El filósofo existencialista Kart Jaspers se sintió provocado por los escritos de Eddington a considerar el significado de nuestra existencia en un lugar particular en una época particular de la historia cósmica.

En su influyente libro “Origen y meta de la historia”, escrito en 1.949, poco después de la muerte de Eddington, pregunta:

“¿Por qué vivimos y desarrollamos nuestra historia en este punto concreto del espacio infinito, en un minúsculo grano de polvo en el Universo, un rincón marginal? ¿Por qué precisamente ahora en el tiempo infinito? Estas son cuestiones cuya insolubilidad nos hace conscientes de un enigma”.

                                    ¡Somos tan poca cosa en éste inmenso contexto!

“El hecho fundamental de nuestra existencia es que parecemos estar aislados en el cosmos.  Somos los “únicos” seres racionales capaces de expresarse en el silencio del Universo.  En la historia del Sistema Solar se ha dado en la Tierra, durante un periodo de tiempo infinitesimalmente corto, una situación en la que los seres humanos evolucionan y adquieren conocimientos que incluye el ser conscientes de sí mismos y de existir… Dentro del Cosmos ilimitado, en un minúsculo planeta, durante un minúsculo periodo de tiempo de unos pocos milenios,  algo ha tenido lugar como si este planeta fura lo que abarca todo, lo auténtico.   Este es el lugar, una mota de polvo en la inmensidad del cosmos, en el que el ser ha despertado con el hombre”.

        Si pensamos que estamos solos en el Universo… ¡No somos tan inteligentes!

Hay aquí algunas grandes hipótesis sobre el carácter único de la vida humana en el Universo (creo que equivocada).  En cualquier caso se plantea la pregunta, aunque no se responde, de por qué estamos aquí en el tiempo y lugar en que lo hacemos.  Hemos visto que la cosmología moderna puede ofrecer algunas respuestas esclarecedoras a estas preguntas.

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Hay que prestar atención a las coincidencias. Uno de los aspectos más sorprendentes en el estudio del universo astronómico durante el siglo XX, ha sido el papel desempeñado por la coincidencia: que existiera, que fuera despreciada y que fuera recogida. Cuando los físicos empezaron a apreciar el papel de las constantes en el dominio cuántico y a explorar y profundizar en la nueva teoría de la gravedad de Einstein para describir el Universo en conjunto, las circunstancias eran las adecuadas para que alguien tratara de unirlas.

Longitud de Planck y estructura cuántica del espacio. En todo el dominio de la física clásica que abarca desde la mecánica newtoniana hasta la teoría de la Relatividad.

Símbolo	Nombre	Valor	Unidad
	Longitud de Planck	1.616199(97) × 10-35	m
	Velocidad de la luz en el vacío	299792458	m / s
	Constante de gravitación universal	6.674 × 10-11	N m2 / kg2
	Constante de Planck reducida	1.054571817 × 10-34	J s

La longitud de Planck (L_p) es la distancia o escala de longitud por debajo de la cual se espera que el espacio deja de tener una geometría clásica. Una medida inferior previsiblemente no puede ser tratada adecuadamente en los modelos de física actuales debido a previsibles efectos cuánticos extraños.

                                  

Entró en escena Arthur Eddington; un extraordinario científico que había sido el primero en descubrir cómo se alimentaban las estrellas a partir de reacciones nucleares. También hizo importantes contribuciones a nuestra comprensión de la galaxia, escribió la primera exposición sistemática de la teoría de la relatividad general de Einstein y fue el responsable de verificar, en una prueba decisiva durante un eclipse de Sol, la veracidad de la teoría de Einstein en cuanto a que el campo gravitatorio del Sol debería desviar la luz estelar que venía hacia la Tierra en aproximadamente 1’75 segmentos de arco cuando pasaba cerca de la superficie solar, y así resultó.

Albert Einstein y Arthur Stanley Eddington se conocieron y se hicieron amigos. Se conservan fotos de los dos juntos conversando sentados en un banco en el jardín de Eddington en el año 1930, donde fueron fotografiados por la hermana del dueño de la casa.

Aunque Eddington era un hombre tímido con pocas dotes para hablar en público, sabía escribir de forma muy bella, y sus metáforas y analogías aún las utilizan los astrónomos que buscan explicaciones gráficas a ideas complicadas. Nunca se casó y vivió en el observatorio de Cambridge, donde su hermana cuidaba de él y de su anciana madre.

Eddington creía que a partir del pensamiento puro sería posible deducir leyes y constantes de la naturaleza y predecir la existencia en el universo de cosas como estrellas y galaxias. ¡Se está saliendo con la suya!

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BIOLOGÍA Y ESTRELLAS

¿Es viejo el universo?

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

Anónimo

La galaxia más lejana captada hasta el momento

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

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

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

La edad actual del universo visible ≈ 10⁶⁰ tiempos de Planck

Tamaño actual del Universo visible ≈ 10⁶⁰ longitudes de Planck

La masa actual del Universo visible ≈ 10⁶⁰ masas de Planck

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“Una princesa de Marte (inglés: A Princess of Mars) es la primera novela de la serie marciana escrita por Edgar Rice Burroughs; acerca del personaje ficticio John Carter. Esta historia fue publicada por primera vez en la revista pulp All-Story Magazine en febrero de 1912 con el título Bajo las lunas de Marte bajo el seudónimo de Norman Bean y editada como libro por primera vez en 1917. El personaje resultó ser tan popular que Burroughs continuó la serie con nueve secuelas. Llena de audaces hazañas y batallas con espada, esta novela es un ejemplo pionero del subgénero literario de espada y planeta, muy popular en el siglo XX. Una princesa de Marte es uno de los pocos trabajos para los cuales Burroughs, en su inexperiencia como escritor cedió todos los derechos de serialización; motivo por el cual esta obra se encuentra bajo dominio público. Ambientada en un Marte moribundo inspirado en las ideas popularizadas por el astrónomo Percival Lowell a inicios del siglo XX, esta novela fue fuente de inspiración de muchos escritores de ciencia ficción; entre los que se incluyen Arthur C. Clarke, John Norman y Ray Bradbury. Fue, también, una de las fuentes de inspiración de George Lucas para crear Star Wars. La novela despejó el camino hacia la exploración espacial y la búsqueda de vida extraterrestre.”

¿El planeta Marte! y ¡Los marcianos!, por muchas razones, han sido parte de nuestras vidas, y, no dejamos de pensar en que, en el pasado, podría haber sido un planeta habitado por alguna clase de vida, o, incluso ahora, podría albergarla en forma primitiva microscópica en el subsuelo. Por otra parte, no cejamos en el empeño de personarnos allí y convertir el planeta (en el futuro) en una base de la Tierra mediante procesos de terra-formación que nos permitiría estar “algo más cómodos allí”. Buscando entre mis datos y ficheros encontré este reportaje que aquí os dejo.

                                                     Los cañones de Marte de Percivall Lovell

Los ríos marcianos ofrecen una clara evidencia de que el planeta fue en algún momento más caliente y más húmedo. Pero, ¿Cómo pudo ser esto? A primera vista hay una buena razón para creer que Marte debería haber estado aún más frío en el pasado que lo está hoy. Dicha razón tiene que ver con el denominado problema del Sol joven. A medida que el Sol envejece, se hace poco a poco más brillante debido a cambios en su constitución química.

Hace cuatro mil millones de años, habría sido un 30 por 100 más tenue de lo que es hoy, reduciendo drásticamente su efecto calentador sobre el lejano Marte. Esto estaría contrarrestado en parte por el calentamiento geotérmico, producido por la radiactividad y el calor almacenado procedente de la formación del planeta, y ambos efectos fueron mucho más fuertes en el pasado. Sin embargo, el flujo de calor geotérmico por sí sólo no compensaría el efecto del Sol joven, tenue, y hay que encontrar otras razones para un clima más tibio.

La manera más fácil de hacer un planeta más caliente es utilizando el efecto invernadero. Los gases invernadero tales como el dióxido de carbono actúan como un parasol, atrapando el calor del Sol cerca de la superficie del planeta. Hoy la atmósfera marciana es demasiado delgada para producir mucho calentamiento por efecto invernadero, pero ciertamente habría sido mucho más espesa durante los primeros mil millones de años. Como sucede con la Tierra, Marte adquirió una densa atmósfera inicial tanto por la desgasificación del planeta como por el aporte de sustancias volátiles por parte de cometas, asteroides y planetesimales helados. Un CO₂ abundante habría elevado la temperatura de modo espectacular.

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      Dependiendo de su masa se convertirá en enana blanca, estrella de neutrones o agujero negro

Especialmente intrigante es la apariencia de una estrella en implosión observada desde un sistema de referencia externo estático, es decir, vista por observadores exteriores a la estrella que permanecen siempre en la misma circunferencia fija en lugar de moverse hacia adentro con la materia de la estrella en implosión. La estrella, vista desde un sistema externo estático, empieza su implosión en la forma en que uno esperaría. Al igual que una pesada piedra arrojada desde las alturas, la superficie de la estrella cae hacia abajo (se contrae hacia adentro), lentamente al principio y luego cada vez más rápidamente. Si las leyes de gravedad de Newton hubieran sido correctas, esta aceleración de la implosión continuaría inexorablemente hasta que la estrella, libre de cualquier presión interna, fuera aplastada en un punto de alta velocidad. Pero no era así según las fórmulas relativistas de Oppenheimer y Snyder. En lugar de ello, a medida que la estrella se acerca a su circunferencia crítica su contracción se frena hasta hacerse a paso lento. Cuanto más pequeña se hace la estrella, más lentamente implosiona, hasta que se congela exactamente en la circunferencia crítica.

Por mucho tiempo que uno espere, si uno está en reposo fuera de la estrella (es decir, en reposo en el sistema de referencia externo estático), uno nunca podrá ver que la estrella implosiona a través de la circunferencia crítica. Este era el mensaje inequívoco de Oppenheimer y Snyder.

¿Se debe esta congelación de la implosión a alguna fuerza inesperada de la relatividad general en el interior de la estrella? No, en absoluto, advirtieron Oppenheimer y Snyder. Más bien se debe a la dilatación gravitatoria del tiempo (el frenado del flujo del tiempo) cerca de la circunferencia crítica. Tal como lo ven los observadores estáticos, el tiempo en la superficie de la estrella en implosión debe fluir cada vez más lentamente cuando la estrella se aproxima a la circunferencia crítica; y, consiguientemente, cualquier cosa que ocurre sobre o en el interior de la estrella, incluyendo su implosión, debe aparecer como si el movimiento se frenara poco a poco hasta congelarse.

Por extraño que esto pueda parecer, aún había otra predicción más extrañas de las fórmulas de Oppenheimer y Snyder: si bien es cierto que vista por observadores externos estáticos la implosión se congela en la circunferencia crítica, no se congela en absoluto vista por los observadores que se mueven hacia adentro con la superficie de la estrella. Si la estrella tiene una masa de algunas masas solares y empieza con un tamaño aproximado al del Sol, entonces vista desde su propia superficie implosiona hacia la circunferencia crítica en aproximadamente una hora, y luego sigue implosionando más allá de la criticalidad hacia circunferencias más pequeñas.

Allá por el año 1939, cuando Oppenheimer y Snyder descubrieron estas cosas, los físicos ya se habían acostumbrados al hecho de que el tiempo es relativo; el flujo del tiempo es diferente medido en diferentes sistemas de referencia que se mueven de diferentes formas a través del Universo. Claro que, nunca antes había encontrado nadie una diferencia tan extrema entre sistemas de referencia. Que la implosión se congele para siempre medida en el sistema externo estático, pero continúe avanzando rápidamente superando al punto de congelación medida en el sistema desde la superficie de la estrella era extraordinariamente difícil de comprender. Nadie que estudiara las matemáticas de Oppenheimer y Snyder se sentía cómodo con semejante distorsión extrema del tiempo. Pero ahí estaba, en sus fórmulas. Algunos podían agitar sus brazos con explicaciones heurísticas, pero ninguna explicación parecía muy satisfactoria. No sería completamente entendido hasta finales de los cincuenta.

Fue Wheeler el que discrepó del trabajo de Oppenheimer y Snyder, alegando, con toda la razón que, cuando ellos habían realizado su trabajo, habría sido imposible calcular los detalles de la implosión con una presión realista (presión térmica, presión de degeneración y presión producida por la fuerza nuclear), y con reacciones nucleares, ondas de choque, calor, radiación y expulsión de masa. Sin embargo, los trabajos desde las armas nucleares de los veinte años posteriores proporcionaron justamente las herramientas necesarias.

Presión, reacciones nucleares, ondas de choque, calor radiación y expulsión de masa eran todas ellas características fundamentales de una bomba de hidrógeno; sin ellas, una bomba no explosionaría. A finales de los años cincuenta, Stirling Colgate quedó fascinado por el problema de la implosión estelar. Con el apoyo de Edward Teller, y en colaboración con Richard White y posteriormente Michael May, Colgate se propuso simular semejante implosión en un ordenador. Sin embargo, cometieron un error, mantuvieron algunas de las simplificaciones de Oppenheimer al insistir desde el principio en que la estrella fuera esférica y sin rotación, y, aunque tuvieron en cuenta todos los argumentos que preocupaban a Wheeler, aquello no quedó perfeccionado hasta después de varios años de esfuerzo y, a comienzo de los años sesenta ya estaban funcionando correctamente.

                       

Un día a principio de los años sesenta, John Wheeler entró corriendo en la clase de relatividad de la Universidad de Princeton. Llegaba un poco tarde, pero sonreía con placer. Acababa de regresar de una visita a Livermore donde había visto los resultados de las simulaciones recientes de Colgate y su equipo. Con excitación en su voz dibujó en la pizarra un diagrama tras otro explicando lo que sus amigos de Livermore habían aprendido.

Cuando la estrella en implosión tenía una masa pequeña, desencadenaba una implosión de supernova y formaba una estrella de neutrones precisamente en la forma que Fritz Wicky había especulado treinta años antes. Sin embargo, si la estrella original era más masiva lo que allí se producía (aparte de la explosión supernova) era un agujero negro notablemente similar al altamente simplificado  modelo que veinticinco años  calcularon Oppenheimer y Snyder. Vista desde fuera, la implosión se frenaba y se quedaba congelada en la circunferencia crítica, pero vista por alguien en la superficie de la estrella, la implosión no se congelaba en absoluto. La superficie de la estrella se contraía a través de la circunferencia crítica y seguía hacia adentro sin vacilación.

Lo cierto fue que allí, por primera vez, se consiguió simular por ordenador la implosión que debía producir agujeros negros. Está claro que la historia de todo esto es mucho más larga y contiene muchos más detalles que me he saltado para no hacer largo el trabajo que, en realidad, sólo persigue explicar a ustedes de la manera más simple posible, el trabajo que cuesta obtener los conocimientos que no llegan (casi nunca) a través de ideas luminosas, sino que, son el resultado del trabajo de muchos.

Hoy, sabemos mucho más de cómo finaliza sus días una estrella y, dependiendo de su masa, podemos decir de manera precisa que clase de Nebulosa formará, que clase de explosión (si la hay) se producirá, y, finalmente, si el resultado de todo ello será una estrella enana blanca que encuentra su estabilidad final por medio del Principio de exclusión de Pauli (en mecánica cuántica)que se aplica a los fermiones pero no a los Bosones (son fermiones los quarks, electrones, protones y neutrones), en virtud del cual dos partículas idénticas en un sistema, como los electrones en un átomo o quarks en un hadrón (protón o neutrón, por ejemplo), no pueden poseer un conjunto idéntico de números cuánticos.

El viento estelar de la estrella “empuja” el material circundante hasta doblegarlo

Una estrella masiva alejándose de su antiguo compañero se manifiesta haciendo un imponente surco a través de polvo espacial, como si se tratase de la proa de un barco. La estrella, llamada Zeta Ophiuchi, es enorme, con una masa de cerca de 20 veces la de nuestro Sol. En esta imagen, en los que se ha traducido la luz infrarroja a colores visibles que vemos con nuestros ojos, la estrella aparece como el punto azul en el interior del arco de choque. Zeta Ophiuchi orbitó una vez alrededor de una estrella aún más grande. Pero cuando la estrella explotó en una supernova, Zeta Ophiuchi se disparó como una bala. Viaja a la friolera 24 kilómetros por segundo.

Mientras la estrella se mueve través del espacio, sus poderosos vientos empujan el gas y el polvo a lo largo de su camino en lo que se llama un arco de choque. El material en el arco de choque está tan comprimido que brilla con luz infrarroja que el WISE puede ver. El efecto es similar a lo que ocurre cuando un barco cobra velocidad a través del agua, impulsando una ola delante de él.  Esta onda de choque queda completamente oculta a la luz visible. Las imágenes infrarrojas como esta son importantes para arrojar nueva luz sobre la región.

¿Cuál es la razón por la que la materia no se colapsa sobre sí misma? El mismo principio que impide que las estrellas de neutrones y las estrellas enanas blancas implosionen totalmente y que, llegado un momento, en las primeras se degeneran los neutrones y en las segundas los electrones, y, de esa manera, se frena la compresión que producía la gravedad y quedan estabilizadas gracias a un principio natural que hace que la materia normal sea en su mayor parte espacio vacio también permite la existencia de los seres vivos. El nombre técnico es: El Principio de Exclusión de Pauli y dice que dos fermiones (un tipo de partículas fundamentales) idénticos y con la misma orientación no pueden ocupar simultáneamente el mismo lugar en el espacio. Por el contrario, los bosones (otro tipo de partículas, el fotón, por ejemplo) no se comportan así, tal y como se ha demostrado recientemente por medio de la creación en el laboratorio de los condensados de Bose-Einstein.

Ahí se ha formado ya una Nebulosa planetaria y en su centro, muy caliente y radiando en el ultravioleta más energético, la “nueva” estrella enana blanca, hecha de la materia de la estrella original muy comprimida y densa que, poco a poco se irá enfriando hasta quedar como lo que en realidad es, un cadáver estelar.

Pero, estábamos diciendo: “…no pueden poseer un conjunto idéntico de números cuánticos.” A partir de ese principio, sabemos que, cuando una estrella como nuestro Sol deja de fusionar Hidrógeno en Helio que hace que la estrella deje de expandirse y quede a merced de la Gravedad, ésta implosionará bajo el peso de su propia masa, es decir, se contraerá sobre sí misma por la fuerza gravitatoria pero, llegará un momento en el cual, los electrones, debido a ese principio de exclusión de Pauli que les impide estar juntos, se degeneran y se moverán de manera aleatoria con velocidades relativista hasta el punto de ser capaces de frenar la fuerza provocada por la gravedad, y, de esa manera, quedará estabilizada finalmente una estrella enana blanca.

Si la estrella original es más masiva, la degeneración de los electrones no será suficiente para frenar la fuerza gravitatoria y, los electrones se fusionaran con los protones para convertirse en neutrones que, bajo el mismo principio de exclusión sufrirán la degeneración que frenará la fuerza de gravedad quedando entonces una estrella de neutrones. Por último, si la estrella es, aún más masiva, ni la degeneración de los neutrones será suficiente para frenar la inmensa fuerza gravitatoria generada por la masa de la estrella que, continuará la implosión contrayéndose cada vez más hasta desaparecer de nuestra vista convertida en un agujero negro.

¿Qué forma adoptará, qué transición de fase se produce en la materia dentro de una Singularidad?

¡Resulta todo tan complejo!

emilio silvera

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