio terrestre debido a la teoría de la relatividad de Einstein. La gravedad ha sido medida y comprobada de muchas maneras pero… ¡Gravedad cuántica! ¿qué es eso? La imaginación anda más rápida que los conocimientos. Sin embargo, así hemos ido avanzando en el transcurrir del Tiempo. Hace algunos miles de años algunos imaginaron la existencia del átomo y de los elementos y, ya sabéis lo que de esas cuestiones sabemos hoy.

La llamada gravedad cuántica trata de fundir en una sola las dos teorías físicas más soberbias con las que contamos, la relatividad general y la mecánica cuántica, que en el estado actual de nuestro conocimiento parecen incompatibles. Su estudio, ahora mismo, es en algunos aspectos análogo a la física de hace cien años, cuando se creía en los átomos, pero se ignaraban los detalles de su estructura.

Desde aquel día en que Kaluza, le escribió a Einstein una carta con su teoría de las cinco dimensiones, en la que unía la Gravedad con el Electromagnetismo, la puerta de las dimensiones más altas quedó abierta y a los teóricos se les regaló una herramienta maravillosa: el hiperespacio; todo es posible. Hasta el matrimonio de la relatividad general y la mecánica cuántica, allí sí es posible encontrar esa soñada teoría de la gravedad cuántica.

Así que las teorías se han embarcado a la búsqueda de un objeto audaz: buscan una teoría que describa la simplicidad primigenia que reinaba en el intenso calor del universo en sus primeros tiempos; una teoría carente de parámetros, donde estén presentes todas las respuestas. Todo debe ser contestado a partir de una ecuación básica.

 

Claro que saber, lo que el universo es, leyendo una ecuación, por muy ingeniosa que ésta sea y por mucho que la misma pueda abarcar… Parece poco probable. ¿Dónde radica el problema? El problema está en que la única teoría candidata no tiene conexión directa con el mundo de la observación, o no lo tiene todavía si queremos expresarnos con propiedad. La energía necesaria para ello, no la tiene ni el nuevo acelerador de partículas LHC, la máquina más potente del mundo hasta el momento.

La verdad es que la teoría que ahora tenemos, el modelo estándar, concuerda de manera exacta con todos los datos a bajas energías y contesta cosas sin sentido a altas energías. ¡Necesitamos algo más avanzado!

 

 

A pesar de su grandeza, se queda corto para que nos pueda decir, lo que necesitamos saber: Si nos habló del Bosón de Higgs, por el momento no está nada mal, y, ahora, en su nueva etapa, seguramente nos dará alguna sorpresa y nos puede desvelar algún que otro secreto de la materia, del universo que presentimos y no podemos ver.

Se dijo  que la función de la partícula de Higgs era la de dar masa a las partículas que carecen de ella, disfrazando así la verdadera simetría del mundo. Cuando su autor lanzó la idea a la comunidad científica, resultó además de nueva, muy extraña. El secreto de todo radica en conseguir la simplicidad: el átomo resultó ser complejo, lleno de esas infinitesimales partículas electromagnéticas que bautizamos con el nombre de electrones, y, el núcleo, una parte entre cien mil del total del átomo, resultó ser de una complejidad asombrosa. Allí los nucleones (protones y neutrones) resultaron estar hechos por tripletes de Quarks que, confinados por la fuerza nuclear fuerte, eran rtenidos por los Gluones, los Bosones transmisores de esa fuerza de la naturaleza.  Así que un núcleo que contenía, a pesar de ser tan pequeño, casi toda la masa del átomo, cuando fue descubierto en todo su contenido, fue motivo de un gran asombro entre la comunidad científica. El núcleo, tan pequeño, estaba compuesto de otros objetos más pequeños aún; los quarks que estaban instalados en nubes de otras partículas llamadas gluones, y ahora queremos continuar profundizando, sospechando que después de los quarks puede haber algo más.

 

Nos dicen que existen lugares que llaman los Océanos de Higgs, y, por ellos, circula libremente el dichoso Bosón que, también según nos dicen, proporciona la masa al resto de las partículas. Todo el Universo está permeado por esa especie de sustancia -como el viejo éter- que los griegos llamaban Ilem cósmico y que, a medida que el tiempo avanza, le vamos cambiando el nombre. Pues bien, ahí, en ese “océano” dicen que está el Bosón dador de masas que según parece, descubrieron hace un par de años.

Bueno, la idea nueva que surgió es que el espacio entero contiene un campo, el campo de Higgs, que impregna el vacío y es el mismo en todas partes, es decir, que si miramos a las estrellas en una noche clara, estamos mirando el campo de Higgs. Las partículas influidas por este campo toman masa. Esto no es por sí mismo destacable, pues las partículas pueden tomar energía de los campos (gauge) de los que hemos comentado otras veces, tales como: del campo gravitatorio o del electromagnético.

 

 

Si llevamos un bloque de plomo a lo alto de la Torre Eiffel, el bloque adquirirá energía potencial a causa de la alteración de su posición en el campo gravitatorio de la Tierra. Como E = mc², ese aumento de la energía potencial equivale a un aumento de la masa, en este caso la masa del sistema Tierra-bloque de plomo. Aquí hemos de añadirle amablemente un poco de complejidad a la venerable ecuación de Einstein: la masa, m, tiene en realidad dos partes; una es la masa en reposo, m₀, la que se mide en el laboratorio cuando la partícula está en reposo. La partícula adquiere la otra parte de la masa en virtud de su movimiento (como los protones en el acelerador de partículas, o los muones, que aumentan varias veces su masa cuando son lanzados a velocidades cercanas a c) en los aceleradores, o en virtud de su energía potencial de campo. Vemos una dinámica similar en los núcleos atómicos. Por ejemplo, si separamos el protón y el neutrón que componen un núcleo de deuterio, la suma de las masas aumenta.

 

 

Pero la energía potencial tomada del campo de Higgs difiere en varios aspectos de la acción de los campos familiares. La masa tomada de Higgs es en realidad masa en reposo. De hecho, en la que quizá sea la versión más apasionante de la teoría del campo de Higgs, éste genera toda la masa en reposo. Otra diferencia es que la cantidad de masa que se traga del campo es distinta para las distintas partículas. Los teóricos dicen que las masas de las partículas de nuestro modelo estándar miden con qué intensidad se acoplan estas al campo de Higgs cuando interaccionan con él.

La influencia de Higgs en las masas de los quarks y de los leptones nos recuerda el descubrimiento por Pieter Zeeman, en 1.896, de la división de los niveles de energía de un electrón cuando se aplica un campo magnético al átomo. El campo (que representa metafóricamente el papel de Higgs) rompe la simetría del espacio de la que el electrón disfrutaba.

 

 

Hasta ahora no tenemos ni idea de qué reglas controlan los incrementos de masa generados por Higgs (de ahí la expectación creada -en su momento- por el nuevo acelerador de partículas LHC), pero el problema es irritante: ¿por qué sólo esas masas ­­- las masas de los W⁺, W^–, Z⁰, y el up, down, encanto, extraño, top y bottom, así como los leptones – que no forman ningún patrón obvio?

Las masas van desde la del electrón (0’0005 GeV) a la del top, que tiene que ser mayor que 91 GeV. Deberíamos recordar que esta extraña idea (el Higgs) se empleó con mucho éxito para formular la teoría electrodébil (Weinberg-Salam). Allí se propuso el campo de Higgs como una forma de ocultar la unidad de las fuerzas electromagnética y débil. En la unidad hay cuatro partículas mensajeras sin masa – los W⁺, W^–, Z⁰ y el fotón – que llevan la fuerza electrodébil. Además está el campo de Higgs, y rápidamente, los W y Z absorben la esencia de Higgs y se hacen pesados; el fotón permanece intacto. La fuerza electrodébil se fragmenta en la débil (débil porque los mensajeros son muy gordos), y la electromagnética, cuyas propiedades determina el fotón, carente de masa. La simetría se rompe espontáneamente, dicen las teorías. Prefiero la descripción según la cual el Higgs oculta la simetría con su poder dador de masa.

 

 

“En la actualidad, prácticamente todos los fenómenos subatómicos conocidos son explicados mediante el modelo estándar, una teoría ampliamente aceptada sobre las partículas elementales y las fuerzas entre ellas. Sin embargo, en la década de 1960, cuando dicho modelo aún se estaba desarrollando, se observaba una contradicción aparente entre dos fenómenos. Por un lado, la fuerza nuclear débil entre partículas subatómicas podía explicarse mediante leyes similares a las del electromagnetismo (en su versión cuántica). Dichas leyes implican que las partículas que actúen como intermediarias de la interacción, como el fotón en el caso del electromagnetismo y las partículas W y Z en el caso de la fuerza débil, deben ser no masivas. Sin embargo, sobre la base de los datos experimentales, los bosones W y Z, que entonces sólo eran una hipótesis, debían ser masivos.

En 1964, tres grupos de físicos publicaron de manera independiente una solución a este problema, que reconciliaba dichas leyes con la presencia de la masa. Esta solución, denominada posteriormente mecanismo de Higgs, explica la masa como el resultado de la interacción de las partículas con un campo que permea el vacío, denominado campo de Higgs. El modelo estándar quedó finalmente constituido haciendo uso de este mecanismo.”

 

Tampoco el Higgs es una partícula especial porque sea una excitación del del campo de Higgs que nos permita explorar sus propiedades, porque en las teorías sin Higgs o con Higgs compuesto también hay excitaciones del vacío que nos permiten explorar el campo.” Eso nos dicen en el magnifico Blog de Francis (th)E mule Science’s News.

Partícula	Símbolo	Masa (en GeV/c2)	Carga eléctrica	Espín	Interacción
Fotón		0	0	1	electromagnética
Bosón W	W±	80,4	± 1	1	débil
Bosón Z	Z0	91,187	0	1	débil
Gluón	g	0	0	1	fuerte

Las masas de los W y Z se predijeron con éxito a partir de los parámetros de la teoría electrodébil, y las relajadas sonrisas de los físicos teóricos nos recuerdan que Hooft y Veltman dejaron sentado que la teoría entera está libre de infinitos.

Todos los intentos y los esfuerzos por hallar una pista de cuál era el origen de la masa fallaron. Feynman escribió su famosa pregunta: “¿por qué pesa el muón?”. Ahora, por lo menos, tenemos una respuesta parcial, en absoluto completa. Una voz potente y segura nos dice “¡Higgs!”. Durante más de sesenta años los físicos experimentadores se rompieron la cabeza con el origen de la masa, y ahora el campo de Higgs presenta el problema en un contexto nuevo; no se trata sólo del muón. Proporciona, por lo menos, una fuente común para todas las masas. La nueva pregunta feynmaniana podría ser: ¿cómo determina el campo de Higgs la secuencia de masas, aparentemente sin patrón, que da a las partículas de la materia?

La variación de la masa con el estado de movimiento, el cambio de masa con la configuración del sistema y el que algunas partículas (el fotón seguramente, y los neutrinos posiblemente) tengan masa en reposo nula son tres hechos que ponen en entredicho que el concepto de masa sea un atributo fundamental de la materia. Habrá que recordar aquel cálculo de la masa que daba infinito y nunca pudimos resolver; los físicos sólo se deshicieron de él “renormalizándolo”, ese truco matemático que empleam cuando no saben hacerlo bien.

                                  ¿Sabremos alguna vez cómo adquieren masa las partículas?

Ese es el problema de trasfondo con el que tenemos que encarar el problema de los quarks, los leptones y los vehículos de las fuerzas, que se diferencian por sus masas. Hace que la historia de Higgs se tenga en pie: la masa no es una propiedad intrínseca de las partículas, sino una propiedad adquirida por la interacción de las partículas y su entorno.

La idea de que la masa no es intrínseca como la carga o el espín resulta aún más plausible por la idílica idea de que todos los quarks y fotones tendrían masa cero. En ese caso, obedecerían a una simetría satisfactoria, la quiral, en la que los espines estarían asociados para siempre con su dirección de movimiento. Pero ese idilio queda oculto por el fenómeno de Higgs.

 

 

Una cosa más; hemos hablado de los bosones gauge y de su espín de una unidad. Hemos comentado también las partículas fermiónicas de la materia (espín de media unidad). ¿Cuál es el pelaje de Higgs? Es un bosón de espín cero. El espín supone una direccionalidad en el espacio, pero el campo de Higgs da masa a los objetos donde quiera que estén y sin direccionalidad. Al Higgs se le llama a veces “bosón escalar” (sin dirección) por esa razón.

La interacción débil, recordaréis, fue inventada por E. Fermi para describir la desintegración radiactiva de los núcleos, que era básicamente un fenómeno de poca energía, y a medida que la teoría de Fermi se desarrolló, llegó a ser muy precisa a la hora de predecir un enorme número de procesos en el dominio de energía de los 100 MeV. Así que ahora, con las nuevas tecnologías y energías del LHC, las esperanzas son enormes para, por fin, encontrar nuevas partículas que puedan despejar algunos interrogantes.

 

Recuerdo cuando andaban a la caza del Bosón de Higgs y decían “Pero todavía hay que responder montones de preguntas: ¿cuáles son las propiedades de las partículas de Higgs? y, lo que es más importante, ¿cuál es su masa? (Bueno, parece que, en el último experimento apareció se localizó un bosón con ~125 GeV que, según parece, podría ser el esquivo Hihhs)¿Cómo reconoceremos una si nos la encontramos en una colisión del LHC? ¿Cuántos tipos hay? ¿Genera el Higgs todas las masas o sólo las hace incrementarse? ¿Cómo podemos saber más al respecto? Cómo es su partícula, nos cabe esperar que la veremos ahora después de gastar más de 50.000 millones de euros en los elementos necesarios para ello.”

También a los cosmólogos les fascina la idea de Higgs, pues casi se dieron de bruces con la necesidad de tener campos escalares que participasen en el complejo proceso de la expansión del universo, añadiendo pues, un peso más a la carga que ha de soportar el Higgs.

El campo de Higgs, tal como se lo concibe ahora, se puede destruir con una energía grande, o temperaturas altas. Éstas generan fluctuaciones cuánticas que neutralizan el campo de Higgs. Por lo tanto, el cuado que las partículas y la cosmología pintan juntas de un universo primitivo puro y de resplandeciente simetría es demasiado caliente para Higgs. Pero cuando la temperatura cae bajo los 10^-5 grados Kelvin o 100 GeV, el Higgs empieza a actuar y hace su generación de masas. Así, por ejemplo, antes del Higgs teníamos unos W, Z y fotones sin masa y la fuerza electrodébil unificada.

 

                          No, esto no es el Higgs, es, simplemente, una burbuja multicolor

El universo se expande y se enfría, y entonces viene el Higgs (que “engorda” los W y Z, y por alguna razón ignora el fotón) y de ello resulta que la simetría electrodébil se rompe. Tenemos entonces una interacción débil, transportada por los vehículos de la fuerza W⁺, W^–, Z⁰, y por otra parte una interacción electromagnética, llevada por los fotones. Es como si para algunas partículas del campo de Higgs fuera una especie de aceite pesado a través del que se moviera con dificultad y que les hiciera parecer que tienen mucha masa.  Para otras partículas, el Higgs es como el agua, y para otras, los fotones y quizá los neutrinos, es invisible.

De todas formas, es tanta la ignorancia que tenemos sobre el origen de la masa que nos agarramos como a un clavo ardiendo, en este caso, a la partícula de Higgs, que algunos han llegado a llamar “la partícula divina”. Lo mismo nos pasa con la dichosa “materia oscura” para ocultar lo que no sabemos sobre la expansión del Universo.

¡Ya veremos en qué termina todo esto!

 

Arriba tenemos nada más y nada menos que: a John Mather, Carlo Rubbia, Martinus Veltman, Gerardus ‘t Hooft at the Lindau Nobel Meetings 2010. Si científicos  como ellos no vienen a nuestro rescate, y nos sacan del atolladero en el que estamos inmerso y hasta el cuelo de ignorancia…¡Mal hirán las cosas!

Peter Higgs, de la Universidad de Edimburgo, introdujo la idea en la física de partículas. La utilizaron los teóricos Steven Weinberg y Abdus Salam, que trabajaban por separado, para comprender cómo se convertía la unificada y simétrica fuerza electrodébil, transmitida por una feliz familia de cuatro partículas mensajeras de masa nula, en dos fuerzas muy diferentes: la QED con un fotón carente de masa y la interacción débil con sus W⁺, W^– y Z⁰ de masa grande. Weinberg y Salam se apoyaron en los trabajos previos de Sheldon Glashow, quien, tras los pasos de Julian Schwinger, sabía sólo que había una teoría electrodébil unificada, coherente, pero no unió todos los detalles. Y estaban Jeffrey Goldstone y Martinus Veltman y Gerard’t Hooft. También hay otros a los que habría que mencionar, pero lo que siempre pasa, quedan en el olvido de manera injusta. Además, ¿cuántos teóricos hacen falta para encender una bombilla? La verdad es que, casi siempre, han hecho falta muchos. Recordemos el largo recorrido de los múltiples detalles sueltos y físicos que prepararon el terreno para que llegara Einstein y pudiera, uniéndolo todo, exponer su teoría relativista.

 

 

Lo cierto es que (al menos de momento), la materia y energía oscura, las supercuerdas, y el bosón de Higss, sí son la alfonbra que decía Veltman, aquel físico serío y Premio Nobel que, no confesaba con ciertas ruedas de molino. Él, quería hablar de cosas tamgibles y, tampoco le gustaban las partículas virtuales.

Sobre la idea de Peter Higgs, Veltman, uno de sus arquitectos, dice que es una alfombra bajo la que barremos nuestra ignorancia. Glashow es menos amable y lo llamó retrete donde echamos las incoherencias de nuestras teorías actuales. La objeción principal: que no tenemos la menor prueba experimental. Ahora, por fin, la tendremos con el LHC. El modelo estándar es lo bastante fuerte para decirnos que la partícula de Higgs de menor masa (podría haber muchas) debe “pesar” menor de 1 TeV, ¿por qué?; si tiene más de 1 TeV el modelo estándar se vuelve incoherente y tenemos la crisis de la unitariedad.

Después de todo esto, podríamos llegar a la conclusión de que el campo de Higgs, el modelo estándar y nuestra idea de cómo surgió el universo dependían de que se pudiera encontrar el bosón de Higgs

.Así, hace dos años, utilizando la energía de 7 TeV, por fin dijeron haber encontrado la partícula dadora de masa y, tendrían que explicar un poco más extensamente sus mecanismos y funciones para que, la gente sencilla, llegara a comprender cómo se produce ese “milagro” de que las partículas adquieran su masa al interaccionar con ese campo. El contertulio Ramón Márquez nos dice que es el “Efecto Frenado” el que produce el “milagro”, cuando las partículas deambulan por el campo de Higgs y se frenan con el roce adquiriendo la masa.

Emilio Silvera v.

El proceso mediante el cual la fuerza nuclear fuerte se congela es un ejemplo de un cambio de fase, similar en muchos aspectos a la congelación del agua. Cuando el agua se convierte en hielo, se expande; una botella de leche explotará si se deja en el exterior una noche fría del crudo invierno. No debería ser demasiado sorprendente que el universo se expanda del mismo modo al cambiar de fase.

Lo que sí sorprende es la enorme magnitud de la expansión. El tamaño del universo aumentó en un factor no menor de 10⁵⁰. Este número es tan inmenso que virtualmente no tiene significado para la mayoría de la gente. Y es lógico que así sea, ya que, si su altura aumentase de repetente en un factor tan grande como ése, se extendería de un extremo del universo al otro y les faltaría sitio. Incluso un solo protón de un solo átomo de su cuerpo, si sus dimensiones aumentaran en 10⁵⁰, sería mayor que el universo.

En 10^-35 segundos, el universo pasó de algo con un radio de curvatura mucho menor que la partícula elemental más pequeña a algo con el tamaño de una buena naranja. No es extraño que el nombre inflación esté ligado a este proceso en un cambio de fase tan descomunalmente inusual.

Todas estas ideas han dado lugar a que los científicos se planteen el problema de la clase de universo en el que vivimos, y, se ha llegado a la conclusión de que será el que determine la cantidad de materia que contenga, es decir, conforme lo determine Ω, signo que significa toda la masa que contiene el universo y que será la que determine su geometría final y también, qué clase de final le espera en función de ese parámetro que llamamos Densidad Crítica del Universo y que según las medidas más afinadas está en 10^-29 g/cm³.

Claro que cuando uno lee estas cosas y le dicen que el universo sufrío una expansión de tal magnitud, no se puede sustraer a la pregunta: ¿No violaría un crecimiento tan rápido las reglas de Einstein contra viajar más rápido que la luz? Si un cuerpo material viajó de un extremo de una naranja al otro en 10^-35 segundos, su velocidad excedió la de la luz en una cantidad muy considerable.

Claro que la respuesta a tal objeción la podemos encontrar, de manera simple y sencilla, en un globo que tiene dibujadas algunas galaxias. A medida que le añadimos aire y el globo se hincha (se expande), podemos apreciar cómo las galaxias se van separando las unas de las otras. Sin embargo, no son las galaxias las que viajan velozmente a medida que el aire entra en el globo, sino que es, el espacio mismo dentro del globlo el que se infla haciendo que las galaxias se muevan y dando la sensación de que son éstas las que corren, cuando, en realidad, es el espacio el que se está expandiendo. Ningún cuerpo material, ninguna de las galaxias se mueve a altas velocidades en el espacio. Las reglas contra el viaje a velocidad mayor que la luz sólo se aplica al movimiento dentro del espacio, no al movimiento del espacio mismo. Así que, nunca se ha violado la regla impuesta por la relatividad especial y la velocidad de la luz es una constante del universo inviolable.

La consecuencia de la ráoida expansión se puede describir mejor con referencia a la visión einsteniana de la gravitación. Antes de que el universo tiuviera 10^-35 segundos de edad, es de suponer que había algún tipo de distribución de la materia (su forma precisa no importa). A causa de esta materia, el espacio-tiempo tendrá alguna forma característica. Podríamos suponer que estaba algo arrugado o banboleado, es decir, no era uniforme y en presencia de materia se curvaba en función de la masa allí presente. Pero llegó la inflación y comenzó una especie de estiramiento del espacio-tiempo que dejó al universo como lo podemos ver hoy, es decir, según la materia que parece que contiene, es casi perfectamente plano por lo general.

 

Se ha tratado de medir la Densidad Crítica del Universo para poder saber en qué clase de universo estamos y, parece que es plano.

Universo cerrado

Si Ω>1, entonces la geometría del espacio sería cerrada como la superficie de una esfera. La suma de los ángulos de un triángulo exceden 180 grados y no habría líneas paralelas. Al final, todas las líneas se encontrarían. La geometría del universo es, al menos en una escala muy grande, elíptico.

En un universo cerrado carente del efecto repulsivo de la energía oscura, la gravedad acabará por detener la expansión del universo, después de lo que empezará a contraerse hasta que toda la materia en el universo se colapse en un punto. Entonces existirá una singularidad final llamada el Big Crunch, por analogía con el Big Bang. Sin embargo, si el universo tiene una gran suma de energía oscura (como sugieren los hallazgos recientes), entonces la expansión será grande.

 Universo abierto

Si Ω<1, la geometría del espacio es abierta, p.ej., negativamente curvada como la superficie de una silla de montar. Los ángulos de un triángulo suman menos de 180 grados (llamada primera fase) y las líneas paralelas no se encuentran nunca equidistantes, tienen un punto de menor distancia y otro de mayor. La geometría del universo sería hiperbólica.

Incluso sin energía oscura, un universo negativamente curvado se expandirá para siempre, con la gravedad apenas ralentizando la tasa de expansión. Con energía oscura, la expansión no sólo continúa sino que se acelera. El destino final de un universo abierto es, o la muerte térmica” o “Big Freeze” o “Big Rip”,  dónde la aceleración causada por la energía oscura terminará siendo tan fuerte que aplastará completamente los efectos de las fuerzas gravitacionales, electromagnéticas y los enlaces débiles.

   Universo plano

 

Si la densidad media del universo es exactamente igual a la densidad crítica tal que Ω=1, entonces la geometría del universo es plana: como en la geometría ecuclidiana,  la suma de los ángulos de un triángulo es 180 grados y las líneas paralelas nunca se encuentran.

Sin energía oscura, un universo plano se expande para siempre pero a una tasa continuamente desacelerada: la tasa de expansión se aproxima asintóticamentre a cero. Con energía oscura, la tasa de expansión del universo es inicialmente baja, debido al efecto de la gravedad, pero finalmente se incrementa. El destino final del universo es el mismo que en un universo abierto, la muerte caliente del universo, el “Big Freeze” o el “Big Rip”. En 2005, se propuso la teoría del destino del universo Fermión-Bosón,  proponiendo que gran parte del universo estaría finalmente ocupada por condensado de Bose-Einstein  y la quasipartícula análoga al fermión,  tal vez resultando una implosión. Muchos datos astrofísicos hasta la fecha son consistentes con un universo plano.

 

En un Universo abierto, la relatividad general predice que el Universo tendrá una existencia indefinida, pero con un estado donde la vida que se conoce no puede existir. Bajo este escenario, la energía oscura causa que las tasa de expansión del universo se acelere.  Llevándolo al extremo, una aceleración de la expansión eterna significa que toda la materia del Universo, empezando por las galaxias y eventualmente todas las formas de vida, no importa cuán pequeñas sean, se disgregarán en partículas elementales  desligadas. El estado final del Universo es una singularidad, ya que la tasa de expansión es infinita.

           El Big Crunch. El eje vertical se puede considerar como tiempo positivo o negativo

La teoría del Big Crunch es un punto de vista simétrico del destino final del Universo. Justo con el Big Bang empezó una expansión cosmológica, esta teoría postula que la densidad media del Universo es suficiente para parar su expansión y empezar la contracción. De ser así, se vería cómo las estrellas tienden a ultravioleta, por efecto Doppler.  El resultado final es desconocido; una simple extrapolación sería que toda la materia y el espacio-tiempo en el Universo se colapsaría en una singularidad espaciotemporal adimensional, pero a estas escalas se desconocen los efectos cuánticos necesarios para ser considerados -se aconseja mirar en Gravedad-Cuántica-..

Este escenario permite que el Big Bang esté precedido inmediatamente por el Big Crunch de un Universo precedente. Si esto ocurre repetidamente, se tiene un universo oscilante. El Universo podría consistir en una secuencia infinita de Universos finitos, cada Universo finito terminando con un Big Crunch que es también el Big Bang del siguiente Universo. Teóricamente, el Universo oscilante no podría reconciliarse con la segunda ley de la termodinámica:

 

 

la entropía aumentaría de oscilación en oscilación y causaría la muerte caliente. Otras medidas sugieren que el Universo no es cerrado. Estos argumentos indujeron a los cosmólogos a abandonar el modelo del Universo oscilante. Una idea similar es adoptada por el modelo cíclico, pero esta idea evade la muerte caliente porque de una expansión de branas se diluye la entropía acumulada en el ciclo anterior.

Como podéis comprobar por todo lo anteriormente leído, siempre estamos tratando de saber en qué universo estamos y pretendemos explicar lo que pudo pasar desde aquel primer momento que no hemos podido comprender de manera exacta y científicamente autosuficiente para que sea una ley inamovible del nacimiento del universo. Simplemente hemos creado modelos que se acercan de la mejor manera a lo que pudo ser y a lo que podría ser.

 

Cuando pasen algunos miles de millones de años más, no sabemos que será del Universo ni que rumbo habrán tomado las cosas, toda vez que, el Universo es dinámico y cambiante. Si todo sigue como ahora lo podemos contemplar, lo que parece es que vamos, sin remisión, hacia una muerte térmica del Universo en el que el espacio continuará expandiéndose y las galaxias se alejanran las unas de las otras hasta que, la entropía deje sin energía a todo el universo que, como sistema cerrado, se verá abocado a quedar estático, en el frío más profundo de los -273 ºC. Allí, entonces, nada se moverá, ni los átomos tendrán la posibilidad de que sus componentes se muevan.

Claro que, nada de todo lo anterior… ¡lo podemos asegurar!

 Parafraseando a Hilbert: ¡Tenemos que saber, y sabremos!

En la tumba de David Hilbert (1862-1943), en el cementerio de Gotinga (Alemania), dice:

 

                        “Debemos saber. Sabremos”.

 

Hilbert nos hacía su planteamiento que era obtener la respuesta a tres importantes preguntas:

1. ¿Son las matemáticas completas, es decir cualquier proposición puede ser probada o rechazada?
2. ¿Son las matemáticas consistentes, es decir no es posible demostrar algo falso?
3. ¿Son las matemáticas decidibles, es decir cualquier proposición se puede demostrar como cierta o falsa tras una secuencia finita de pasos?”

  Radiantes estrellas nuevas que brillan con la luz de la “juventud” en el azul ultravioleta de fotones

  ¡El Universo y la Vida!

 

Carl Sagan

 

Para saber más: “HIPERESPACIO”, de Michio Kaku,( 1996 CRÍTICA-Grijalbo Mondadori,S.A. Barcelona) profesor de física teórica en la City University de Nueva York. Es un especialista a nivel mundial en la física de las dimensiones superiores ( hiperespacio). Despide el libro con unas palabras preciosas:

”Algunas personas buscan un significado a la vida a través del beneficio, a través de las relaciones personales, o a través de experiencias propias. Sin embargo, creo que el estar bendecido con el intelecto para adivinar los últimos secretos de la naturaleza da significado suficiente a la vida”.

Desde que la Ciencia moderna puede recordar, la conjetura de un universo continuo ha sido una verdad más que evidente e irrefutable. La materia, la energía y también el espacio-tiempo han sido así considerados y, sin embargo, llegaron nuevos descubrimientos que nos llevaron a saber, que todo, en el universo está cuantizado y, andamos a la búsqueda de saber, si también lo está el espacio-tiempo.

Si nos trasladamos al ámbito de la mecánica cuántica, todo allí parece diferente y resulta estar cuantizado, la energía se emite en pequeños paquetes que se llaman cuantos y de ahí, el nombre de ésta teoría tan extraña que nos habla de lo que pasa en los pequeños ámbitos del universo.

Hay una combianción de c, G y h (las constantes universales que además dan los regímenes relativistas, gravitatorios y cuánticos) que tiene dimensiones de longitud. A esta longitud se la denomina longitud de Planck. Sin embargo, no es cierto que eso implique que el espacio-tiempo sea discreto en esencia, lo que implica es que no podemos medir distancias por debajo de esta longitud. Por lo tanto, no es que el espacio-tiempo sea discreto por la existencia de esta longitud de Planck.

Todos hemos repasado algunas veces, más o menos a fondo, la Teoría de la Relatividad General que nos dice que, las propiedades geométricas del espacio no son, ni están conformadas de una manera aleatoria, sino que, por el contrario, están sujetas y están condicionadas por la materia. Así, hablar de la estructura del Universo sin tener en cuenta esta premisa que nos lleva a considerar que, la geometría del universo viene dada por la materia que contiene, sería infundado y no ajustado a los conocimientos que actualmente tenemos. Hay que conocer el estado de la materia y las conformaciones -grandes y pequeñas estructuras que conforman en nuestro universo-, para saber de la geometría espacial.

Si la Gravedad es muy débil en una situación dada, las curvas del espacio-tiempo serán, también pequeñas en consonancia con dicha debilidad de la fuerza y, entonces, la RG deberá incluir a la RE como una aproximación de primer orden, como un caso especial en el cual la RG debe reducirse a la formulación matemática de un espacio-tiempo plano, es decir, deben reducirse a las trasformaciones de Lorentz.

Cualquier sistema de geometría que no está basado en el postulado paralelo de Euclides, que dice que una línea y sólo una línea se puede trazar a través de un punto fuera de una línea dada, paralela a esa línea. La geometría Euclidiana trata de la geometría de nuestro mundo diario. El postulado paralelo de Euclídes parece intuitivamente claro, pero nadie ha sido capaz de demostrarlo. Si sustituimos el postulado paralelo de Euclides con el supuesto que existe más de una línea paralela a una línea dada a través de un punto dado, tenemos una geometría no Euclidiana llamada geometría hiperbólica. Si asumimos que no existen líneas paralelas, tenemos una geometría no Euclidiana llamada geometría elíptica.

Queremos saber como el Universo es, y, para ello, aunque tenemos la Relatividad General que nos dice que en presencia de grandes masas el Universo se curva y su geometría se ve sometida a dicha presencia, a pesar de ello, no dejamos de buscar y queremos saber si, eso que los cosmólogos llaman Omega Negro -la cantidad de materia que existe en el Universo- nos dice, de una vez por todas si estamos en un universo plano, abierto o cerrado.

Cabría imaginar que nuestro mundo se comporta en el espacio geométrico como una superficie que está irregularmente curvada pero que en ningún punto se aparta significativamente de un plano, lo mismo que ocurre, por ejemplo, con la superficie de un lago rizado por las débiles ondas que crean el suave viento. A un mundo de esta especie podríamos llamarlo con toda propiedad cuasi-euclidiano, y sería espacialmente infinito. Los cálculos indican, sin embargo que, la densidad media de materia tendría que ser nula y, no es ese, precisamente el caso de nuestro mundo en el que la materia, está por todas partes y, lo queramos o no, genera gravedad y genera curvatura que se dejan sentir, en nosotros mismos, en la Luna y en todos los cuerpos que nos circundan.

De la misma manera que en presencia de grandes masas y debido a la fuerza de Gravedad que generan, es afectada la malla espacio-temporal, de la misma manera digo, también se ha podido comprobar que, la luz, aparentemente sin masa, también es curvada cuando pasa cerca de un estrella.

Ya Hawking había hablado de la la incidencia que la gravedad podría tener en la propagación de la luz, Su primera explicación ni a él mismo dejo satisfecho y, finalmente, tuvo que admitir que los rayos de luz que pasaban cerca de un cuerpo masivo, como una estrella, serían desviados por el campo gravitatoria que esta genera. Es decir, lo mismo que decía Einstein en su RG.

Como se está a la búsqueda de la Teoría Cuántica de la Gravedad, una de las preguntas más comunes es: ¿Desempeñan los campos gravitatorios un papel esencial en la estructura de las partículas elementales de la materia?

Realmente, consideradas de manera individuales, las partículas más o menos elementales e incluso los átomos, tienen una incidencia ínfima de la gravedad, ya que, las pequeñas masas que las conforman -infinitesimales- son tan insignificantes a a nivel individual que la Gravedad casi podría ser despreciada. De hecho, cuando llegamos a los ámbitos cuánticos, la Gravedad, hace mutis por el foro y, sólo se consideran parámetros electromagnéticos y de fuerzas nucleares fuerte y débil que sí, inciden, de lleno y con mucha potencia en esos pequeños objetos.

Está claro que ni la teoría Newtoniana ni tampoco la Relativista de la gravitación han llevado hasta ahora a ningún avance en la teoría de la constitución de la materia y, sin embargo, se piensa que, las formaciones elementales que van a constituir los átomos se mantienen unidas por fuerzas gravitatorias que, aún no hemos podido medir por no tener la tecnología necesaria para ello.

El avance proporciona evidencia para apoyar una idea polémica, llamada la generación de múltiples excitón (MEG), que es la teoría de que es posible que un electrón que ha absorbido la energía de la luz, llamado un excitón, puede transferir esa energía a más de un electrón, consiguiendo más electricidad con la misma cantidad de luz absorbida.

Los puntos cuánticos son átomos artificiales que los electrones se limitan a un espacio pequeño. Ellos tienen un comportamiento atómico como que da lugar a inusuales propiedades electrónicas a nano-escala. Estas propiedades únicas pueden ser particularmente valiosos en la adaptación de la forma en la luz interactúa con la materia.

 ¡Agujeros Negros! Esos monstruos del Universo

   

¿Cuál es el antecesor común de todas las formas de vida? Los científicos creen que el origen de toda la vida terrestre surgió una sola vez, en forma de un primitivo microbio. Lo han bautizado como LUCA.

Ésta es sin duda una incógnita de gran importancia, ya que dentro de este esquema se forma el tronco común, de donde emergieron los organismos superiores primitivos (eucariontes), las bacterias y las arqueobacterias.

La capa rígida y más externa de la Tierra, que comprende la corteza y el manto superior, es llamada litosfera.  La corteza oceánica contiene un 0,147% de la masa de la corteza terrestre.  La mayor parte de la corteza terrestre fue creada a través de actividad volcánica.  El sistema de cordilleras oceánicas, una red de 40.000 kilómetros de volcanes (25.000 millas), genera nueva corteza oceánica a un ritmo de 17 km3 por año, cubriendo el suelo oceánico con basalto.  Hawai e Islandia son dos ejemplos de la acumulación de material basáltico.

En alguna etapa, quizá hace 3.800 millones de años se alcanzó la primera gran división evolutiva, cuando un grupo de microbios se encontraron repentinamente aislados de su hábitat caliente y acogedor debido a alguna catástrofe geológica, como un terremoto o una gran erupción volcánica.

 

 

Aquel grupo, aislado de la colonia principal, y encerrados en una región más fría, hizo que los microbios se quedaran en estado latente o simplemente murieron, pues sus membranas eran demasiado rígidas a estas temperaturas inferiores para que su metabolismo pudiera funcionar. Sin embargo, un mutante feliz, que accidentalmente tenía una membrana más flexible, sobrevivió y se multiplicó. Al hacer la transición a condiciones más frías, el microbio mutante allanó el camino para acceder a la superficie inhabitada del planeta. Mientras tanto, para los miembros de la colonia original, confinada confortablemente en el reino subterráneo, la vida ha continuado prácticamente igual hasta nuestros días.

La Vida, se cree que fue evolucionando a partir de simples células unicelulares

Un primer desarrollo clave fue un cambio que hicieron algunos organismos de las sustancias químicas a la luz como fuente de energía, y por entonces la vida debió de extenderse hasta la superficie. Probablemente, el primero de tales “fotótrofos” no utilizaba la moderna fotosíntesis de clorofila, sino algún proceso más elemental. Algunas arqueobacterias del Mar Muerto siguen utilizando una forma más bien primitiva de fotosíntesis basada en una sustancia roja relacionada con la vitamina A. La captura de la luz solar comenzó en serio con las bacterias, que descubrieron una forma de arrancar electrones de minerales, potenciarlos con fotones solares y utilizar la energía almacenada para fabricar material orgánico.

 

 

En las profundidades abisales del océano, las bacterias usan hidrógeno y producen materia orgánica. En aquellas profundidades abisales surgieron formas de vida de increíbles conformación.

Un refinamiento posterior los liberó de la dependencia de minerales, permitiendo a las bacterias arrancar electrones del agua y liberar oxígeno en consecuencia. El componente crucial en este ingenioso proceso era la clorofila, la sustancia que da el color verde a las plantas. Puesto que sólo se necesitaba agua, dióxido de carbono y luz, estaba abierto el camino el verdor del planeta.

Todavía queda por responder cómo y aparecieron  los tres grandes dominios: arqueobacterias, bacterias y eucarias. Parece probable que la gran división en el árbol de la vida arqueobacterias y bacterias tuvo lugar antes de la invención de la fotosíntesis, quizá tan temprano como hace 3.900  o  4.000  millones de años, bien entrada la era del bombardeo intenso.

La evidencia apunta a que las arqueobacterias sean los organismos más viejos y más primitivos, y que las bacterias aparecieron algo más tarde. Tan profunda era la división entre las arqueobacterias y las bacterias que ellas no han sido nunca rivales; siguen ocupando nichos diferentes después de varios miles de millones de de evolución.

 

Finalmente, la profunda escisión que produjo el dominio de las eucarias ocurrió probablemente cuando las condiciones eran algo más frías. Por alguna razón, quizá por estar expuestas a los desafíos de un entorno menos estable, las eucarias de temperatura más baja se desarrollaron a un ritmo mucho más rápido.

El posterios florecimiento de la vida, su diversificación en muchas especies, y el enorme aumento de la complejidad biológica derivan  directamente de la ramificación de las eucarias en el árbol de la vida. Sin este paso trascendental, es poco probable que nosotros -o cualesquiera otros seres sintientes- existiéramos hoy en la Tierra para poder reflexionar sobre el significado de la vida en la Tierra desde sus comienzos hasta el momento presente.

 

 

Mas tarde, en 1969, Robert Whuttaker propone una clasificación de los seres vivos en cinco reinos, en la que incorpora la distinción procariota-eucariota (ésta se considera actualmente mucho más importante que la de vegetal-aminal del sistema tradicional). Así quedan patente las diferencias entre las algas verde-azuladas(cuanolíceas) y las bacterias (ambas sin núcleo patente (procariotas) y todos los demás organismos que tienen un núcleo rodeado por membrana (eucqariotas). Los procariotas fueron incluídos en el reino Monera y los eucariotas en los cuatro restantes.

La regularidad de la Tierra que viene dada por la intensidad de energía que nos envía el Sol, desde 150 millones de kilómetros, y, la intensidad está amortiguada por la rica y densa atmósfera terrestre, y, los seres vivos, tienen un escudo contra las radiaciones nocivas. Una vez pasados aquellos primeros miles de millones de años en los que las formas de vida primitiva pudieron evolucionar, surgieron las condiciones ambientales y ecológicas que dieron lugar a la presencia de formas de vida más avanzadas.

En 1990 el científico Alemán Carl Woese propuso la existencia de tres dominios para clasificar a los seres vivos: Archaea, Bacteria y Eukarya. En el dominio Eukarya se consideran cuatro reinos: protistas,

Pero a partir de la anterior clasificación surgió la de Margulis- Schwartz (1985), también en cinco reinos (es la que aúin aparedce en los libros de texto). Se basa en estudios filogenéticos y tiene la ventaja de hacer grupos más homogéneos. Cambia el reino protistas por el de Protistas, en el que incluye a Protozoos, todas las algas (excepto cianofíceas) y los hongos inferiores.

 

 

Difícilmente podríamos aquí, en un simple repaso a lo que fue el comienzo y la evolución de la vida primigenia en nuestro planeta, hacer una relación pormenorizada de todo lo que ello implica y, nos limitamos, como podéis ir comprobando, a dejar trabajos sueltos con retazos de lo que “pudo haber sucedido” para que, de alguna manera, podamos llegar a una más amplia comprensión de tan complejo problema. Nada más y nada menos que…¡La Vida!

La conclusión a la presencia de la Vida en nuestro planeta, después de muchos estudios científicos, concluye para decir que: La Vida está presente en todo el Universo allí donde exista un planeta situado en la zona habitable de su estrella, tenga atmósfera respirable, océanos, y, reciba la radiación de su estrella madre. Y, todo eso es así debido a que el Universo es igual en todas partes y, las cuatro leyes fundamentales y las Constantes Universales, han sido moduladas para que la vida sea posible.

¿Qué tendrá en Mente el Universo en relación a los seres vivos inteligentes?

Bueno, a veces parezco algo loco, y, puedo hablar del Universo como si de alguien se tratara. Pero, lo cierto es que… ¡Yo creo en la existencia de una Conciencia Cósmica! No es posible que todas las maravillas que están aquí presentes sean debidas al Azar.

Emilio Silvera V.