A finales del siglo XX quizá sean recordados en la Historia de la Ciencia como la época en que la Física de Partículas, el estudio de las estructuras más pequeñas de la Naturaleza, unió sus fuerzas a la Cosmología, el estudio del Universo como un todo.

Juntas estas dos disciplinas esbozarían el esquema de la historia cósmica, investigando el pasado de las estructuras naturales en un ámbito de escala enorme, desde el núcleo de los átomos hasta los cúmulos de las galaxias.

Fue un matrimonio apresurado de dos disciplinas muy diferentes. Los Cosmólogos tienden a ser solitarios, con la mirada en los horizontes lejanos del espacio y el tiempo, y acumulan amorosamente sus datos de hilillos de antigua luz estelar.

Los Físicos de partículas, en contraste con ellos, son relativamente gregarios –tienen que serlo, pues ni siquiera un Einstein sabía suficiente física como para hacerlo todo el solo- y físicos: son por tradición transmitida estudiosos de aquí y ahora, inclinados a curvar cosas, volar cosas, y demostrar cosas. Los Físicos trabajan dura y rápidamente, obsesionados por la leyenda de que es improbable que tengan muchas ideas nuevas útiles después de los cuarenta, mientras que los cosmólogos son a menudo jugadores de finales, adeptos a las visiones de vasto alcance, de quienes cabe esperar que realicen investigaciones productivas cuando tienen blancos sus cabellos. Si los físicos son los zorros de los que Arquiloco decía que saben muchas cosas, los cosmólogos son mas afines a los erizos, que saben una sola gran cosa.

Sin embargo, a finales de los años setenta, los físicos de partículas se aventuraron a acudir a los seminarios de cosmología (yo estuve en algunos) a estudiar las galaxias y los quasars, mientras los cosmólogos alquilaron maquinas del CERN y el Fermilab para trabajar en Física de altas energías en instalaciones subterráneas desde no se veían las estrellas. En 1985, Murray Gell-Mann declaro que “la Física de partículas elementales y el estudio del Universo primitivo, las dos ramas fundamentales de la Ciencia de la Naturaleza, se habían fundido esencialmente”.

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AÑO INTERNACIONAL DE LA ASTRONOMÍA-EN ESPAÑA,  AIA-IYA2009

El comentario del pasado día 29, finalizaba con la afirmación de que la NASA y la ESA están trabajando en una nueva generación de proyectos que podrían usar esa tecnología de nuevo cuño, un conjunto de satélites conectados los unos a los otros para detectar planetas similares a la Tierra. Sin embargo, lo más seguro es que, finalmente, dado el alto coste de estas misiones, se fusionen en un Proyecto verdaderamente global.

Sería una colaboración entre todos los expertos de renombre que hay en la Tierra para buscar la prueba de que no estamos solos en el Universo -Gaia en su conjunto buscando otras Gaias- El Proyecto de la Agencia Espacial Europea se conoce como el proyecto Darwin, pero también se denomina de una manera más prosaica, Interferómetro Espacial de Infrarrojos (IRSI = Infrared Space Interferometer); equivalente al de la NASA  denominado Terrestrial Planet Zinder (TPF). Los dos proyectos funcionarán según los mismos principios.

Sin embargo, por sorprendente que pueda parecer, especialmente después de ver las imágenes de la Tierra tomadas desde el espacio, en las cuales ésta aparece como una brillante bola azul y blanca sobre un fondo oscuro, la luz visible no ofrece las mejores perspectivas para detectar directamente otros planetas similares a la Tierra. Esto es así por dos razones:

En primer lugar, la luz visible que se recibe desde un planeta como la Tierra es en esencia el reflejo de la luz procedente de su estrella progenitora, por lo que no sólo es relativamente débil, sino que resulta muy difícil de captar a distancias astronómicas  sobre el fondo iluminado por el resplandor de dicha estrella.

En segundo lugar, del tipo de la Tierra alcanzan en realidad su brillo máximo en la parte de rayos infrarrojos del espectro electromagnético, por el modo en que la energía absorbida procedente del Sol vuelve a irradiarse en la zona de infrarrojos de dicho espectro, con longitudes de onda más largas que las de la luz visible.

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La Astrofisica es la ciencia que estudia la naturaleza física del Universo y de los objetos contenidfos en él, fundamentalmente estrellas, galaxias y la composición del espacio entre ellas, y, esta disciplina científica se originó en el siglo XIX con la aplicación de la espectroscopia al estudio de la luz proveniente de las estrllas. Complementa las ramas tradicionales de la astronomía, la astrometría y la mecánica celeste.

Todos sabemos que un protón, cuando se encuentra con un antiprotón (materia con antimateria) ambos se destruyen.

Una vez destruidos todos los pares materia antimateria, quedó el sobrante de partículas positivas que es la materia de nuestro universo.

De esa manera se formaron, con esas partículas positivas y los electrones (hadrones y leptones), se originaron grandes conglomerados de gas y polvo que giraban lentamente, fragmentándose en vórtices turbulentos que se condensaban finalmente en estrellas.

Estos conglomerados de gas y polvo podían tener extensiones de años luz de diámetro y, en algunas regiones donde la formación de estrellas fue muy activa, casi todo el polvo y el gas fue a parar a una estrella u otra. Poco o nada fue lo que quedo en los espacios intermedios. Esto es cierto para los cúmulos globulares, las galaxias elípticas y el núcleo central de las galaxias espirales.

Dicho proceso fue mucho menos eficaz en las afueras de las galaxias espirales. Las estrellas se formaron en números muchos menores y sobró mucho polvo y mucho gas.

Nosotros, los habitantes del planeta Tierra, nos encontramos en los brazos espirales de nuestra galaxia, estamos situados en la periferia a unos 30.000 años luz del centro galáctico y vemos las manchas oscuras que proyectan las nubes de polvo contra el resplandor de la Vía Láctea. El centro de nuestra propia galaxia queda oscurecido por tales nubes.

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¿Que son las fuerzas fundamentales del Universo que todo lo rigen e interaccionan con la materia?

Fuerza nuclear fuerte

Su alcance en metros: < 3 × 10^-15, se dice que la propiedad de los quarks conocida como libertad asintótica hace que la interacción entre ellos sea débil cuanto más cerca están los unos de los otros, están confinados con los gluones en un radio o región de: r » hc/L » 10^-13 cm.

Al contrario de las otras fuerzas, esta crece con la distancia. Tiene una fuerza relativa de 10⁴¹. Es la responsable de mantener unidos a los protones y neutrones en el núcleo atómico.

La partícula portadora de la fuerza es el gluón (glue en inglés, es pegamento) que en número de ocho, actúa como un espeso pegamento en forma de muelle que, cuanto más se estira más fuerza genera.

La interacción nuclear fuerte es la mayor, la de más potencia de las cuatro fuerzas fundamentales, es 102 veces mayor que la fuerza electromagnética, aparece sólo entre los hadrones (protones, neutrones, etc). Como dijimos al principio, actúa a tan corta distancia como 10^-15 metros, mediado por los mesones virtuales que llamamos gluones.

Fuerza nuclear débil

Su alcance es de < 10^-15 metros, su fuerza relativa de 1028, intervienen en la radiación radiactiva, ocurre entre leptones (electrones, muones, tau y los correspondientes neutrinos asociados) y en la desintegración de los hadrones, la desintegración beta de las partículas y núcleos. Está mediada por el intercambio de partículas virtuales, llamadas bosones vectoriales intermediarios: en este caso, las partículas W⁺, W^– y Z⁰. Esta interacción se describe por la teoría electrodébil que la unifica con las interacciones electromagnéticas.

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Final de II

Pero en el ejemplo que antes puse de hace veinte millones de años, nuestros antepasados más cercanos ni habían aparecido.  Más tarde, interminables selvas húmedas estaban pobladas por una vegetación exuberante, por plantas y árboles gigantescos, cuajadas de una interminable variedad de especies vegetales que embriagaban el aire caliente y húmedo con mil aromas.  Pululaban y bullían en ellas miles de insectos diferentes y las habitaban reptiles diversos, desde pequeñas lagartijas hasta gigantescas serpientes.  Los dinosaurios habían desaparecido muchos millones de años antes y, en su lugar, numerosas aves y mamíferos vegetarianos se alimentaban de los inagotables recursos que ofrecían los bosques.  Una muchedumbre de depredadores prosperaban alimentándose de los herbívoros, bien alimentados y abundantes

Comienza III

En aquellas selvas, los simios se encontraban en su paraiso. Las condiciones climáticas eran las más adecuadas para el desarrollo tranquilo y sin grandes sobresaltos.

Se puede suponer, por lo tanto, que habitaban un bosque que aún era espeso, con algunos claros, y abundante en frutas y vegetales blandos, aunque el enfriamiento progresivo que se venía produciendo en esos últimos miles de años y las catastróficas modificaciones geológicas tuvieron que reducir la disponibilidad de los alimentos habituales de estos simios.

El Ardipithecus ramidus no abandonaba nunca sus selvas.  Como los monos antropomorfos de hoy, debía tratarse de una especie muy poco tolerante a los cambios ambientales.   Todo apunta a que se auto-confinaban en la búsqueda de la comodidad fresca y húmeda y la fácil subsistencia que les proporcionaba sus bosques y nunca traspasaban los límites: en la linde se encontraba, para él, el fin del mundo, la muerte.

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