Partículas “bellas” de materia y antimateria

El Tiempo es inexorable y su transcurrir va dejando atrás las cosas del presente. 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. 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.

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 y fueron publicados, 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.

El H es el elemento más abundante en el universo. Él solo representa el 92 % de los átomos que existen en el cosmos, lo que equivale a un porcentaje del 75 % en masa de todos los que hay. Le sigue en abundancia el He, con un 7 % de los átomos y un 24 % en masa. Todos los demás elementos poseen abundancias muy inferiores, que equivalen a algo menos del 1 % de átomos y algo más del 1 % en masa. Después de H y He los siguientes ocho elementos más abundantes son Carbono, Nitrógeno, Oxígeno, Neón, Magnesio, Silicio, Azufre y Hierro. Cabe destacar especialmente el pico del Hierro sobre su entorno y también que las masas atómicas de todos esos elementos son múltiplos de cuatro, de acuerdo con el “proceso alfa” de su formación. Todos ellos ocupan los picos de los dientes de sierra del gráfico. También resulta llamativa la escasez, como ya comentamos en su momento, de los elementos situados entre el Helio, y el Carbono, es decir, Li, Be y B.

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.

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.

Diagrma de Ejnar Hertzsprung

Diagrama de Henry Russel

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 Hubble se 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 cosmogenéticas 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.

Hasta la Astronomía se ha hiper-especializado 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 d e a 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.

emilio silvera

                     Todo está en nuestros cerebros

Las personas con cerebro dividido ofrecen una demostración más de que la conciencia siente horror por los vacíos o las discontinuidades. Las personas con hemi-inatención (negligencia unilateral), un complejo síndrome neuropsicológico que se suele dar cuando se producen lesiones en el lóbulo parietal derecho, no son conscientes del lado izquierdo de las cosas, a veces incluso de toda la parte izquierda del mundo.

El cerebro izquierdo es objetiva y racional. Con la parte izquierda de nuestro cerebro, tratamos de ser objetivos y racionales. Podemos centrarnos en los detalles y hechos analíticos y tratamos de ser razonable y práctico. La parte izquierda del cerebro es responsable de procesar números y palabras, así que ahí es donde logramos por ejemplo la aritmética, ciencias e idiomas. Se podría decir que en esta parte del cerebro está la realidad de nuestro mundo consciente.

El cerebro derecho es subjetivo e intuitivo. La parte derecha de nuestro cerebro es más bien subjetiva. En lugar de tomar decisiones racionales y conscientes, esta parte se basa en la intuición. Nuestro pensamiento en el lado derecho es espontáneo e influido por las emociones, tales como nuestro estado de ánimo, o disparadores emocionales externos. Con esta parte del cerebro, usamos nuestra imaginación, la fantasía y las creencias personales para decidir por nosotros. Estamos dispuestos a asumir riesgos y centrarse en objetivos más que el proceso que se necesita para llegar allí. Apreciamos imágenes y elementos emocionales, en lugar de información objetiva.

Pongo estos ejemplos para que podamos ver la complejidad de lo que el cerebro encierra. No es fácil llegar a saber lo que ahí se cuece. Claro que muchas de las cosas decimos sobre las funciones izquierda y derecha, en realidad, son puras conjeturas y nada está demostrado.

Asisto con otras muchas personas a un mismo lugar para escuchar y ser testigos de una conferencia de Física. Tal reunión dará lugar a una multitud de pensamientos, los suyos y los míos, algunos mutuamente coherentes, otros no. Son tan poco individuales y recíprocamente independientes como son un todo coherente al estar oyendo todos el mismo tema, sim embargo, casi nadie coincide al clasificar la manera de encajar lo que allí se expone, así que, no son ni lo uno ni lo otro: ninguno de ellos está separado, sino que cada uno pertenece al ámbito de los otros pero además al de ninguno. Mi pensamiento pertenece a la totalidad de mis otros pensamientos, y el de cada uno, a la totalidad de pensamientos de cada uno…los únicos estados de conciencia que de forma natural experimentamos se encuentran en las consciencias personales, en las mentes, en todos los yo y tu particulares y concretos…el hecho consciente universal no es “los sentimientos y los pensamientos existen”, sino “yo pienso” y “yo siento”. De ahí, sin lugar a ninguna duda surge, la idea de que cada cual, dentro de su mente, se inventa su realidad del mundo que le rodea.

  Algunos se montan en barco y se ven cayendo por una catarata

     Otros creen viajar hacia fantásticos mundos

          Otros son positivos y buscan la manera de rendir más

Cada cerebro es un mundo en sí mismo

No todos, ante la misma situación, vemos lo mismo. Es un buen reflejo de la arrogancia humana el hecho de que se hayan erigido sistemas filosóficos enteros sobre la base de una fenomenología subjetiva: la experiencia consciente de un solo individuo con inclinaciones filosóficas. Tal como Descartes reconoció y estableció como punto de partida, esta arrogancia es justificada, por cuanto nuestra experiencia consciente es la única ontología sobre la cual tenemos evidencia directa. La inmensa riqueza del mundo fenoménico que experimentamos -la experiencia consciente como tal- parece depender de una nimiedad del menaje de ese mundo, un trozo de tejido gelatinoso del interior del cráneo.

Sí, estamos condicionados por el entorno, las experiencias, la información…¡Los sentidos!

Nuestro cerebro, un actor “secundario” y “fugaz” que casi ninguno llega a ver sobre el escenario de la conciencia, parece ser el guardián del teatro entero. Como a todos se nos hace dolorosamente obvio cuando nos vemos ante una escena de desgracia humana, en un ser querido cercano, supondrá una agresión al cerebro y puede modificar permanentemente todo nuestro mundo. De ahí, el hecho cierto, de que las sensaciones tales como los sentimientos o el dolor, inciden de manera directa, a través de los sentidos, en nuestra consciencia que, como decimos, siempre es particular e individualizada, nadie podrá nunca compartir su consciencia y, sin embargo ésta, estará también siempre, supeditada al mundo que la rodea y de la que recibe los mensajes que, aún siendo los mismos, cada cual nos interpretará a su manera muy particular y, al mismo tiempo, dentro de unos cánones pre-establecidos de una manera común de ver y entender el mundo al que pertenecemos.

Amigos, tenemos una jungla en la cabeza, y, su enmarañada ramificación es tan descomunalmente compleja que, de momento, lo único que podemos hacer es ir abriéndonos camino a machetazos de la ciencia que, sin duda alguna, finalmente nos permitirá deambular por esa intrincada selva que llamamos cerebro y que es la residencia de nuestras mentes ese lugar donde generan las ideas, los pensamientos y los sentimientos.

                              En un trabajo anterior debajo de esta imagen decía:

“Los procesos científicos que comentamos en este lugar, los fenómenos del Universo que hemos debatido y, también,  los misterios y secretos que el inmenso Cosmos nos oculta han contribuido, aunque inadvertidamente, a comprometer e involucrar a nuestra especie en la vastedad del universo. La astronomía ha venido a descorrer el velo, que supuestamente, aislaban la Tierra de los ámbitos etéreos que están situados mucho más allá de la Luna, todo eso, nos llevó lejos al auténtico Universo que ahora, sí -parece que- conocemos. La Física cuántica llegó para destruir esa barrera invisible que separaba lo grande de lo muy pequeño y que supuestamente, separaba al observador distante del mundo observado; descubrimos que estamos inevitablemente enredados en aquello que estudiamos.”

 

 

Como veréis, aquello que aquí decía, viene a corroborar que, nuestras mentes, están inmersas en el “mundo” que nos rodea, en el Universo que nos acoge y del que queremos saber a través de la información que nos transmiten los sentidos y, siendo consciente de la inmensa tarea que hemos echado sobre nuestras espaldas, también hemos llegado a saber que será “casi” imposible cumplirla. Sin embargo, esa otra parte del cerebro que intuye y siembra en nuestras mentes ilusiones, hace que no desfallezcamos, sino que, al contrario, cada día y con cada nuevo descubrimiento, nuestra fuerza crezca y se vea revitalizada en esa ilusión de saber…¡cómo puede ser el mundo, la Naturaleza, el Universo… Tan maravillosos!

Y, formando parte de toda esa grandeza, estamos nosotros como observadores que, seguramente acompañados por otros seres en otros mundos, no dejamos de pensar en la manera de desvelar tantos secretos como el Universo esconde.

¿Cuánta complejidad! Finalmente tenemos que reconocer que, el problema más importante que encontramos en el inmenso trabajo que hacemos para poder descubrir los secretos de la Naturaleza, está... ¡En que somos parte de dicho problema!

No sabemos quiénes somos, tampoco (con seguridad), sabemos de dónde venimos, y, por supuesto, parece que no tenemos la menor idea de hacia donde vamos.

Emilio Silvera V.