Conociendo la materia

Aunque no pocas cosas en el Universo están escenificadas en ciclos que se repiten una y otra vez: Estrellas masivas que al final de sus vidas explotan como supernovas, dejan una enorme y bonita Nebulosa de la que vuelven a surgir nuevas estrellas y mundos y, la estrella se convierte en otra cosa distinta de lo que fue. Así ha venido pasando desde que que el Universo dinámico, con sus leyes y constantes, deja que las cosas transcurran tranquilas y siempre, con el “tiempo presente y vigilante” que, al no querer estar sólo, se acompaña del espacio y, también, de la Entropía.

 

“Quien ha visto las cosas presentes ha visto todo, todo lo ocurrido desde la eternidad y todo lo que ocurrirá en el tiempo sin fin; pues todas las cosas son de la misma clase y la misma forma”.

Marco Aurelio

 

Claro que él, quería significar que todo, desde el comienzo del mundo, ha sido igual, sigue unos patrones que se repiten una y otra vez a lo largo del transcurso de los tiempos: el día y la noche, el hombre y la mujer, el frío y el calor, el río muerto por la sequía o aquel que rumoroso ve correr sus aguas cristalinas hasta que desembocan en el océano. La Bondad y la maldad…Así ha sido siempre y, así continuará siendo.

Bueno, este podría ser el bajel de la canción del Pirata de Espronceda

Para fugarnos de la tierra

un libro es el mejor bajel;

y se viaja mejor en el poema

que en más brioso corcel.

Emily Dickinson

 

Todo estado presente de una sustancia simple es naturalmente una consecuencia de su estado anterior, de modo que su presente está cargado de su futuro.

Leibniz

Niels Bohor, citando a Goethe preguntaba: ¿Cuál es el camino? No hay ningún camino. Está claro el mensaje que tal pregunta y tal respuesta nos quiere hacer llegar, el camino, tendremos que hacerlo nosotros mediante la exploración hacia el futuro en el que está lo que deseamos encontrar. Hay que explorar y arriesgarse para descubrir tenemos que ir más allá de las regiones habituales y conocidas que nos tienen estancados siempre en el mismo lugar. ¡Arriesguémonos!

Ulises de Ítaca se arriesgó a oír el canto de las sirenas amarrado al palo de la vela mayor de su embarcación.

Pero, no cabe duda alguna de que, el acto de exploración modifica la perspectiva del explorador; Ulises, Marco Polo y Colón habían cambiado cuando volvieron a su hogar. Lo mismo ha sucedido en la investigación científica de los extremos en las escalas, desde la grandiosa extensión del espacio cosmológico hasta el mundo minúsculo y enloquecido de las partículas subatómicas.

Quizás dentro de 3.500 millones de años, la escena que aquí podemos ver podría ser verdad. Andrómeda, la galaxia hermana de la Vía Láctea, se nos echa encima a 500 Km por segundo y, en ese tiempo llegará hasta nosotros para que ambas, se fundan en un abrazo sin fin.

       Una bella galaxia espiral de más de cien mil años-luz de diámetro que podemos comparar con…Un átomo.

Entre ambos “universos” existe una descomunal diferencia en los extremos de las escalas. Sin embargo, la inmensa galaxia de arriba no sería posible sin la existencia de infinitesimal átomo de abajo. Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas.

Así que, cuando hacemos esos viajes, irremediablemente nos cambian, y, desde luego, desafían muchas de las concepciones científicas y filosóficas que, hasta ese momento, más valorábamos. Algunas tienen que ser desechadas, como el bagaje que se deja atrás en una larga travesía por el desierto. Otras tienen que ser modificadas y reconstruidas hasta quedar casi irreconocibles, ya que, lo que hemos podido ver en esos viajes, lo que hemos descubierto, nos han cambiado por completo el concepto y la perspectiva que del mundo teníamos, ahora conocemos y sabemos.

La exploración del ámbito de las galaxias extendió el alcance de la visión humana en un factor de 10²⁶veces mayor que la escala humana, y produjo la revolución que identificamos con la relatividad, la cual reveló que la concepción newtoniana del mundo sólo era un provincianismo en un universo más vasto donde el espacio es curvo y el tiempo se hace flexible.

La exploración del dominio subatómico nos llevó lejos en el ámbito de lo muy pequeño, a unos 10^-15 de la escala humana, y también significó una revolución. Esta fue la Física cuántica que, transformó todo lo que abordó.

La teoría cuántica nació en 1900, cuando Max Planck comprendió que sólo podía explicar lo que llamaba la curva del cuerpo negro -el espectro de energía que genera un objeto de radiación perfecta- si abandonaba el supuesto clásico de que la emisión de energía es continua, y lo reemplazó por la hipótesis sin precedentes de que la energía se emite en unidades discretas. Planck llamó cuantos a estas unidades.

Planck definió a “sus”0 cuantos en términos del “cuanto de acción”, simbolizado por la letra h que ahora, se ha convertido en el símbolo de una constante,  la constante de Planck, h.  Planck no era ningún revolucionario – a la edad de cuarenta y dos años era un viejo, juzgado por patrones de la ciencia matemática y, además, un pilar de la elevada cultura alemana del siglo XIX-, pero se percató fácilmente de que el principio cuántico echaría abajo buena parte de la física clásica a la que había dedicado la mayor parte de su carrera. “Cuanto mayores sean las dificultades -escribió-…tanto más importante será finalmente para la ampliación y profundización de nuestros conocimientos en la física.”

Sus palabras fueron proféticas: cambiando y desarrollándose constantemente, modificando su coloración de manera tan impredecible como una reflexión en una burbuja de jabón, la física cuántica pronto se expandió prácticamente a todo el ámbito de la física, y el cuanto de acción de Planck, llegó a ser considerado una constante de la Naturaleza tan fundamental como la velocidad de la luz, c, de Einstein.

Max Planck es uno de los científicos a los que más veces se le han reconocido sus méritos y, su nombre, está por todas partes: La Constante de Planck, las Unidades de Planck, El cuanto de Planck, la Radiación de Planck, El Tiempo de Planck, la masa de Planck, la Energía de Planck, la Longitud de Planck…Todo bien merecido.

 Pero sigamos con la escala del Universo conocido  observable, la mayor escala que abarca más de 100 mil trillones de kilómetros y hagamos un pequeño esquema que lo refleje:

Radio en metros                                                                   Objetos característicos

10²⁶                                                                                                 Universo observable

10²⁴                                                                                                 Supercúmulos de Galaxias

10²³                                                                                                 Cúmulos de Galaxias

10²²                                                                                                 Grupo de Galaxias (por ejemplo el Grupo Local)

10²¹                                                                                                  Galaxia La Vía Láctea

Nube Molecular gigante muy masiva, de gas y polvo compuesta fundamentalmente de moléculas con diámetro típico de 100 a.l. Tienen masa de hasta diez millones de masas solares (moléculas de Hidrógeno (H₂) el 73% en masa), átomos de Helio (He, 25%), partículas de polvo (1%), Hidrógeno atómico neutro (H I, menos del 1%) y, un rico coctel de moléculas interestelares. En nuestra galaxia existen al menos unas 3000 Nubes Moleculares Gigantes, estando las más masivas situadas cerca de la radiofuente Sagitario B en el centro Galáctico.

10¹⁸                                                                                                  Nebulosas Gigantes, Nubes Moleculares

10¹²                                                                                                                                                   Sistema Solar

10¹¹                                                                                                  Atmósfera externa de las Gigantes rojas

   Aunque a una Unidad Astronómica de distancia (150 millones de Kilómetros de la Tierra), el Sol caliente el planeta y nos da la vida

10⁹                                                                                                  El Sol

10⁸                                                                                                  Planetas Gigantes como Júpiter

10⁷                                                                                                  Estrellas enanas,  planetas similares a la Tierra

10⁵                                                                                                  Asteroides, núcleos de cometas

10⁴                                                                                                  Estrellas de Neutrones

Los seres humanos también son parte del Universo que queremos descubrir.

1                                                                                                      Seres Humanos

10^-2                                                                                                Molécula de ADN (eje largo)

10^-5                                                                                                Células vivas

                                      Células vivas

10^-9                                                                                                Molécula de ADN (eje corto)

10^-10                                                                                              Átomos

10^-14                                                                                             Núcleos de átomos pesados

10^-15                                                                                             Protones y Neutrones

10^-35                                                                                         Quarks

Longitud de Planck: cuanto de espacio; radio de partículas sin dimensiones = la cuerda.

Es la escala de longitud a la que la descripción clásica de la Gravedad cesa de ser válida y debe ser tenida en cuenta la mecánica cuántica. Está dada por la ecuación de arriba, donde G es la constante gravitacional, ħ es la constante de Planck racionalizada y c es la velocidad de la luz. El valor de la longitud de Planck es del orden de 10^-35 m (veinte órdenes de magnitud menor que el tamaño del protón 10^-15 m).

Me llama la atención y me fascina kla indeterminación que esté inmersa en el mundo cuántico. La indeterminación cuántica no depende del aparato experimental empleado para investigar el mundo subatómico. Se trata, en la medida de nuestro conocimiento, de una limitación absoluta, que los más destacados sabios de una civilización extraterrestre avanzada compartirían con los más humildes físicos de la Tierra.

Por muy avanzados que pudieran estar, ellos también estarían supeditados al Principio de Incertidumbre o Indeterminación cuántica, y, como nosotros, cuando trataran de encontrar (sea cual fuese las matemáticas o sistemas que emplearan para hallarlo) el resultado de la constante de estructura fina, el resultado sería el mismo: 137, número puro y adimensional.

Todo esto nos ha llevado a la más firme convicción para definir la visión del mundo de la física que nos revelaba que no sólo la materia y la energía sino que también el conocimiento están cuantizados. Cuando un fotón choca con un átomo, haciendo saltar un electrón a una órbita más elevada, el electrón se mueve de la órbita inferior a la superior instantáneamente, sin tener que atravesar el espacio intermedio. Los mismos radios orbitales están cuantizados, y el electrón simplemente deja de existir en un punto para aparecer simultáneamente en otro. Este es el famoso “salto cuántico” que tanto desconcierta, y no es un mero problema filosófico, es una realidad que, de momento, no hemos llegado a comprender.

Por mucho que lo piense, no podrá aprovechar los mecanismos del Salto Cuántico para viajar a otras galaxias, de momento, que se sepa, sólo lo hacen electrones que reciben un fotón energético y desaparecen de su orbital para aparecer, de manera inmediata, en otro más cercano al núcleo del átomo pero, sin tener que recorrer la distancia que separaba ambos puntos, el de partida y el de llegado. ¿Por dónde recorrió el camino? Nadie lo sabe.

Pero, ¿Quién sabe? Quizás un día lejano aún en el tiempo, cuando descubramos el secreto que este salto cuántico nos esconde, podremos aprovechar la misma técnica que emplea la Naturaleza con los electrones para hacer posible que se transporten de un lugar a otro sin tener que recorrer las distancias que separan ambos destinos.

Pero la factibilidad de poder trasladarse de un punto a otro del Universo recurriendo a la ayuda de un agujero de gusano es tan sólo el principio de las … ¡elucubraciones mentales que, en el futuro, podrían ser una realidad! Estaría bien poder trasladarse entre las estrellas por ese medio

Bueno, pongamos los pies en el suelo, volvamos a la realidad. La revolución cuántica ha sido penosa, pero podemos agradecerle que, nos haya librado de muchas ilusiones que afectaban a la visión clásica del mundo. Una de ellas era que el hombre es un ser aparte, separado de la naturaleza a la que en realidad, no es que esté supeditado, sino que es, parte ella. ¡Somos Naturaleza!

Está claro, como nos decía Immanuel Kant que: “La infinitud de la creación es suficientemente grande como para hacer que un mundo, o una Vía Láctea de mundos, parezca, en comparación con ella, lo que una flor o un insecto en comparación con la Tierra.”

        No creo que para 2.050 tengamos una puerta estelar

Algún día podríamos desaparecer en una especie anillo de plasma  (¡Por qué no), abriendo una puerta estelar hacia otros mundos, otras estrellas. Creo que la imaginación se nos ha dado para algo y, si todo lo que podemos imaginar… se puede plasmar en realidad… la conclusión lógica es que sólo necesitamos ¡Tiempo!

Sí, amigos míos, la Naturaleza vive en constante movimiento y, nosotros, que formamos parte de ella…También.

En tiempos y lugares totalmente inciertos,

Los átomos dejaron su camino celeste,

Y mediante abrazos fortuitos,

Engendraron todo lo que existe.

Maxwell

Doy las gracias a Timothy Ferris de cuyo libro, la Aventura del Universo, he podido obtener unos bellos pasajes que aquí, quedan incluidos.

  ¡Inexorable paso del “Tiempo”! ¿Qué será el Tiempo?

“Dentro de miles de millones de años a partir del presente , habrá un último día perfecto en la Tierra… Las capas de hielo Ártica y Antártica se fundirán, inundando las costas del mundo. Las altas temperaturas oceánicas liberarán más vapor de agua al aire, incrementando la nubosidad y escondiendo a la Tierra de la luz solar retrasando el final. Pero la evolución solar es inexorable.  Finalmente los océanos hervirán, la atmósfera se evaporará en el espacio y nuestro planeta será destruido por una catástrofe de proporciones que ni podemos imaginar.”

Eso nos decía Carl Sagan pensando en ese tiempo que llegará, nuestro Sol, agotado su combustible nuclear de fusión, se convierta primero en gigante roja y en enana blanca después. El Sol crecerá tanto que su esfera se hinchará como un gigantesco globo rojo hasta engullir a los planetas Mercurios y Venus quedando muy cerca de la Tierra.

Todo lo que surge a la “vida” tiene un “Tiempo” marcado y, crece y evoluciona caminando hacia el destino final: ¡La Muerte! Nada es Eterno, ni siquiera una galaxia. Nuestro Universo tampoco.

 Lo único que sabemos es que con el transcurrir del Tiempo las cosas cambian, nada permanece ni es eterno, todo tiene un Principio y tendrá un Final, y, el Sol, amigos míos, no será ninguna excepción a esta máxima que impone el Universo por medio de la Entropía, ese fenómeno que sólo podemos ver mirando los estragos que causa en su transcurrir.

Hablamos de estrellas de quarks o estrella extraña, y su nombre es usado para denominar un tipo de estrella exótica en la cual, debido a la alta densidad, la materia existe en forma de quarks “desconfinado”. Lo anterior es comúnmente llamado un plasma de quarks-gluones.

Este estado de la materia podría encontrarse en regiones internas de estrella de neutrones, o bien componer la totalidad de la estrella. En el segundo caso, la materia no se mantendría unida por la atracción gravitacional, sino por la interacción fuerte entre los quarks. En este caso, la estrella se dice auto-ligada. Las estrellas de quarks tienen una densidad muy superior a una estrella de neutrones y a la vez muy inferior a la de un agujero negro

Si bien no se han observado objetos que puedan ser asociados a estrellas compuestas completamente de quarks, la existencia de quarks de-confinados en el interior de estrellas de neutrones no está descartada, ya que la composición de la materia a esas densidades (ρ ~ 10¹⁵ g/cm³) es aún incierta.”

El día que nos encontremos con “ellos” será un acontecimiento largamente esperado y, de consecuencias… ¡Impredecibles! Sus constituciones morfológicas serán las que sus planetas determinen.