Partículas “bellas” de materia y antimateria

El Tiempo es inexorable y su transcurrir va dejando atrás las cosas que del presente, van situándose en el pasado. Lejos queda ya aquellas efemérides y celebraciones del año 2009, cuando se conmemoró el Año Internacional de la Astronomía y me cupo el honor de (humildemente), colaborar con aquellas celebraciones.

Astrolabio de al-Sahli, del siglo XI (M.A.N., Madrid). El astrolabio es un antiguo instrumento que permite determinar la posición y altura de las estrellas sobre la bóveda celeste. El astrolabio era usado por los navegantes, astrónomos y científicos en general para localizar los astros y observar su movimiento, para determinar la hora a partir de la latitud o, viceversa, para averiguar la latitud conociendo la hora. También sirve para medir distancias por triangulación.

Con orgullo luzco en el ojal de mi chaqueta el astrolabio que nos dieron en Madrid, a todos los invitados, a la fiesta de inauguración en la que estaban presentes muchos astrónomos y astrofísicos del mundo entero, los de España éramos sólo 200, la inauguración la hizo el Príncipe de Asturias, el actual Rey de España. Fue todo muy ameno y allí se dio la oportunidad de buenos contactos.

Lo cierto es que, en su momento, ya desde el inicio del año 2.009 en el que se celebró el Año Internacional de la Astronomía, en muchos de mis artículos publicados en la colaboración que con la Organización Internacional tuve el honor de prestar, se hablaba de todos esos interesantes temas que, el universo nos presenta y que, inciden en el saber de la Naturaleza y del Mundo que nos acoge que, como nosotros… ¡También es Universo!

LA QUÍMICA DE LAS ESTRELLAS

Los cambios se estaban produciendo a una velocidad cada vez mayor. Al siglo de Newton también pertenecieron, entre otros, el matemático Fermat; Römer, quien midió la velocidad de la luz; Grimaldi, que estudió la difracción; Torricelli, que demostró la existencia del vacío; Pascal y Boyle, que definieron la física de los fluidos…La precisión de los telescopios y los relojes aumentó notablemente, y con ella el número de astrónomos deseosos de establecer con exactitud  la posición de las estrellas y compilar catálogos estelares cada vez más completos para comprender la Vía Láctea.

La naturaleza de los cuerpos celestes quedaba fuera de su interés: aunque se pudiera determinar la forma, la distancia, las dimensiones y los movimientos de los objetos celestes, comprender su composición no estaba a su alcance. A principios del siglo XIX, William Herschel (1738-1822), dedujo la forma de la Galaxia, construyó el mayor telescopio del mundo y descubrió Urano. Creía firmemente que el Sol estaba habitado.

  Hasta llegar a conocer nuestra situación astronómica…

Al cabo de pocos años, nacía la Astrofísica, que a diferencia de la Astronomía (ya llamada  -”clásica o de posición”-), se basaba en pruebas de laboratorio. Comparando la luz emitida por sustancias incandescentes con la recogida de las estrellas se sentaban las bases de lo imposible: descubrir la composición química y la estructura y el funcionamiento de los cuerpos celestes. Estaba mal vista por los astrónomos “serios” y se desarrolló gracias a físicos y químicos que inventaron nuevos instrumentos de análisis a partir de las demostraciones de Newton sobre la estructura de la luz.

En 1814, Joseph Fraunhofer (1787-1826) realizó observaciones básicas sobre las líneas que Wollaston había visto en el espectro solar: sumaban más de 600 y eran iguales a las de los espectros de la Luna y de los planetas; también los espectros de Póux, Capella y Porción son muy similares, mientras que los de Sirio y Cástor no lo son. Al perfeccionar el  espectroscopio con la invención de la retícula de difracción (más potente y versátil que el prisma de cristal), Fraunhofer observó en el espectro solar las dos líneas del sodio: así se inició el análisis espectral de las fuentes celestes.

la Nebulosa de la Llama no está en llamas.

También conocida como NGC 2024 , el sugestivo color rojizo se debe al resplandor de átomos de hidrógeno en los bordes del gigantesco complejo de nubes moleculares de Orión, a unos 1.500 años luz de distancia.

Los átomos de hidrógeno han sido ionizados , o despojados de sus electrones, y brillan mientras los átomos y electrones se recombinan.

Pero, ¿Qué ioniza los átomos de hidrógeno?

En esta imagen de cerca , un oscuro camino de absorbente polvo interestelar se destaca en silueta contra el resplandor de hidrógeno y de hecho, oculta la verdadera fuente de energía de la Nebulosa de la Llama de los telescopios ópticos.

Detrás de la franja oscura yace un cúmulo de jóvenes, calientes estrellas, vistas a longitudes de onda infrarrojas a través del oscurecimiento que produce el polvo.

Una joven estrella masiva en ese cúmulo es la fuente probable de energética radiación ultravioleta que ioniza el gas de hidrógeno en la Nebulosa de la Llama.”

Mientras, en el laboratorio, John Herschel observó por primera vez la equivalencia entre los cuerpos y las sustancias que los producen, Anders J. Anhström (1814-1868) describía el espectro de los gases incandescentes y los espectros de absorción y Jean Foucault (1819-1874) comparó los espectros de laboratorio y los de fuentes celestes. Gustav Kirchhoff (1824-1887) formalizó las observaciones en una sencilla ley que cambió la forma de estudiar el cielo; “La relación entre el poder de emisión y de absorción para una longitud de onda igual es constante en todos los cuerpos que se hallan a la misma temperatura”. En 1859, esta ley empírica, que relacionaba la exploración del cielo con la física atómica, permitía penetrar en la química y la estructura de los cuerpos celestes y las estrellas. De hecho, basta el espectro de una estrella para conocer su composición. Y, con la espectroscopia, Kirchhoff y Robert Bunsen (1811-1899) demostraron que en el Sol había muchos metales.

La observación del Sol obsesionó a la mayoría de los Astrofísicos. A veces, resultaba difícil identificar algunas líneas y ello condujo a descubrir un  nuevo elemento químico; se empezó a sospechar que el Sol poseía una temperatura mucho más elevada de lo imaginado. La línea de emisión de los espectros de estrellas y nebulosas demostraron  que casi un tercio de los objetos estudiados eran gaseosos. Además, gracias al trabajo de Johan Doppler (1803-1853) y de Armand H. Fizeau (1819-1896), que demostró que el alejamiento o el acercamiento respecto al observador de una fuente de señal sonora o luminosa provoca el aumento o disminución de la longitud de onda de dicha señal, empezó a precisarse la forma de objetos lejanos. El cielo volvía a cambiar y hasta las “estrellas fijas” se movían.

    EL DIAGRAMA HR: EL CAMINO HACIA EL FUTURO

El padre Ángelo Secchi (1818-1878) fue el primero en afirmar que muchos espectros estelares poseen características comunes, una afirmación refrendada hoy día con abundantes datos. Secchi clasificó las estrellas en cinco tipos, en función del aspecto general de los espectros. La teoría elegida era correcta: el paso del color blanco azulado al rojo oscuro indica una progresiva disminución de la temperatura, y la temperatura es el parámetro principal que determina la apariencia de un espectro estelar.

Más tarde, otros descubrimientos permitieron avanzar en Astrofísica: Johan Balmer (1825-1898) demostró que la regularidad en las longitudes de onda de las líneas del espectro del hidrógeno podía resumirse en una sencilla expresión matemática; Pieter Zeeman (1865-1943) descubrió que un campo magnético de intensidad relativa influye en las líneas espectrales de una fuente subdividiéndolas en un número de líneas proporcional a su intensidad, parámetro que nos permite medir los campos magnéticos de las estrellas.

En otros descubrimientos empíricos la teoría surgió tras comprender la estructura del átomo, del núcleo atómico y de las partículas elementales. Los datos recogidos se acumularon hasta que la física y la química dispusieron de instrumentos suficientes para elaborar hipótesis y teorías exhaustivas.

Gracias a dichos progresos pudimos asistir a asociaciones como Faraday y su concepto de “campo” como “estado” del espacio en torno a una “fuente”; Mendeleiev y su tabla de elementos químicos; Maxwell y su teoría electromagnética;  Becquerel y su descubrimiento de la radiactividad; las investigaciones de Pierre y Marie Curie; Rutherford y Soddy y sus experimentos con los rayos Alfa, Beta y Gamma; y los estudios sobre el cuerpo negro que condujeron a Planck a determinar su constante universal; Einstein y su trabajo sobre la cuantización de la energía para explicar el efecto fotoeléctrico, Bohr y su modelo cuántico del átomo; la teoría de la relatividad especial de Einstein que relaciona la masa con la energía en una ecuación simple…Todos fueron descubrimientos que permitieron explicar la energía estelar y la vida de las estrellas, elaborar una escala de tiempos mucho más amplia de lo que jamás se había imaginado y elaborar hipótesis sobre la evolución del Universo.

En 1911, Ejnar Hertzsprung (1873-1967) realizó un gráfico en el que comparaba el “color” con las “magnitudes absolutas” de las estrellas y dedujo la relación entre ambos parámetros. En 1913, Henry Russell (1877-1957) realizó otro gráfico usando la clase espectral en lugar del color y llegó a idénticas conclusiones.

El Diagrama de Hertzsprung-Russell (diagrama HR) indica que el color, es decir, la temperatura, y el espectro están relacionados, así como el tipo espectral está ligado a la luminosidad. Y debido a que esta también depende de las dimensiones de la estrella, a partir de los espectros puede extraerse información precisa sobre las dimensiones reales de las estrellas observadas. Ya solo faltaba una explicación de causa-efecto que relacionara las observaciones entre si en un cuadro general de las leyes.

El progreso de la física y de la química resolvió esta situación, pues, entre otros avances, los cálculos del modelo atómico de Bohr reprodujeron las frecuencias de las líneas del hidrógeno de Balmer. Por fin, la Astrofísica había dado con la clave interpretativa de los espectros, y las energías de unión atómica podían explicar el origen de la radiación estelar, así como la razón de la enorme energía producida por el Sol.

Las líneas espectrales dependen del número de átomos que las generan, de la temperatura del gas, su presión, la composición química y el estado de ionización. De esta forma pueden determinarse la presencia relativa de los elementos en las atmósferas estelares, método que hoy también permite hallar diferencias químicas muy pequeñas, relacionadas con las edades de las estrellas. Así, se descubrió que la composición química de las estrellas era casi uniforme: 90 por ciento de hidrógeno y 9 por ciento de helio (en masa, 71% y 27%, respectivamente). El resto se compone de todos los elementos conocidos en la Tierra.

Así mismo, el desarrollo de la Física ha permitido perfeccionar los modelos teóricos y explicare de forma coherente que es y como funciona una estrella. Dichos modelos sugirieron nuevas observaciones con las que se descubrieron tipos de estrellas desconocidas: las novas, las supernovas, los púlsares con periodos o tiempos que separan los pulsos, muy breves…También se descubrió que las estrellas evolucionan, que se forman grupos que luego se disgregan por las fuerzas de marea galácticas.

La Radioastronomía, una nueva rama de la Astronomía, aportó más datos sobre nuestra Galaxia, permitió reconstruir la estructura de la Vía Láctea y superar los límites de la Astronomía óptica.

Se estaban abriendo nuevos campos de estudio: los cuerpos galácticos, los cúmulos globulares, las nebulosas, los movimientos de la galaxia y sus características se estudiaron con ayuda de instrumentos cada vez más sofisticados. Y cuanto más se observaba más numerosos eran los objetos desconocidos descubiertos y más profusas las preguntas. Se descubrieron nuevos y distintos tipos de galaxias fuera de la nuestra; examinando el efecto Doppler, se supo que todas se alejaban de nosotros y, lo que es más, que cuanto más lejanas están más rápidamente se alejan.

     El Telescopio Hubble nos muestra esta imagen del Universo Profundo

Acabábamos de descubrir que el Universo no terminaba en los límites de la Vía Láctea, sino que se había ampliado hasta el “infinito”, con galaxias y objetos cada vez más extraños. Sólo en el horizonte del Hubblese contabilizan 500 millones de galaxias. Y los descubrimientos continúan: desde el centro galáctico se observa un chorro de materia que se eleva más de 3.000 a.l. perpendicular al plano galáctico; se observan objetos como Alfa Cygni, que emite una energía radial equivalente a diez millones de veces la emitida por una galaxia como Andrómeda; se estudian los cuásares, que a veces parecen mas cercanos de lo que sugieren las mediciones del efecto Doppler; se habla de efectos de perspectiva que podrían falsear las conclusiones… Y nos asalta una batería de hipótesis, observaciones, nuevas hipótesis, nuevas observaciones, dudas…

Todavía no se ha hallado una respuesta cierta y global. Un número cada vez mayor de investigadores está buscándola en miles de direcciones. De esta forma se elaboran nuevos modelos de estrellas, galaxias y objetos celestes que quizá sólo la fantasía matemática de los investigadores consiga concretar: nacen los agujeros negros, los universos de espuma, las cadenas…

Encontrar Grafeno en el Espacio ya no es una sorpresa, toparnos de bruces con océanos de metano… ¡tampoco!, hallar colonias de bacterias vivienda a muchos kilómetros de altura no es una novedad, saber que en las estrellas se fabrican los materiales aptos para hacer posible la química de la vida… nos maravilla pero ya, no es causa de asombro. Cada día damos un paso más hacia el saber del “mundo”, de la Naturaleza, del Universo en fin.

En la actualidad, el número de investigadores centrados en problemas relacionados con la evolución estelar, la Astrofísica y las teorías cosmo-genéticas es tan elevado que ya no tiene sentido hablar de uno en particular, ni de un único hilo de investigación. Al igual que ocurre con otras ramas científicas las Astronomía se ha convertido en un trabajo de equipo a escala internacional que avanza sin cesar en una concatenación de innovaciones, inventos, nuevos instrumentos, interpretaciones cada vez más elaboradas y, a menudo más difíciles de entender incluso para los investigadores que avanzan con infinidad de caminos paralelos. Es una situación que ya vaticinaba Bacon en tiempos de Galileo.

Las estrellas, como casi cualquier entidad física, siguen un proceso de nacimiento, evolución y muerte. A diferencia de nosotros, la vida de una estrella se eleva a millones o miles de millones de años dependiendo de sus masas iniciales, a mayor masa menor tiempo de vida.

Hasta la Astronomía se ha hiperespecializado y, por ejemplo, quienes estudian problemas particulares de la física de las estrellas pueden desconocerlo todo sobre planetas y galaxias. También el lenguaje es cada vez más técnico, y los términos, capaces de resumir itinerarios de investigación, son complejos de traducir al lenguaje común. Así, mientras la divulgación avanza a duras penas entre una jungla de similitudes y silogismos, las informaciones que proceden de otras disciplinas son aceptadas por los científicos y los resultados de cada cual se convierten en instrumentos para todos.

La observación del Sol obsesionó a la mayoría de los Astrofísicos. A veces, resultaba difícil identificar algunas líneas y ello condujo a descubrir un nuevo elemento químico; se empezó a sospechar que el Sol poseía una temperatura mucho más elevada de lo imaginado. La línea de emisión de los espectros de estrellas y nebulosas demostraron que casi un tercio de los objetos estudiados eran gaseosos. Además, gracias al trabajo de Johan Doppler (1803-1853) y de Armand H. Fizeau (1819-1896), que demostró que el alejamiento o el acercamiento respecto al observador de una fuente de señal sonora o luminosa provoca el aumento o disminución de la longitud de onda de dicha señal, empezó a precisarse la forma de objetos lejanos. El cielo volvía a cambiar y hasta las “estrellas fijas” se movían.

Las investigaciones sobre planetas, estrellas, materia interestelar, galaxias y Universo van paralelas, como si fueran disciplinas independientes, pero en continua osmosis. Y mientras la información sobre el Sol y los cuerpos del Sistema solar es más completa, detallada y fiable, y las hipótesis sobre nuestra Galaxia hallan confirmación, el Universo que empezamos a distinguir más allá de nuestros limites no se pareced a lo que hace un siglo se daba por sentado. Y mientras los modelos matemáticos dibujan uno o mil universos cada más abstractos y complejos, que tienen más que ver con la filosofía que con la observación, vale la pena recordar como empezó nuestro conocimiento hace miles de años.

Otros nos indicaron la dirección a seguir pero, la dureza del camino…, esa, la tuvimos que hacer nosotros. Es decir, en cada época y lugar, los que estuvieron, miraron hacia atrás para ver lo que hicieron sus ancestros y, con aquellas enseñanzas, tener la guía del camino a seguir, o, por el contrario, si los resultados no fueron buenos, rechazarlos. Lo cierto es que, al igual que nosotros, los que vengan detrás partirán con alguna ventaja aunque tengan que hacer su propio recorrido que, ni mucho menos tienen el camino despejado y, la niebla de la ignorancia sigue siendo espesa, aunque algo más suave que la que nosotros nos encontramos.

Ahora, amigos, después de este breve repaso por una pequeña parte de la Historia de la Astronomía, al menos tendréis una idea más cercana  del recorrido que, la Humanidad, ha tenido que realizar para conocer mejor el Universo.

Los datos aquí reseñados tienen su origen en diversas fuentes que, de aquí y de allá, han sido tomadas para recomponer un mensaje que les lleve a todos algunos mensajes de como ocurrieron los acontecimientos en el pasado para que fuera posible nuestro presente.

A rodo esto, no debemos olvidar que, gracias a las estrellas… ¡Estamos aquí! En las estrellas, en sus “hornos nucleares”, se fabrican los elementos de los que estamos hechos.

Emilio Silvera Vázquez

  ¿El origen del Universo? ¿Cómo puedo saberlo Yo?

 El Universo y la Vida

Estamos inmersos en una inconmensurable grandeza de variedad y coloridos escenarios en los que están presentes las fuerzas fundamentales del universo y las constantes que hacen posible que, formas de vida de cualquier índole que podamos imaginar, estarán pululando en sus ecosistemas y habitats, sin que nada pueda evitarlo, si lo pensamos bien, amigos míos, parece como si el universo hubiera sabido que nosotros, teníamos que venir.

             Hemos sabido llegar a los dos extremos desde lo pequeño a lo grande

Hemos podido llegar a unas alturas en el mundo de la exploración científica que, nos posibilita reconocer los impactos de los cambios que se producen con el devenir del tiempo en la Naturaleza y, hemos llegado a comprender que, el Universo, es dinámico. Hacia finales del siglo XIX se había llegado a saber que hubo un tiempo en que la Tierra y nuestro Sistema solar no existían; que la especie humana debía haber cambiado en apariencia y en el promedio de su capacidad mental a lo largo de enormes períodos de tiempo; y que en cierto sentido, amplio y general, el Universo debería estar degradándose, haciéndose un lugar menos hospitalario y ordenado. Durante el siglo XX hemos podido ampliar esa imagen de un Universo cambiante.

Delante de nuestros propios ojos podemos contemplar como cambia, por ejemplo, el clima y la topografía de nuestro propio planeta y de todas las especies que en él están presentes en sus distintas formas de vida que, como muestra cercana de lo que ocurre en cualquier otro lugar del Universo, nos sirve de Laboratorio para la observación de la dinámica universal.

Hemos descubierto que todo el Universo de estrellas y galaxias está en un continuo estado de cambio dinámico, en el que grandes cúmulos de galaxias se alejan unos de otros hacia un futuro que será distinto del presente. Hemos empezado a darnos cuenta de que vivímos en un “Tiempo” prestado. Los sucesos astronómicos catastróficos son comunes; los mundos colisionan. El planeta Tierra ha sufrido en el pasado impactos de cometas y asteroides. Un día se acabará nuestra suerte; el escudo que tan fortuitamente nos proporciona el enorme planeta Júpiter (leer la noticia de más abajo), que guarda los confines exteriores de nuestro Sistema solar, no será capaz de salvarnos.

Todos sabemos de las inmensas consecuencias que el impacto de un gran objeto sobre la Tierra tendría. Los cráteres que jalonan la superficie terrestre por todo el planeta nos hablan de lo que pasó en el pasado y, para eso, amigos míos, no tenemos muchas soluciones. Claro que todo es cuestión de tiempo y, al final, hasta nuestro Sol morirá para convertirse, primero en una gigante roja que sobrepasará Mercurio y Venus y se quedará muy cerca de nuestro planeta, para entonces, las temperaturas subirán y los océanos se evaporarán, la vida, tal como la conocemos, ya no estará en este vergel que, durante miles de años, nos ha dado cobijo a nosotros y a otros muchos seres.

Sí, las consecuencias del Caos son impredecibles. Nosotros hemos reconocido los secretos simples del caos y la impredecibilidad que asedian a tantas partes que rodean a nuestro mundo. Sí, es cierto que entendemos que nuestro clima es cambiante pero, no podemos predecir esos cambios. Hemos apreciado las similitudes entre complejidades como ésta y las que emergen de los sistemas de interacción humana -sociedades, economías, ecosistemas…- y, también, del interior de la propia mente humana.

Todas esas complejidades tratan de convencernos de que el mundo es como una montaña rusa desbocada, rodando y dando bandazos; que todo lo que una vez hemos tenido por cierto podría ser derrocado cualquier día, sin que nosotros, pobres mortales, podamos evitarlo y, algunos, incluso ven semejante perspectiva como una razón para sospechar de la ciencia, como si produjera un efecto corrosivo sobre los fundamentos de la Naturaleza humana y de la certeza, como si las construcciones del Universo físico y el vasto esquema de sus leyes debiera haberse establecido pensando en nuestra fragilidad psicológica.

La ilusión de realidad la hemos experimentado todos en los sueños. Sin embargo, también estando despiertos estamos “viendo” una “realidad” que no existe, sólo está en nuestras mentes. El caso es que, la materia sólida que vemos, en realidad, en su mayor parte, esta conformada por espacios vacíos.

Pero hay un sentido en el que todo este cambio e impredecibilidad es una ilusión. No constituye toda la historia sobre la Naturaleza del Universo. Hay tanto un lado conservador como un lado progresista en la estructura profunda de la realidad. A pesar del cambio incesante y la dinámica del mundo visible, existen aspectos de la fábrica del Universo que son misteriosos en su inquebrantable constancia. Son estas misteriosas cosas invariables las que hacen de nuestro Universo el que es y lo distinguen de otros mundos que pudiéramos imaginar.

Lo mismo que existen los hilos invisibles que mantiene unidas a las galaxias, de la misma manera, hay un hilo dorado que teje una continuidad a través de la Naturaleza. Nos llevan a esperar que ciertas cosas sean iguales en otros lugares del espacio además de la Tierra; que fueron y serán las mismas en otros tiempos además de hoy; que para algunos casos, ni la historia ni la geografía importan y, son como leyes inamovibles, no hechas por el hombre que, según hemos podido llegar a saber, están por encima de todas esas cuestiones terrenales en las que el hombre ha intervenido de una u otra manera. De hecho, quizá sin uns substrato semejante de realidades invariables no podría haber corrientes superficiales de cambio ni ninguna complejidad de materia y mente.

Los secretos más ocultos del Universo están codificados en unos valores numéricos, aparentemente eternos, a los que llamamos “constantes de la naturaleza”. Entre ellas se encuentran algunas tan famosas como la de la gravitación universal, G, la de la velocidad de la luz, c, o la de Planck, h. Pero, ¿son las “constantes de la naturaleza” realmente constantes? ¿Son las mismas en todas partes? ¿Están todas ellas ligadas? ¿Podría haber evolucionado y persistido la vida si fueran ligeramente distintas? Claro que, estos enigmas nos conducen hasta las fronteras más ignoradas de la ciencia, nos desvela las profundas implicaciones que estas constantes tienen para el destino del universo y el lugar de los hombres en él y, aunque conocemos sus valores, sus números, no podemos dar una explicación de por qué resultan ser esos.

Sí, confinados en un hermoso planeta desde el que, mediante el ingenio y la imaginación, tratamos de escapar para saber, lo que existe fuera de nuestro entorno, en regiones remotas del Universo a las que no podemos llegar. Sin embargo, no perdemos la esperanza de que, algún día…

Y, mientras tanto, nosotros los humanos, una especie que ha logrado la consciencia de SER, estamos aquí confinados en este hermoso planeta que llamamos Tierra y, desde ella, tratamos de desvelar esos misterios y otros muchos llenos de secretos que en la Naturaleza subyacen para que los podamos desvelar. Parece mentira que en un planeta ígneo, incandescente, podemos ver ahora nuestro hermoso planeta que desde hace cuatro mil millones de años acoge la Vida.

“Su clima y su topografía varían continuamente, como las especies que viven en él. Y lo que es más espectacular,  hemos descubierto que todo el universo de estrellas y galaxias está en un estado de cambio dinámico, en el que grandes cúmulos de galaxias se alejan de otros hacia un futuro que será muy diferente del presente. Ahora sabemos que, vivimos en un tiempo prestado.”

El mundo que nos rodea es así porque está conformado por esas constantes de la Naturaleza que hacen que las cosas sean como las podemos observar. Le dan al universo su carácter distintivo y lo hace singular, distinto a otros que podría nuestra imaginación inventar. Estos números misteriosos, a la vez que dejan al descubierto nuestros conocimientos, también dejan al desnudo nuestra enorme ignorancia sobre el universo que nos acoge. Las medimos con una precisión cada vez mayor y modelamos nuestros patrones fundamentales de masa y tiempo alrededor de su invarianza; no podemos explicar sus valores.

Nunca nadie ha explicado el valor numérico de ninguna de las constantes de la Naturaleza. ¿Recordáis el 137? Ese número puro, adimensional, que guarda los secretos del electrón (e), de la luz (c) y del cuanto de acción (h). Hemos descubierto otros nuevos, hemos relacionado los viejos y hemos entendido su papel crucial para hacer que las cosas sean como son, pero la razón de sus valores sigue siendo un secreto profundamente escondido.

Y, a pesar de todo esto, el Universo, sigue siendo dinámico y cambiante de tal manera que no deja de evolucionar y, estrellas que hoy podemos ver brillando en el cielo, “mañana” habrán desaparecido parasiempre dando lugar a otros objetos y otras conformaciones pero, ni la masa ni la energía, habrán cambiado en el Universo.

Pero, y nosotros…¿habremos cambiado?, o, quizá como esas estrellas, tampoco estaremos aquí para cuando el Universo alcance esa fase final del frío absoluto en la que nada, ni el tiempo ni el espacio se podrá mover y, si eso llega… ¿dónde estarán los pensamientos de tantos?

Emilio Silvera Vázquez

Así las cosas, dentro de algunos miles de millones de años (o quizás antes), las escenas que arriba contemplamos será cosa del pasado y, para cuando eso llegue, esperemos que la Humanidad haya sabido evolucionar lo suficiente como para poder haber buscado otros mundos donde instalarse. Pero, ¿Qué pasará antes de que eso llegue?

Aristarco de Samos, el primer astrónomo que habló de un sistema heliocéntrico, él dijo que era la Tierra la que giraba alrededor del Sol. En la imagen detalle del Atlas de Andreas Cellarius (siglo XVII).

Scarbourogh Fair (Una historia de desamor

La Ciencia nos indica la manera de crear nuevos caminos que nos lleven hacia esa armonía que buscamos

Desde que Einstein en 1.905 nos dijo que el Tiempo no es un reloj universal que marcha al mismo ritmo para todos, y que un gemelo que parte en un viaje al espacio a gran velocidad no envejecerá tanto como el otro que se queda en casa, nada ha sido lo mismo. Esa paradoja la  entendemos y nos parece escandalosamente increíble, y pese a todo es correcta. Cosas así despiertan la imaginación de las personas curiosas que, de alguna manera, despiertan a otra realidad y constatan que sus conceptos del “mundo” estaban equivocados.

Estar equivocados nos sorprende y, al mismo tiempo, nos enseña algo sobre nosotros mismos. No solo hay cosas que no sabemos, sino que las cosas que creemos saber pueden no ser ciertas. Como nos dice la filosofía, nada es como se ve a primera vista, todo depende bajo el punto de vista desde el que miremos las cosas y, si es el correcto, estaremos en esa verdad que incansables buscamos.

No resulta nada fácil descubrir los caminos por los que deambula la Naturaleza y las razones que ésta tiene para recorrerlos  de la manera que lo hace y no de otra. Una cosa es cierta, la Naturaleza siempre trata de conseguir sus fines con el menor esfuerzo posible y, cuestiones que nos parece muy complicadas, cuando profundizamos en ellas como la ciencia nos exige, llegan a parecernos más sencillas y comprensibles. Todas las respuestas están ahí, en la Naturaleza.

“Este es un ensayo de Viktor Frankl neurólogo, psiquiatra, sobreviviente del holocausto y el fundador de la disciplina; que conocemos hoy como Logoterapia.

No eres Tú, soy Yo…

Eso le decía ella a el, cuando ya tenía un repuesta en la recamara ¿Son así de ladinas las mujeres?¿Quién te hace sufrir? ¿Quién te rompe el corazón? ¿Quién te lastima? ¿Quién te roba la felicidad o te quita la tranquilidad? ¿Quién controla tu vida?…

¿Tus padres? ¿Tu pareja? ¿Un antiguo amor? ¿Tu suegra? ¿Tu jefe?…

Podrías armar toda una lista de sospechosos o culpables. Probablemente sea lo más fácil. De hecho sólo es cuestión de pensar un poco e ir nombrando a todas aquellas personas que no te han dado lo que te mereces, te han tratado mal o simplemente se han ido de tu vida, dejándote un profundo dolor que hasta el día de hoy no entiendes.”

No veo que profesor pregunte por qué el llegar a saber también, nos puede hacer sufrir. Estamos en aquello de…, ” ojos que no ven, corazón que no siente”.

Claro que, no siempre, cuando alcanzamos las respuestas y el saber llega a nosotros, podemos sentir felicidad, toda vez que, al ser consciente de la realidad, no pocas veces sufrimos. Existen mundos imposibles en los que, criaturas inimaginables pudieran estar gestando el venir a visitarnos para acabar con nuestra especie. ¿Nos gustaria saber de su existencia? ¿O, el amigo que no fue digno de tu conficnza? ¡La cruda realidad no siempre es de nuestro agrado, y, sin embargo, yo la prefiero!

Alguna vez me he preguntado si el conocimiento nos puede traer la felicidad y, la respuesta no es nada sencilla. Muchas veces he podido sentir cómo al adquirir un nuevo conocimiento he sentido dolor por comprender lo que hay detrás de ese conocimiento. Otras veces, el dolor lo he sentido al ver a tantas criaturas faltas de conocimiento, no le dieron ninguna oportunidad. ¿Otra paradoja? ¿Como se puede sentir lo mismo, en este caso dolor, por una cosa y la contraria? ¡Qué compleja es nuestra mente!

Algún pensador ha dicho:

“La paradoja de nuestro tiempo en la historia es que  tenemos edificios más altos pero temperamentos más cortos,  autopistas más anchas, pero puntos de vista más estrechos.  Gastamos más pero tenemos menos, compramos más, pero gozamos menos.  Tenemos casas más grandes y familias más pequeñas, más conveniencias, pero menos tiempo.  Tenemos más grados y títulos pero menos sentido,  más conocimiento, pero menos juicio,  más expertos, sin embargo más problemas,  más medicina, pero menos bienestar. “

¿No será que no hemos aprendido a determinar lo que realmente tiene algún valor? Somos tan torpes que elegimos aquello que nos cuesta mucho dinero y sacrificio conseguir y, no le damos importancia a esa mirada, la caricia del auténtico Amor, la risa de los niños.

Bueno, para no variar comencé un viaje hacia el “universo de Einstein” y llegué a un extraño mundo que no estaba en el mapa de mis pensamientos primeros, así que regreso sobre mis pasos y retomo el sendero que dejé para continuar comentándoles a ustedes algunas cuestiones.

Como algunos recordaréis, Albert Einstein fue escogido por la Revista Time (el nombre resulta irónico en ese caso concreto) como la personalidad del siglo XX. Precisamente comenzó ese siglo de manera impresionante en su año milagroso de 1.905. En ese año, inspirado en el trabajo de Planck del cuanto y yendo un poco más allá, dio la demostración estadística de la naturaleza atómica de la materia y, con su explicación de los fotones que inciden en superficies metálicas, que le valió el Nobel de Física , ayudó a poner en marcha la revolución cuántica con la que nunca se sintió cómodo. Claro que, no fue aquello lo que le llevó a la popularidad. La fama de Einstein le vino de la mano de la “relatividad”, la teoría de la estructura del espacio-tiempo, la geometría del Universo.

El espacio-tiempo de Einstein situó al ser humano en lugar más cercano al Universo.  Le hizo comprender que era una parte de la Naturaleza,  la que piensa. Y, pensando, llegamos a saber lo que el espacio-tiempo es, que los átomos son demasiado pequeños, los fotones demasiados y que, en realidad, no podemos tener opiniones firmes sobre estas cosas. Cuando recibimos noticias sobre ellas, las aceptamos como parte del progreso periódico y metódico de la ciencia. La materia está hecha (de tipos de) unidades indivisibles; la luz tiene una naturaleza de onda y partícula a la vez. Quien no es científico no tiene pruebas para contradecir el primer enunciado y ninguna comprensión clara sobre lo que se entiende sobre el segundo. Pero en 1.905 Einstein nos dijo también que el Tiempo es distinto para cada uno de nosotros dependiendo de un ritmo que lo hace relativo.

 Mientras que para los enamorados el tiempo vuela, para el enfermo pasando dolor en la cama de un hospital… el Tiempo se hace eterno.

La relatividad, o la física del espacio-tiempo, con su aura de los agujeros negros y un universo en expansiòn, capta nuestra atención porque es la materia de la vida diaria – espacio y tiempo- hecha exótica, como si el Asesor Fiscal consujera un Ferrari vestido con una túnica indonesia. Esto explica (de alguna mnanera) la constancia y fijación, la constante fascinación  que ejerce sobre los legos con algunos conocimientos científicos.

También explica la importancia de la relatividad para aquellos con demasiada poca paciencia y quizá demasiado autoconfianza. Cualquier físico relativista ha pasado por la experiencia de recibir, varias veces al año, una nueva teoría de la relatividad remitida por un pensador no-tradicional con inclinaciones técnicas que no ha “leído todos los libros” pero donde estaba equivocado Einstein.

Es curioso como otros (que sí han leído todos los libros) que trabajan cada día con los detalles finos de las matemáticas aplicadas, haciendo un trabajo honesto  y dirigiendo todos los esfuerzos a lo que podría ocurrir en una colisión de dos agujeros negros masivos, el asombro que al principio pudiera sentir con los resultados, quedan diluidos con la familiariadad del trabajo cotidiano que nos lleva a entender aquellos “asombrosos” resultados como más cercanos y menos extraño. El conocimiento aleja el asombro.

      Si, tratamos de saber… Alejar de nosotros la ignorancia y el asombro

Este pequeño librito es una buena introducción a la Relatividad Especial y el ideal para consultas, escrito por Edwon Taylor y Jhon Wheeler nos lleva a dar un paseo por las intrincadas carreteras del espacio-tiempo, por la verdadera naturaleza del espacio y el tiempo que no siempre podemos llegar a comprender. El espacio y el tiempo son tan viejos (más) como el pensamiento humano. Los pensadores clásicos ya tuvieron mucho que decir sobre el tema. Algo de ello parece ahora curiosamente  ingenuo, y algo de ello sigue siendo impresionante profundo (fijaos en Zenón, ¿no os parece que ha sabido envejer de la manera más adecuada).

Claro que, las ideas modernas han necesitado miles de años para evolucionar y que encuentran su ubicación precisa en las matemáticas, el lenguaje del que finalmente, se vale la ciencia para explicar lo que las palabras no pueden. Por otra parte, es una sorpresa agradable que las claves de una discusión tan moderna de conceptos científicos incluidos en la relatividad, sean accesibles a quiénes no teniendo una formación matemática y física, asimile cuestiones algunas veces complejas pero, si se explican bien…

El libro de Taylor y Wheeler comienza con la historia de una persona que cruza un pequeño puente que cruza un río de arco y estrecho que corre por un paisaje llano. Aquella persona mira directamente río arriba y quiere dar una descripción cuantitativa de la localización de los lugares de interés, como el campanario de la Iglesia.

Podría hacerlo de muchas formas diferentes. Podría decir que el campanario está a 024 metros de ella, y en una dirección a un ángulo de 30 grados a la  izquierda. Alternativamwente podría advertir que la camapa está a 800 metros “hacia delante” (en dirección río arriba) y 462 metros “a la izquierda” (lo que signiofica 462 metros a la izquierda del río. Lo que es común a ambos métodos de descripción (y a cualquier otro método) es que debe especificar dos números. Por esa razón decimos que el conjunto de localizaciones en el paisaje es un mundo bidemensional. En física se suele decir que las medidas están hechas por un “observador” y el método de localizar puntos en un “sistema de referencia” asociado al observador. Los números concretos a los que llega el observador (tales como 800 metros y 462 metros) se denominan “coordenadas” de una localización.

La existencia y la importancia de estos términos especiales sugiere correctamente que puede haber otros observadores y otros sistemas de referencia. De hecho, de esto es de lo que trata la relatividad: de relación entre medidas (es decir, coordenadas) en diferentes sistemas de referencia. Es crucial, entonces, que tengamos otro observador y que nuestros observadores discrepen en las medidas.

Provistos de una jerga bastante especial podemos ahora meter la punta del lápiz en el espacio-tiempo. (Igual que las localizaciones son los lugares de un paisaje, los “sucesos” son los lugares en el espacio-tiempo. Un suceso en cierto lugar u cierto tiempo. Es una posición en el tiempo tanto como en el espacio. Evidentemente el mundo de tales sucesos -el mundo que llamaremos espacio-tiempo- es tetradimensional. Se necesitan tres coordenadas para especificar el “donde” de un suceso, y una coordenada para especificar el “cuando”.

En eso de que todo es relativo, acordaos de aquel Jefe de Estación que miraba pasar el tren y veía, como desde una de las ventanillas, un niño arrojaba una pelota de goma a una velocidad de 20 Km/h. El tren marchaba a 100 Km/h. Resulta que el padre del niño, sentado junto a él, llevaba una máquina que media la velocidad a la que corria la pelota y, el Jefe de Estación, pasado en el Anden, tenía otra igual que también la media. El resultado de ambas mediciones era discrepante. Al padre del niño le daba una medida de 20 Km/h, mientras que al Jede de Estación le dió una medida de 120 IKm/h. ¿cómo podía ser eso? Lo cierto es que, el padre del miño que portaba la máquina, también estaba en movimiento a 100 Km/h que la máquina no media, dado que ella, también se movía y sólo media la velocidad de la pelotita. El Jefe de Estación parado en el Anden, midió que la pelota corria hacia adelante a 120 Km/h,. es decir, la máquina había sumado los 20 Km/h con los que el niño impulso a la pelota más los 100 Km/h a los que marchaba el tren.

Así, el mismo suceso, medido por dos observadores diferentes y con sistemas de referencias diferentes, no podían dar, el mismo resultado. Claro que, ejemplos de la relatividad especial podríamos dar muchos que han sido confirmados y que, al no estar familiarizados con ellos, nos llevarían hacia el asombro que todo ignorante siente ante hechos incomprensibles pero, maravillosos.

La relatividad tanto especial como general, nos trajeron muchas cosas y, sobre todo, muchas promesas que no todas se han cumplido (aún). En relación a una de ellas, alguien ha pronosticado que entre 2,.010 y 2.015, un detector de ondas gravitatorias en vuelo espacial llamado LISA nos revelará la distorsión del espacio-tiempo alrededor de muchos agujeros negros masivos en el universo lejano, y cartografiará dicha distorsión con exquisito detalle  -los tres aspectos de la distorsión:  la curvatura del espacio, la distorsión del tiempo y el torbellino del espacio-tiempo alrededor del horizonte.

En nuestro Universo ocurren sucesos que no hemos sabido detectar y que, de alguna manera, nos mostrarían otra clase de Universo, es decir, el Universo sería el mismo pero, lo veríamos de otra manera. Hasta el momento el Universo que conocemos es ese que nos han posibilidado los fotones. Las ondas de luz captadas por los potentes telescopios que nos traen hasta nosotros a las más lejanas galaxias, los cúmulos y a las más bellas Nebulosas. Sin embargo, ahí fuera, ocurren otras muchas cosas que no podemos ver. ¿Qué pasará realmente con el espacio-tiempo en presencia de esas inmensas densidades de materia que viven dentro de los agujeros negros gigantes y, que pasará, cuando dos ellos chocan?

                                       Es cierto, como nos dicen los del Instituto de Astrofísica de Andalucía:

“CASI TODO LO QUE SABEMOS DEL COSMOS LO HEMOS APRENDIDO mediante el análisis de la luz que nos llega de él. Con mayor generalidad deberíamos referirnos a la observación de la radiación electromagnética, de la que la luz visible es solo una parte. Y decimos “casi todo” porque los rayos cósmicos y los neutrinos nos aportan también importantes claves. En cualquier caso, nuestro modelo del universo más allá de la Tierra es, en buena medida, una imagen tallada con herramientas electromagnéticas. Un modelo muy rico, sin duda alguna. Pero quizá, por estar esencialmente construido a partir de estas proyecciones sobre nuestros muros de luces y sombras solo electromagnéticas, podría ser también un modelo sesgado. ¿Cómo saberlo? ¿Disponemos de alguna manera independiente para evaluar, y en su caso enriquecer, este modelo de génesis electromagnética? La respuesta es sí: las denominadas ondas gravitatorias nos proporcionan lo que podemos considerar como otra luz con la que observar el cosmos, complementaria e independiente a la luz electromagnética.”

 

Montserrat Villar, fue la coordinadora del Año Internacional de la Astronomía en España y es investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC). Una científica muy bien preparada a la que el mundo (aunque no siempre es consciente de ello), le debe algunos favores. Su entrega más allá del deber… ¡La hace muy especial!

Mi amiga Montserrat, estando juntos en la celebración del Año Internacional de la Astronomía medijo: “”La auténtica revolución para el ser humano sería encontrar vida fuera de la Tierra” Y, desde luego, ese es el sueño de muchos Astrónomos y Astrofísicos que piensan en la inmensa posibilidad que existe de que, la Vida, pulule por todo el Universo. Sin embargo, son las distancias por una parte y el tiempo por la otra, las que nos ponen muros por delante que, al menos de momento, no podemos franquear.

En cuanto a las Ondas gravitacionales (OG) es una de las predicciones más importantes de la Teoría de la Relatividad General de Einstein. A nivel mundial, se está realizando un gran esfuerzo para descubrir la radiación gravitacional, ya que su detección será la prueba contundente para verificar la teoría de Einstein. El estudio de las OG se realiza desde el punto de vista teórico, numérico y experimental. Se espera que pronto tengamos algunos resultados muy fiables que vengan a confirmar (como ya pasó con otros aspectos de la teoría) que lo que nos dicen las ecuaciones de campo de la relatividad general, es un fiel reflejo de lo que el Universo es.

Una onda gravitacional es una pequeña fluctuación en la curvatura de la tela del espacio-tiempo, la cual se propaga en forma de ola, viajando hacia a fuera a partir de un objeto o un sistema de objetos en movimiento. Fue predicha por Einstein, y su estudio podría contestar el gran interrogante sobre cuál es la naturaleza de la gravedad. Aunque la radiación gravitacional no ha sido medida directamente, su existencia se ha demostrado indirectamente, y se piensa que podría estar ligada a violentos fenómenos cósmicos. Una sofisticada antena interferométrica espacial llamada LISA, que será puesta en órbita en la próxima década, se dedicará a detectar y analizar las ondas gravitacionales.

                  ¿Qué son las ondas gravitacionales?

Una onda gravitacional es una pequeña fluctuación en la curvatura de la tela del espacio-tiempo, la cual se propaga en forma de ola, viajando hacia a fuera a partir de un objeto o un sistema de objetos en movimiento. Fue predicha por Einstein, y su estudio podría contestar el gran interrogante sobre cuál es la naturaleza de la gravedad. Aunque la radiación gravitacional no ha sido medida directamente, su existencia se ha demostrado indirectamente, y se piensa que podría estar ligada a violentos fenómenos cósmicos. Una sofisticada antena interferométrica espacial llamada LISA, se dedicará a detectar y analizar las ondas gravitacionales.

  ¿Qué pasa cuando chocan dos agujeros negros?

Cuando dos galaxias se unen, sus agujeros negros supermasivos (miles de millones el tamaño del sol) eventualmente tienen que interactuar, ya sea en un violento impacto directo o acercándose hacia el centro hasta tocarse uno con otro. Y es ahí donde las cosas se ponen interesantes. En vez de acercase de buena manera, las fuerzas de ambos monstruos son tan extremas que uno de ellos es pateado fuera de la galaxia recién unida a una velocidad tan tremenda que nunca puede regresar. Por su parte, el agujero que da la patada recibe una enorme cantidad de energía, que inyecta en el disco de gas y polvo que lo rodea. Y entonces este disco emite un suave resplandor de rayos X que dura miles de años. El choque de dos agujeros negros es un suceso rarísimo y, como de manera directa nunca lo hemos podido observar, aquí dejamos una referencia de lo que creemos que podría ser.

No son pocos los sucesos que están presentes en el Universo y de los que no tenemos ni idea y otros, que sabemos que están ahí pero, son también unos completos desconocidos. Es mucho lo que nos queda por andar en este inmenso campo que, no está precisamente llano y, en el largo camino de la ciencia, nos encontramos con grandes inconvenientes que sirven de freno a nuestras ánsias de saber.

           ¿Qué pasa cuando chocan dos galaxias?

Es muy común que las galaxias choquen e interactúen unas con otras. De hecho, se cree que las colisiones y uniones entre galaxias son uno de los principales procesos en su evolución. La mayoría de las galaxias han interactuado desde que se formaron. Y lo interesante es que en esas colisiones no hay choques entre estrellas. La razón es que el tamaño de las estrellas es muy pequeño comparado con la distancia entre ellas. En cambio, el gas y el polvo sí interactúan de tal manera que incluso llegan a modificar la forma de la galaxia. La fricción entre el gas y las galaxias que chocan produce ondas de choque que pueden a su vez iniciar la formación de estrellas en una región dada de la galaxia.

El texto de arriba es algo contradictorio como muchos otros que sobre el Universo podemos leer. Si resulta que el choque de galaxias es de lo más normal en el Universo (como de hecho sabemos), ¿cómo pueden decirnos más arriba que el choque de agujeros negros es muy raro, si resulta que en “casi” todas las galaxias, en sus núcleos, residen grandes agujeros negros, al colisonar éstas es lógico pensar que, sus agujeros negros, también lo hagan.

El Universo de Einstein…, al menos hasta el momento, ha resultado ser cierto y, aunque los científicos del Proyecto OPERA se empeñaran en hacer correr a los neutrinos algo más que a los fotones (el límite marcado por Einstein para la velocidad que se puede alcanzar en el Universo, es decir, la Luz, c, que en el vacío alcanza los 299.792.458 metros por segundo), lo cierto es, que todo fue un equívoco y, el fotón, sigue firme como el Peñón de Gibraltar como diría Dirac.

Lo cierto es que, saber, lo que se dice saber…sabemos algo pero muy poco como para poder sacar pecho y pasear por ahí pavoneándonos de los listos que somos. Es mejor admitir nuestra gran ignorancia y, siendo conscientes de ello, luchar con más fuerza por erradicarla. ¡Ah! Pero una cosa que estamos repitiendo una y otra vez, resulta ser falsa: El saber si ocupa lugar. Lugar en el espacio (tengo la librweria a doble hilera y me cuesta encontrar lo que necesito), de tiempo, buscar información sobre los temas tratados se lleva un gran período de tiempo al tener que hacer los apartados más convenientes para el trabajo que se desea presentar y, por último, algún que otro dinero que, se nos va cuando podemos ver este o aquel nuevo libro que nos promete emociones nuevas.

Emilio Silvera Vázquez