La Física del siglo XX empezó exactamente en el año 1900, cuando el físico alemán Max Planck propuso una posible solución a un problema que había estado intrigando a los físicos durante años. Es el problema de la luz que emiten los cuerpos calentados a una cierta temperatura, y también la radiación infrarroja emitida, con menos intensidad, por los objetos más fríos. Planck escribió un artículo de ocho páginas y el resultado fue que cambió el mundo de la física y aquella páginas fueron la semilla de la futura ¡mecánica cuántica! que, algunos años más tardes, desarrollarían físicos como Einstein (Efecto fotoeléctrico), Heisenberg (Principio de Incertidumbre), Feynman, Bhor, Schrödinger, Dirac…

 

 

 

 La expresión radiación se refiere a la emisión continua de energía de la superficie de todos los cuerpos. Los portadores de esta energía son las ondas electromagnéticas  producidas por las vibraciones de las partículas cargadas  que forman parte de los átomos y moléculas de la materia. La radiación electromagnética que se produce a causa del movimiento térmico de los átomos y moléculas de la sustancia se denomina radiación térmica o de temperatura.

 Ley de Planck para cuerpos a diferentes temperaturas.

Curvas de emisión de cuerpos negros a diferentes temperaturas comparadas con las predicciones de la física clásica anteriores a la ley de Planck.

Estaba bien aceptado entonces que esta radiación tenía un origen electromagnético y que se conocían las leyes de la naturaleza que regían estas ondas electromagnéticas. También se conocían las leyes para el frío y el calor, la así llamada “termodinámica”, o al menos eso parecía.

 

Pero si usamos las leyes de la termodinámica para calcular la intensidad de la radiación, el resultado no tiene ningún sentido. Los cálculos nos dicen que se emitiría una cantidad infinita de radiación en el ultravioleta más lejano, y, desde luego, esto no es lo que sucede. Lo que se observa es que la intensidad de la radiación muestra un pico o una cierta longitud de onda característica, y que la intensidad disminuye tanto para longitudes mayores como para longitudes menores. Esta longitud característica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta del objeto radiante (la temperatura absoluta se define por una escala de temperatura que empieza a 273 ºC bajo cero). Cuando a 1.000 ºC un objeto se pone al “rojo vivo”, el objeto está radiando en la zona de la luz visible.

 

            Acero al  “rojo vivo”, el objeto está radiando en la zona de la luz visible.

Lo que Planck propuso fue simplemente que la radiación sólo podía ser emitida en paquetes de un tamaño dado. La cantidad de energía de uno de esos paquetes, o cuantos, es inversamente proporcional a la longitud de onda y, por lo tanto, proporcional a la frecuencia de la radiación emitida. La sencilla fórmula es:

 

E =

 

Donde E es la energía del paquete, v es la frecuencia y h es una nueva constante fundamental de la naturaleza, la constante de Planck. Cuando Planck calculó la intensidad de la radiación térmica imponiendo esta nueva condición, el resultado coincidió perfectamente con las observaciones.

 

 

Poco tiempo después, en 1905, Einstein formuló esta teoría de una manera mucho más tajante: el sugirió que los objetos calientes no son los únicos que emiten radiación en paquetes de energía, sino que toda la radiación consiste en múltiplos del paquete de energía de Planck.

El príncipe francés Louis Victor de Broglie, dándole otra vuelta a la teoría, que no sólo cualquier cosa que oscila tiene una energía, sino que cualquier cosa con energía se debe comportar como una “onda” que se extiende en una cierta dirección del espacio, y que la frecuencia, v, de la oscilación verifica la ecuación de Planck. Por lo tanto, los cuantos asociados con los rayos de luz deberían verse como una clase de partículas elementales: el fotón. Todas las demás clases de partículas llevan asociadas diferentes ondas oscilatorias de campos de fuerza.

Es curioso el comportamiento de los electrones en el interior del átomo, descubierto y explicado por el famoso físico danés Niels Bohr, se pudo atribuir a las ondas de De Broglie. Poco después, en 1926, Edwin Schrödinger descubrió como escribir la teoría ondulatoria de De Broglie con ecuaciones matemáticas exactas. La precisión con la cual se podían realizar los cálculos era asombrosa, y pronto quedó claro que el comportamiento de todos los objetos pequeños quedaba exactamente determinado por las recién descubiertas “ecuaciones de onda cuántica”.

                                                                             Función de Onda

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“Inicialmente, se presenta, de modo simplificado, el Modelo Estándar como una teoría sofisticada que identifica las partículas elementales y sus interacciones. Después, en el ámbito de esa teoría, se enfocan aspectos – el vacuo no es vacío; partículas desnudas y vestidas; materia oscura y viento oscuro; materia y antimateria; el campo y el bosón de Higgs; neutrinos oscilantes – que pueden ser motivadores desde el punto de vista de la enseñanza y del aprendizaje de la Física. Finalmente, se discute la probable superación de esa teoría por otra más completa.”

Los leptones y los quarks son fermiones, las partículas elementales que conforman la materia. Los quarks sienten la fuerza fuerte, se unen para formar partículas más complejas como protones y neutrones, y tienen cargas eléctricas fraccionarias. Los leptones, como los electrones y los neutrinos, no participan en la fuerza fuerte, solo interactúan mediante las fuerzas electromagnética y débil, y tienen cargas eléctricas enteras o son neutros. 

La Física actual busca una teoría más amplia que el modelo estándar . Una teoría que dé una descripción completa, unificada y consistente de la estructura fundamental del universo. ¿Será la compleja Teoría de cuerdas, que integra también la interacción gravitatoria?

El modelo estándar es una poderosa herramienta pero no cumple todas las expectativas; no es un modelo perfecto. En primer lugar, podríamos empezar por criticar que el modelo tiene casi veinte constantes que no se pueden calcular. Desde luego, se han sugerido numerosas ideas para explicar el origen de todos estos parámetros o números inexplicables y sus valores, pero el problema de todas estas teorías es que los argumentos que dan nunca han sido enteramente convincentes. ¿Por qué se iba a preocupar la naturaleza de una fórmula mágica si en ausencia de tal fórmula no hubiera contradicciones? Lo que realmente necesitamos es algún principio fundamental nuevo, tal como el principio de la relatividad, pero no queremos abandonar todos los demás principios que ya conocemos. Ésos, después de todo, han sido enormemente útiles en el descubrimiento del modelo estándar. El mejor lugar para buscar un nuevo principio es precisamente donde se encuentran los puntos débiles de la presente teoría y, construímos máquinas como el LHC para que nos diga lo que no sabemos.

Una regla universal en la física de partículas es que para partículas con energías cada vez mayores, los efectos de las colisiones están determinados por estructuras cada vez más pequeñas en el espacio y en el tiempo. El modelo estándar es una construcción matemática que predice sin ambigüedad cómo debe ser el mundo de las estructuras aún más pequeñas. Pero existen varias razones para sospechar que sus predicciones pueden, finalmente (cuando podamos emplear más energía en un nivel más alto), resultar equivocadas.

Vistas a través del microscopio, las constantes de la naturaleza parecen estar cuidadosamente ajustadas sin ninguna otra razón aparente que hacer que las partículas parezcan lo que son. Hay algo muy erróneo aquí. Desde un punto de vista matemático no hay nada que objetar, pero la credibilidad del modelo estándar se desploma cuando se mira a escalas de tiempo y longitud extremadamente pequeñas, o lo que es lo mismo, si calculamos lo que pasaría cuando las partículas colisionan con energías extremadamente altas. ¿Y por qué debería ser el modelo válido hasta aquí? Podrían existir muchas clases de partículas súper pesadas que no han nacido porque se necesitan energías aún inalcanzables. ¿Dónde está la partícula de Higgs? ¿Cómo se esconde de nosotros el gravitón?

Parece que el Modelo estándar no admite la cuarta fuerza y tendremos que buscar más profundamente, en otras teorías que nos hablen y describan además de las partículas conocidas de otras nuevas que están por nacer y que no excluya la Gravedad. Ese es el Modelo que necesitamos para conocer mejor la Naturaleza.

Claro que las cosas no son tan sencilla y si deseamos evitar la necesidad de un delicado ajuste de las constantes de la naturaleza, creamos un nuevo problema: ¿cómo podemos modificar el modelo estándar de tal manera que el ajuste fino no sea necesario? Está claro que las modificaciones son necesarias, lo que implica que muy probablemente haya un límite más allá del cual el modelo tal como está deja de ser válido. El modelo estándar no será nada más que una aproximación matemática que hemos sido capaces de crear, de forma que todos los fenómenos que hemos observado hasta el presente están reflejados en él, pero cada vez que se pone en marcha un aparato más poderoso, tenemos que estar dispuestos a admitir que puedan ser necesarias algunas modificaciones del modelo para incluir nuevos datos que antes ignorábamos.

Más allá del modelo estándar habrá otras respuestas que nos lleven a poder hacer otras preguntas que en este momento, no sabemos ni plantear por falta de conocimientos.  Si no conociéramos que los protones están formados por Quarks, ¿Cómo nos podríamos preguntar si habrá algo más allá de los Quarks?

El gobierno de Estados Unidos, después de llevar gastados miles de millones de dólares, suspendió la construcción del super-colisionador superconductor de partículas asestando un duro golpe a la física de altas energías, y se esfumó la oportunidad para obtener nuevos datos de vital importancia para el avance de este modelo, que de momento es lo mejor que tenemos.

“Esta relación del modelo estándar se consigue con bosones de Higgs elementales en dobletes electrodébiles; está verificado experimentalmente a más del 1%. Aquí, g y g′ son acoplamientos gauge SU(2) y U(1) y tanθ_W = g′/g define el ángulo de mezcla débil.

La importante idea de una nueva interacción fuerte de gauge de fermiones sin masa en la escala electrodébil F_EW que conducen a la ruptura espontánea de su simetría quiral, de la cual un sugrupo SU(2) ⊗ U(1) es de gauge débil, fue propuesta por primera vez en 1979 por S. Weinberg​ and L. Susskind.​ Este mecanismo “technicolor” es natural ya que no necesita ajuste fino de parámetros.”

Se han estado inventando nuevas ideas, como la supersimetría y el technicolor. Los astrofísicos estarán interesados en tales ideas porque predicen una gran cantidad de nuevas partículas superpesadas, y también varios tipos de partículas que interaccionan ultra-débilmente, los technipiones. Éstas podrían ser las WIMP’s (Weakly Interacting Massive Particles, o Partículas Masivas Débilmente Interactivas) que pueblan los huecos entre las galaxias, y serían así las responsables de la masa perdida que los astrofísicos siguen buscando y llaman “materia oscura”.

Que aparezcan “cosas” nuevas y además, imaginarlas antes, no es fácil. Recordemos cómo Paul Dirac se sintió muy incómodo cuando en 1931 dedujo, a partir de su ecuación del electrón, que debería existir una partícula con carga eléctrica opuesta.

Esa partícula no había sido descubierta y le daba reparo perturbar la paz reinante en la comunidad científica con una idea tan revolucionaria, así que disfrazó un poco la noticia: “Quizá esta partícula cargada positivamente, tan extraña, sea simplemente el protón”, sugirió. Cuando poco después se identificó la auténtica antipartícula del electrón (el positrón) se sorprendió tanto que exclamó: “¡Mi ecuación es más inteligente que su inventor!”. Este último comentario es para poner un ejemplo de cómo los físicos trabajan y buscan caminos matemáticos mediante ecuaciones de las que, en cualquier momento (si están bien planteadas), surgen nuevas ideas y descubrimientos que ni se podían pensar. Así pasó también con las ecuaciones de Einstein de la relatividad general, donde Schwarzschild dedujo la existencia de los agujeros negros.

Se piensa que al principio del comienzo del tiempo, cuando surgió el Big Bang, las energías eran tan altas que allí reinaba la simetría total; sólo había una sola fuerza que todo lo englobaba. Más tarde, a medida que el universo se fue expandiendo y enfriando, surgieron las cuatro fuerzas que ahora conocemos y que todo lo rigen. Tenemos los medios, en los supercolisionadores de partículas, para viajar comenzando por 1.000 MeV, hasta finalizar en cerca de 10¹⁹ MeV, que corresponde a una escala de longitudes de aproximadamente 10^–30 cm. Howard Georgi, Helen Quinn y Steven Weinberg descubrieron que ésta es la región donde las tres constantes de acoplamiento gauge se hacen iguales (U(1), SU(2) y SU(3)); resultan ser lo mismo. ¿Es una coincidencia que las tres se hagan iguales simultáneamente? ¿Es también una coincidencia que esto suceda precisamente en esa escala de longitud? Faltan sólo tres ceros más para alcanzar un punto de retorno. Howard Georgi y Sheldon Glashow descubrieron un modelo genuinamente unificado en el dominio de energías de 10¹⁹ MeV tal que, cuando se regresa de allí, espontáneamente surgen las tres fuerzas gauge tal como las conocemos. De hecho, ellos encontraron el modelo; la fórmula sería SU(5), que significa que el multiplote más pequeño debe tener cinco miembros.

Materia y Energía Oscura… Un Misterio…Sin resolver.

Y, a todo esto, ¿dónde está esa energía oculta? ¿Y donde la materia? Podemos suponer que la primera materia que se creo en el Universo fue la que llamamos (algún nom,bre había que ponerle) “Materia Oscura”, esa clase de Ilem o sustancia primera del Universo que mejor sería llamarla invisible, ya que, de no ser así, difícil sería explicar cómo se pudieron formar las primeras estrellas y galaxias de nuestro Universo, ¿Dónde está el origen de la fuerza de Gravedad que lo hizo posible, sino en esa materia escondida?

¡Lo dicho! Necesitamos saber, y, deseo que de una vez por todas, se cumpla lo que dejó dicho Hilbert en su tumba de Gotinga (Alemania): “Tenemos que saber, ¡sabremos!. Pero…

¡Que sea pronto!

Emilio Silvera V.

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El paso del planeta, las especies que lo habitaron, las extinciones, nuestra llegada.

 

La fascinante historia de las eras geológicas de la Tierra se divide en Eones y Eras, comenzando con el Hádico (la formación del planeta, sin registro rocoso, hace 4.000 millones de años), seguido por el Eón Arcaico (formación de las rocas y las primeras bacterias), el Eón Proterozoico  (aumento del Oxígeno atmosférico) y el Eón Fanerozoico (la Era del Registro Fósil visible).  Este último se divide en las eras Paleozoica (vida compleja en los océanos),  Mesozoica (la era de los dinosaurios) y  Cenozoica  (la era de los mamíferos, incluyendo el reciente Antropoceno, marcado por la influencia humana). 

• Formación de la Tierra:

  Se formó a partir del polvo y gas del sistema solar, un proceso que también creó el Sol y los planetas. 
• Ausencia de registro rocoso:

  No se conservan rocas de este tiempo, por lo que no hay división en eras, sino que se estudia a través de minerales reciclados. 

Eón Arcaico (hace 4.031 a 2.500 millones de años)

• Enfriamiento de la corteza: La corteza terrestre se enfrió lo suficiente para formar rocas y placas continentales. 
• Inicio de la vida: Se formaron las primeras bacterias y algas en la superficie de la Tierra. 

Eón Proterozoico (hace 2.500 a 541 millones de años) 

• Aumento del oxígeno: Se caracteriza por un aumento significativo del oxígeno en la atmósfera.

Eón Fanerozoico (hace 541 millones de años hasta la actualidad)

Se divide en las siguientes eras principales:

• Era Paleozoica (hace 541 a 252 millones de años):
  • Surgió una vida compleja en los océanos. 
  • En la Península Ibérica se formaron las cordilleras que hoy conforman el sistema Ibérico. 
• Era Mesozoica (hace 252 a 66 millones de años):
  • Conocida como la “Era de los dinosaurios”. 
• Era Cenozoica (hace 66 millones de años hasta el presente):
  • Marca el inicio de la diversidad de los mamíferos. 
  • Antropoceno: Una época geológica reciente definida por el impacto de la actividad humana sobre la Tierra. 

El pasado de nuestro mundo del que debemos conocer todos esos acontecimientos acaecidos a lo largo del Tiempo para comprender como ha evolucionado nuestro planeta y las condiciones que fueron necesarias para la llegada de las distintas especies hasta que finalmente, desembarcó la vida inteligente que no siempre demuestra que lo es.

Emilio Silvera V.

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Convivimos con ellas en el mismo planeta, disfrutamos del mismo aire, de los ecosistemas que hacen posible nuestra supervivencia, y, de alguna manera, con algunas de ellas nos comunicamos aunque solo sea de manera incompleta, y, además, en algunas especies hemos detectado los sentimientos.

Así resulta ser en la Tierra e imaginamos que en otros miles de millones de mundos, pasará algo parecido. Creer que somos los elegidos, que la Tierra es el único planeta que puede contener formas de vida de una gran diversidad, hasta la inteligente… ¡Es de ignorante!

Sabemos que gracias al Sol, la estrella que nos alumbra y nos manda su luz y su calor, es posible la vida en este planeta. También sabemos que las estrellas como nuestro Sol, de la clase G2v, es una de las más corrientes y que, solo en la Vía Láctea, pueden existir unos 30.000 millones de “soles”.

Existen otros mundos como la Tierra que tienen las condiciones para la Vida

Un gran porcentaje de esos 30.000 millones de “soles”, tienen sus propios sistemas planetarios, y, no pocos de ellos tienen planetas en las zonas habitables. y, siendo así (que lo es)… ¿Cómo podemos dudar de que habrá vida en muchos planetas situados a decenas, cientos, miles o millones de años luz de la Tierra?

El Universo es igual en todas partes, todas sus regiones (por alejadas que estén), están regidas por las mismas fuerzas fundamentales y las Constantes Universales. Así las cosas, lo que pasó “aquí” también habrá pasado “”allí”.

Imagen de la Tierra vista desde el Espacio

¡Vida solo en la Tierra! Se puede ser más engreído. Denota tanta ignorancia como defender que la Tierra es plana.

Emilio Silvera V.

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En no pocos aspectos, se le presta poca atención a las actividades que China lleva a cabo en las distintas disciplinas del saber humano: Medicina, tecnología, arquitectura, espaciales… Sin embargo, callados pero no inactivos, ellos siguen intentando superarse en todas las actividades científicas y tecnológicas que intenta la Sociedad Humana, y, algún día, nos dará una gran sorpresa.

 

 

“China ha demostrado avances significativos en arquitectura, particularmente con su propia estación espacial, y en misiones espaciales, siendo el tercer país en enviar humanos al espacio y el primero en aterrizar y recolectar muestras de la cara oculta de la Luna con su programa Chang’e.El país avanza con la construcción de la estación Tiangong, planea vuelos tripulados a la Luna y desarrolla tecnologías como cohetes reutilizables y lanzadores para basura espacial, con el objetivo a largo plazo de liderar la exploración espacial global para 2050. “

 

A medida que el Tiempo transcurre inexorable, la idea de tomar posesión e instalarse en los planetas y lunas cercanas, toma mayor significado. Nadie duda  a estas alturas que el futuro de la Humanidad estará en el Espacio, y, contar con bases en la Luna, en Marte y en otros pequeños “mundos”, será de vital importancia.

China ya ha llegado a Marte con su misión Tianwen-1, que aterrizó en el planeta en 2021 con el rover Zhurong, y planea la misión Tianwen-3 para 2028, con el objetivo de traer muestras de vuelta a la Tierra en 2031. Las misiones tienen como objetivo estudiar la geología, el clima y, especialmente, la posible existencia de vida pasada en Marte. 

El último descubrimiento de la NASA en Marte no deja ninguna duda sobre el agua. La pregunta es cómo llegar hasta ella.

Ya no hay dudas de que Marte albergó océanos de agua en el pasado. La pregunta ahora es qué ocurrió con toda ella.

 

Diagrama que ilustra la capa llena de agua, detectada por el módulo de aterrizaje InSight

Los investigadores recuerdan que, en estos momentos, todo lo que podemos esperar en la superficie marciana son restos antiguos de vida extraterrestre extinta, pero cualquier fuente considerable de agua líquida es un lugar idóneo para comprobar si hay vida microbiana activa.

El planeta Marte tiene una rica historia de su pasado volcánico, y, las corrientes de lava socavaron grandes túneles en el subsuelo. A esas profundidades, las temperaturas son más altas y facilita la presencia de agua líquida. Si el agua líquida fluye, en el subsuelo de marte habrán surgido líquenes, musgos, hongos, bacterias, y, posiblemente, alguna clase de vida más avanzada sin llegar a la consciencia de Ser.

China busca activamente minerales en Marte como parte de sus misiones espaciales, ya que estos hallazgos son cruciales para la futura exploración tripulada y para entender el pasado del planeta rojo, según informan diversos medios estatales y científicos chinos. Si bien la búsqueda de rastros de vida pasada es también un objetivo, la prioridad en la misión Tianwen-3 se enfoca en la posibilidad de explotar recursos minerales para futuras misiones. 

No hay que perder de vista las iniciativas de China en lo que al Espacio exterior y los planetas cercanos se refiere, ya que, no puedo olvidar aquella frase que dijo un gran pensador: “Cuando el pueblo chino despierte… ¡Todos a temblar!

Emilio Silvera V.

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