Estructuras fundamentales del Universo

 

 

Independientemente de las Galaxias de estrellas y los mundos. agujeros negros y otros objetos del Cosmos, nos tenemos que parar un momento a pensar en ¿nosotros? Bueno, seguramente también otros muchos seres y especies inteligentes están en las múltiples galaxias que conforma un Universo “Infinito” lleno de estrellas como el Sol y de mundos como la propia Tierra.

 

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.

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 = hv

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”.

No hay duda de que la Mecánica Cuántica funciona maravillosamente bien. Sin embargo, surge una pregunta muy formal: ¿qué significan realmente esas ecuaciones?, ¿qué es lo que están describiendo? Cuando Isaac Newton, allá por el año 1687, formuló cómo debían moverse los planetas alrededor del Sol, estaba claro para todo el mundo lo que significaban sus ecuaciones: que los planetas están siempre en una posición bien definida en el espacio y que sus posiciones y sus velocidades en un momento concreto determinan inequívocamente cómo evolucionarán las posiciones y las velocidades con el tiempo.

Pero para los electrones todo esto es muy diferente. Su comportamiento parece estar envuelto en la bruma. Es como si pudieran “existir” en diferentes lugares simultáneamente, como si fueran una nube o una onda, y esto no es un efecto pequeño. Si se realizan experimentos con suficiente precisión, se puede determinar que el electrón parece capaz de moverse simultáneamente a lo largo de trayectorias muy separadas unas de otras. ¿Qué puede significar todo esto?

Niels Bohr consiguió responder a esta pregunta de forma tal que con su explicación se pudo seguir trabajando y muchos físicos siguen considerando su respuesta satisfactoria. Se conoce como la “interpretación de Copenhague” de la Mecánica Cuántica. En vez de decir que el electrón se encuentra en el punto x o en el punto y, nosotros hablamos del estado del electrón. Ahora no tenemos el estado “x” o el estado “y”, sino estados “parcialmente x” o “parcialmente y. Un único electrón puede encontrarse, por lo tanto, en varios lugares simultáneamente. Precisamente lo que nos dice la Mecánica Cuántica es como cambia el estado del electrón según transcurre el tiempo.

Un “detector” es un aparato con el cual se puede determinar si una partícula está o no presente en algún lugar pero, si una partícula se encuentra con el detector su estado se verá perturbado, de manera que sólo podemos utilizarlo si no queremos estudiar la evolución posterior del estado de la partícula. Si conocemos cuál es el estado, podemos calcular la probabilidad de que el detector registre la partícula en el punto x.

Las leyes de la Mecánica Cuántica se han formulado con mucha precisión. Sabemos exactamente como calcular cualquier cosa que queramos saber. Pero si queremos “interpretar” el resultado, nos encontramos con una curiosa incertidumbre fundamental: que varias propiedades de las partículas pequeñas no pueden estar bien definidas simultáneamente. Por ejemplo, podemos determinar la velocidad de una partícula con mucha exactitud, pero entonces no sabremos exactamente dónde se encuentra; o, a la inversa. Si una partícula tiene “espín” (rotación alrededor de su eje), la dirección alrededor de la cual está rotando (la orientación del eje) no puede ser definida con gran precisión.

No es fácil explicar con sencillez de dónde viene esta incertidumbre, pero hay ejemplos en la vida cotidiana que tienen algo parecido. La altura de un tono y la duración en el tiempo durante el cual oímos el tono tienen una incertidumbre mutua similar.

          ¿Onda o partícula? ¡Ambas a la vez! ¿Cómo es eso?

Para que las reglas de la Mecánica Cuántica funcionen, es necesario que todos los fenómenos naturales en el mundo de las cosas pequeñas estén regidos por las mismas reglas. Esto incluye a los virus, bacterias e incluso a las personas. Sin embargo, cuanto más grande y más pesado es un objeto más difícil es observar las desviaciones de las leyes del movimiento “clásicas” debidas a la mecánica cuántica.

Me gustaría referirme a esta exigencia tan importante y tan peculiar de la teoría con la palabra “holismo”. Esto no es exactamente lo mismo que entienden algunos filósofos por “holismo”, y que se podría definir como “el todo es más que la suma de las partes”.

Bien, si la Física nos ha enseñado algo, es justamente lo contrario: un objeto compuesto de un gran número de partículas puede ser entendido exactamente si se conocen las propiedades de sus partes (las partículas): basta que uno sepa sumar correctamente (¡y esto no es nada fácil en mecánica cuántica!). Lo que yo entiendo por holismo es que, efectivamente, el todo es la suma de las partes, pero sólo se puede hacer la suma si todas las partes obedecen a las mismas leyes.

Por ejemplo, la constante de Planck, h = 6,626075…x 10 exp. -34 julios segundo, debe ser exactamente la misma para cualquier objeto en cualquier sitio, es decir, debe ser una constante universal.

Las reglas de la mecánica cuántica funcionan tan bien que refutarlas resulta realmente difícil. Los trucos ingeniosos descubiertos por Werner Heisenberg, Paul Dirac y muchos otros mejoraron y completaron las reglas generales. Pero Einstein y otros pioneros tales como Edwin Schrödinger, siempre presentaron serias objeciones a esta interpretación.

Quizá funcione bien, pero ¿dónde está exactamente el electrón, en el punto x o en el punto y? Em pocas palabras, ¿dónde está en realidad?, ¿cuál es la realidad que hay detrás de nuestras fórmulas? Si tenemos que creer a Bohr, no tiene sentido buscar tal realidad. Las reglas de la mecánica cuántica, por sí mismas, y las observaciones realizadas con detectores son las únicas realidades de las que podemos hablar.

Hasta hoy, muchos investigadores coinciden con la actitud pragmática de Bohr. Los libros de historia dicen que Bohr demostró que Einstein estaba equivocado. Pero no son pocos,  incluyéndome a mí, los que sospechamos que a largo plazo el punto de vista de Einstein volverá: que falta algo en la interpretación de Copenhague. Las objeciones originales de Einstein pueden superarse, pero aún surgen problemas cuando uno trata de formular la mecánica cuántica para todo el Universo (donde las medidas no se pueden repetir) y cuando se trata de reconciliar las leyes de la mecánica cuántica con las de la Gravitación… ¡Infinitos!

La mecánica cuántica y sus secretos han dado lugar a grandes controversias, y la cantidad de disparates que ha sugerido es tan grande que los físicos serios ni siquiera sabrían por donde empezar a refutarlos. Algunos dicen que “la vida sobre la Tierra comenzó con un salto cuántico”, que el “libre albedrío” y la “conciencia” se deben a la mecánica cuántica: incluso fenómenos paranormales han sido descritos como efectos mecanocuánticos.

Yo sospecho que todo esto es un intento de atribuir fenómenos “ininteligibles” a causas también “ininteligibles” (como la mecánica cuántica) dónde el resultado de cualquier cálculo es siempre una probabilidad, nunca una certeza.

Claro que, ahí están esas teorías más avanzadas y modernas que vienen abriendo los nuevos caminos de la Física y que, a mi no me cabe la menor duda, más tarde o más temprano, podrá explicar con claridad esas zonas de oscuridad que ahora tienen algunas teorías y que Einstein señalaba con acierto.

¿No es curioso que, cuando se formula la moderna Teoría M, surjan, como por encanto, las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General? ¿Por qué están ahí? ¿Quiere eso decir que la Teoría de Einstein y la Mecánica Cuántica podrán al fin unirse en pacifico matrimonio sin que aparezcan los dichosos infinitos?

Bueno, eso será el origen de otro comentario que también, cualquier día de estos, dejaré aquí para todos ustedes.

emilio silvera

 La sinfonía de los agujeros negros binarios ¿La oirémos algún día?

Según se cree cuando dos estrellas masivas “mueren” al agotar su combustible nuclear de fusión, quedan dos agujeros negros binarios que giran el uno alrededor del otro y se presiente o estima que en esa situación se producen ondas gravitatorias (sinfonía de agujeros negros binarios) que serían captadas por nuestros ingenios como LIGO y LISA.

Incluso la existencia de estrellas de Quarks, un tipo intermedio entre las de neutrones y los agujeros negros que estaría constituida por “materia extraña” formada por la mezcla de quarks y gluones. En el Universo existen multitud de cuestiones que se alejan de nuestro conocimiento , carecemos de los medios técnicos para poder acceder a ellos y, sin embargo, la lógica científica apoyada por los datos que manejamos nos inducen a pensar que podrían existir.

Pensar que estamos solos en el Universo “infinito”, es demasiado pretencioso y no creo que seámos “la especie elegida” ni nada parecido. En cientos de miles de mundos como el nuestro y parecidos, estarán presentes las más diversas criaturas que, en algunos casos tendrán entendimiento y en otros, como pasa en la Tierra, simplemente serán seres vivos vegetativos sin ninguna clase de conciencia, o, con una conciencia limitada.

    Poco esfuerzo mental tendríamos que hacer para vernos en ellos reflejados

Una característica sorprendente de nuestro retrato reconstruido del antepasado primitivo es su carácter moderno. Si este organismo lo encontráramos hoy, seguramente no delataría su inmensa antigüedad, excepto por sus secuencias de DNA. Tuvo que estar precedido, necesariamente, por formas más rudimentarias, estadios intermedios en la génesis de sistemas estructurales, metabólicos, energéticos y genéticos complejos que son compartidos por todos los seres vivos de hoy en día. Por desgracia, tales formas no han dejado descendientes igualmente primitivos que permitan su caracterización. carencia complica mucho el problema del origen de la vida.

La Tierra nació hace unos 4.550 millones de años. Se condensó, junto con los otros planetas del sistema solar, en un disco de gas y polvo que giraba alrededor de una joven estrella que iba a convertirse en nuestro Sol. Fenómenos de violencia extrema,  incompatible con el mantenimiento de ningún  de vida, rodearon este nacimiento. Durante al menos quinientos millones de años, cometas y asteroides sacudieron la Tierra en formación, con lo que la hicieron incapaz de albergar vida durante todo este tiempo. Algunos impactos pudieron haber sido incluso suficientemente violentos como para producir la pérdida de toda agua terrestre por vaporización, después de lo cual los océanos se habrían vuelto a llenar con agua aportada por cometas. Según esta versión de  los acontecimientos, los océanos actuales de remontarían a la última oleada de bombardeo cometario intenso, que los expertos creen que tuvo lugar hace unos cuatro mil millones de años. Existen señales de que había vida en la Tierra poco después de que dichos cataclismos llegaran a su fin.

El tiempo inexorable no deja de transcurrir, el Universo dinámico hace que todo lo que contiene, sobre todo la materia, evolucione desde formas simples a complejas y, en algunos lugares que han logrado tener las  para ello, puede estar presente la vida. Nosotros, seres evolucionados a partir de la matería inerte creada en las estrellas, hemos logrado saber algunas cosas y no dejamos de hacernos preguntas como aquella de: ¿Habrá otros mundos? ¿Estarán, como la Tierra, llenos de vida? Bueno, lo de los mundos sí hemos sido capaces de saberlo y estarán muy cerca del millar los mundos que hemos descubierto. Sin embargo, la vida, sólo la hemos podido encontrar aquí en nuestra casa, en la Tierra.

Algunas de éstas misiones nos dieron una gama enorme de conocimientos sobre otros lugares, nos hicieron saber címo eran en realidad otros mundos y otras “lunas” y nos dejaron la convicción de que, en algunos de aquellos lugajes lejanos podría estar presente alguna clase de vida.

No dejamos de mandar ingenios espaciales a mundos cercanos, como Marte, para tratar de saber. Nos embarga una ilusión, una esperanza, y…, al mismo tiempo, un temor: ¿Estaremos sólos? Y, si no lo estamos, ¿cómo serán esos otros mundos y que criaturas lo habitan? ¿Si alguna vez llegamos allí, seremos tan destructivos como lo hemos sido aquí en la Tierra? ¿Le querremos quitar lo que ellos tienen? ¡Esperémos que no! Y, sobre todo, en ese primer , ¿Sabremos comportarnos y respetar sus derechos?

Cuando pude ver la película Avatar, quedé fascinado por el mundo que allí quedaba escenificado y las criaturas que lo poblaban, y, sobre todo, era sobrecogedor el alto grado espiritual que tenían de la Naturaleza con la que se sentían en comunidad, formaban una simbiosis perfecta que nosotros, los humanos, nunca podremos alcanzar. Cuando miramos la Naturaleza nos llama la atención la cascada y el bello paisaje pero… ¡No pensamos más allá! ¡Que botarates podemos llegar a ser!

Hemos sabido recrear historias de esos mundos presentidos y de sus habitantes. En ellas, han quedado reflejados los instintos humanos, tantos los buenos como los malos y, mientras que unos querían preservar aquella Naturaleza, otros, sin embargo, querían destriuirla  apoderarse de sus preciados tesoros. ¡La condición Humana! ¿Estamos acaso destinados al desacuerdo que nos lleve a la destrucción, o, por el contrario, es precisamente esa condición la que nos llevará lejos?

La belleza que se describe en el mundo llamado “Pandora” también está aquí pero, ¡no sabemos cuidarla!

Fascinantes criaturas de exóticas bellezas nos podrían estar esperando, en un futuro lejano, en esos mundos soñados que tantas veces hemos podido imaginar. Es difícil saber qué comportamiento tendremos con ellos si eso llega a sucecder, sin embargo, el ejemplo que nos deja la película a la que pertene la imagen de arriba, no es muy alentador ni dice mucho en  de nuestra especie que, irrumpimos por la fuerza en un planeta extraño y, violando todas las reglas, pasamos por encima de los derechos de otros para conseguir nuestros objetivos. ¿La Civilización que ocupa el planeta? ¿Qué importa? Si hay que destruirla, ¡adelante!

“Polifemo es un planeta ficticio creado por Cameron para el universo Avatar que se encuentra en el sistema estelar Alfa Centauri, a 4,4 años luz de la Tierra.⁴​El astro gira alrededor de una de las estrellas del sistema ternario, concretamente en torno a Alfa Centauri A,⁴​ una estrella enana amarilla similar a nuestro Sol. Orbitando a su alrededor se hallan una serie de grandes satélites, entre ellos Pandora, luna donde se desarrollan, en el año 2154, los hechos narrados en la película Avatar”

 

 

 

La fuerza bruta que siempre acompañó a la falta de inteligencia, es la única salida para seres  de cuya racionalidad podríamos dudar,  sin el menor temor a equivocarnos. Destruir nunca será el camino más conveniente. Creo que sería aconsejable guiarse por ese principio de la física, la causalidad. Si respetamos seremos respetados. Sobre todo, no podemos llegar a nuevos lugares pretendiendo imponer nuestras costumbres y nuestras reglas. En esos otros lugares donde posiblemente  existan seres que tienen su propia  de vivir, se impone, sobre todo, que supeditemos nuestro comportamiento a su propias reglas a su propio mundo. Los extraños allí seremos nosotros. Ellos,  los seres de la hisotira, a diferencia de nuestra Civilización Terrestre, sí han sabido convivir con su entorno, han creado una especie de simbiosis que une a todos los seres de aquel fascionante mundo, sean seres racionales o plantas, hasta el punto de poder comunicarse entre ellos en un alto grado de compenetración que va mucho más allá de lo físico.

En esos otros Mundos pueden estar presentes seres maravillosos que han optado por otras maneras de vivir, más cercana y conectados con la Naturaleza a la que respetan y comprenden al ser conscientes de que ellos mismos, forman  de ella que es algo que, los humanos no han acabado de comprender y, se comportan como si la Tierra fuera un simple instrumento a su servicio, sin ser conscientes que tal comportamiento, los puede llevar a la extinción de la especie.

Las montañas, los árboles, los ríos y el viento, todo bañado por la luz y el calor de esa estrella que nos alumbra, forman un todo que mantiene el equilibrio que hace posible la vida. Si alguno de esos parámetros se viera alterado seriamente… ¡Mal nos iría! Y, sin embargo, algunos se empeñan en no ver lo evidente.

Si algún día conseguimos llegar a otros mundos y en ellos encontramos a criaturas vivas más o mneos evolucionadas, lo conveniente sería respetarlos y, dentro de lo posible, aprender de ellos procurando alterar lo menos posible lo que allí nos encontremos y, si tienen algo que nosotros necesitamos, hacer un intercambio justo olvidándonos de la fuerza bruta que conlleva la destrucción irreparable.

La historia que nos cuentan en esa maravillosa película, , desde el principio nos pone a favor de los habitantes de aquel Mundo agredido y de sus habitantes, hasta tal punto es así que muchos de los terrestres que visitan aquél planeta, no dudan, en dar sus propias vidas por preservar aquel entorno, para nosotros de fantasía y que para aquellos seres tan especiales que han sido capaces de convivir con su mundo y “hablar” con él, demostrando de alguna manera que, son mucho mñás civilizados que nosotros. Cuando ví aquella película… ¡Qué envidia me dieron!+

              En Pandora estaba presente la conciencia planetaria dentro de todos sus habitantes

Utilizar lo que la Naturaleza les ofrecía sin dañar, no coger más de lo estrictamente necesario para vivir, respetando las otras formas de vida del planeta y dejando que el ritmo de la Naturalerza sea el que desarrolle las cosas, sin agredir el entorno y dejando que cada cosa ocupe su lugar sin tratar de violentar, de alguna manera, su desarrollo natural.

Si el caso llega, tendremos que aprender a mirar más allá de la superficie, a entender los mensajes que nos envían la mirada de esos nuevos y exóticos seres y, sobre todo, tratar de comprender su mundo, sus maneras para poder respetarlas y hacernos acreedores, nosotros también, a su respeto.

¡Quién pudiera ser uno de los afortunados que, en el futuro, visitarán algunos de esos Mundos!

Nos quedan muchos muros por derribar, muchas puertas que abrir para las que aún no poseemos las llaven, y, sobre todo, para que cuando eso llegue y sea una realidad (esperemos que así sea), lo más importante: ¡Que hayamos podido evolucionar hasta ese deseado estadio de sabiduría que ahora no tenemos! De todas las maneras, no me gustaría que ese primer encuentro se produjera aquí en la Tierra. Es preferible que los visitantes seámos nosotros y, como antes digo, espero que para entonces, la Humanidad sea otra.

Claro que, también podríamos toparnos con civilizaciones mucho más avanzadas que la nuestra y, en ese caso… ¡La desventaja sería nuestra! Siempre hemos oído decir que no debemos hacer a otros lo que no queremos que nos hagan a nosotros y, si respetamos esa máxima… ¡Todo podrá ir mejor! El presente es el que tenemos y no sabemos lo que nos depara el futuro pero, una cosa es bien cierta: ¡No dejamos de avanzar! Cada día que pasa damos un paso hacia ese futuro que presentimos y estamos más cerca de saber… ¡Si realmente, como pensamos, estamos miuy bien acompañados en este inmenso Universo nuestro! Y, digo en éste universo nuestro porque, en realidad, pienso que tampoco es, el único Universo.

emilio silvera