¿Por qué se forman y repiten esas figuras una y otra vez, y, en cada caso, una es la “copia exacta” de todas las demás de su género? ¿Es posible que el hombre, al contemplar tales maravillas comenzara a hacer preguntas y diera lugar al nacimiento de la Ciencia? Las matemáticas comenzaron por el asombro que despertaban las formas geométricas  y de la misma manera, nacieron los primeros problemas de la física clásica centrada en las órbitas de los astros y las trayectorias de proyectiles.

La geología estudia la forma de las piedras y volcanes y la biología se ocupa de las formas de los seres vivos y de como ésta ha ido cambiando a lo largo del tiempo. Pero, ¿Cómo explicar los mecanismos que crean el aspecto exterior de la realidad que podemos percibir? ¿Y por qué existen las mismas estructuras tanto en los organismos vivos como en el mundo inanimado?

Observamos la Naturaleza y podemos contemplar formas armoniosas y elegantes, entendiendo que son cuerpos bellos y simétricos en todas sus versiones. Por ejemplo, a mí siempre me llamó la atención la simetría por traslación que se puede encontrar en la disposición de las hojas.

Si nos fijamos y analizamos como se van desarrollando hacia la extremidad de su rama, aparecen con la misma forma inicial. Un asimetría que está presente en los organismos que cuentan con una estructura en la que se repiten segmentos iguales, con los mismos aparatos y los mismos órganos, como el trilobites, fósil del Paleozoico (lombriz y sanguijuela), y algunas plantas.

En cambio la simetría por rotación se encuentra en los pétalos de una flor o en los tentáculos de una medusa: aunque sus cuerpos roten, permanecen iguales. No debemos olvidar la simetría bilateral que hace que los lados derecho e izquierdo sean iguales y se presenta en casi todos los animales, incluido nosotros. Pero es uniendo estos aspectos cuando se obtienen figuras realmente armoniosas. Si se trata de desplazamiento y rotación en un  mismo plano hablamos de una espiral, mientras que en el espacio sería una hélice, aunque ambas se encuentran por todas partes en la naturaleza.

Las simetrías se generan mediante las fuerzas que actúan sobre los cuerpos, descritas por leyes rigurosas e inequívocas, como una fórmula matemática y dependen de la existencia de fuerzas distintas que actúan en diversas  direcciones. Si éstas permanecen en equilibrio, no hay preferencia alguna hacia arriba o abajo, a la derecha o a la izquierda, y los cuerpos tenderán a ser perfectamente esféricos, como suele ocurrir en el caso de virus y bacterias. Además, cuando el aspecto no es el de una esfera perfecta, la Naturaleza hará todo lo posible para acercarse a esta forma.

                       En todo esto, y, para que así ocurra, tiene que estar presente la Gravedad. Veamos:

Parémonos un momento en la gravitación y generalicemos el concepto de simetría, ampliándolo a las fórmulas matemáticas. Veamos  la fórmula de Newton, pero expresándola con palabras, de esta manera: la fuerza de atracción entre dos cuerpos es proporcional al producto de dos términos: el primero es la masa de un cuerpo dividido por su distancia al otro. El segundo término es la masa del otro cuerpo dividido por su distancia al primero.

Con símbolos matemáticos escribiríamos:

F(M/d) × (m/d)

Es la misma fórmula de siempre, pero la hemos puesto así para visualizar que la gravitación se puede expresar con una fórmula bastante simétrica: los dos términos de la derecha de la ecuación son “casi” simétricos ¿no es verdad?

¿Has oído sobre el número de oro o proporción áurea? Parece una fórmula mágica para diseñar elementos que parezcan más estéticos. El Número de Oro, también conocido como número áureo o zona áurea (entre otras denominaciones) es una muy interesante relación matemática que se presenta en la naturaleza y que crea interesantes armonías visuales.

 

Si bien no podemos asegurar que, por ejemplo Da Vinci usó la proporción áurea para pintar la Mona Lisa, basta un búsqueda en Google para darte cuenta de la cantidad de obras que parecen coincidir con esta proporción.

 

Se trata de una secuencia numérica. Veamos si identificas la relación entre estos números: 0, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, etc.

¿Encontraste la relación? En esta sucesión, un número es el resultado de la suma de los dos números anteriores. Por ejemplo 3, es el resultado de 1+2; 8 es el resultado de 3+5.

Este concepto más general de simetría es muy profundo, porque nos lleva a pensar que la Naturaleza y las leyes físicas que la describen también obedecen a las leyes de la simetría, igual que la materia, en sus manifestaciones externas, las obedece en muchos casos.”

     Algunos ven hasta en el surrealismo la simetría

¿Sería posible que la simetría material tuviera un paralelismo en la abstracción intelectual que son las leyes físicas? Desde luego hace falta un esfuerzo mental considerable para pasar de lo material a lo intelectual, pero cuando se profundiza en ella, la conexión aparece.

En la naturaleza existen muchas cosas que nos pueden llevar a pensar en lo complejo que puede llegar a resultar entender cosas que, a primera vista, parecían sencillas. Me explico:

Hay más sobre el mismo tema que no es este el lugar para extenderse hasta el infinito, con los datos expuestos en la primera parte y en esta segunda, como referencia ews más que suficiente para 6tener una idea de la importancia de la simetría en la Naturaleza.

Emilio Silvera Vázquez

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         Hay en todas las cosas un ritmo que es de nuestro Universo.

“Hay simetría, elegancia y gracia…esas cualidades a las que se acoge el verdadero artista. Uno puede encontrar ese ritmo en la sucesión de las estaciones, en la en que la arena modela una cresta, en las ramas de un arbusto creosota o en el diseño de sus hojas. Intentamos copiar ese ritmo en nuestras vidas y en nuestra sociedad, buscando la medida y la cadencia que reconfortan. Y sin embargo, es posible ver un peligro en el descubrimiento de la perfección última. Está claro que el último esquema contiene en sí mismo su propia fijeza. En esta perfección, todo conduce hacia la muerte.”

De “Frases escogidas de Muad´Dib”, por la Princesa Irulan en DUNE

  ¿La Mecánica cuántica? ¡Extraño “mundo”!

¡La Mecánica Cuántica! ¡El Efecto Túnel! Y…, ¿Cuánto más?

                                   

  En el Interior del Sol

¿La teoría cuántica y la Gravedad…? ¿Cómo poder juntarlas?

                                                       Laboratorio estelar, la cuna de los mundos

Me sumerjo en los misterios y maravillas que encierra el universo, no puedo dejar de sorprenderme por sus complejas y bellas formaciones, la inmensidad, la diversidad, las fuerzas que están presentes, los objetos que lo pueblan, y, esa presencia invisible que permea todo el espacio y que se ha dado en denominar océano y campos de Higgs, allí donde reside esa clase de energía exótica, ese “éter”  que, en definitiva hace que el Universo funcione tal como lo podemos ver. Existen muchos parámetros del Cosmos que aún no podemos comprender y de los que sólo podemos presentir, es como si pudiéramos ver la sombra de algo que no sabemos lo que es.

https://youtu.be/4KSlLqSz2aI

                                                                                  Degradación 

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Lo que no induce a la duda es el hecho de que, con el paso de Tiempo, lo que hoy es, mañana no será. Todo cambia a peor con el paso del Tiempo, la entropía aumenta. Lo hemos visto en la evolución de las estrellas. Si observamos el nacimiento, vida y muerte de una estrella como el Sol, vemos como a medida que aumenta el consumo de material de fusión, se convierte en Gigante roja, continúa desprendiéndose de las capas exteriores para formar una nebulosa planetaria, y, el resto de la masa, comienza a ser densificada por la fuerza de Gravedad que tan ingente masa genera. Llega a un punto que el Principio de exclusión de4 Pauli para los Fermiones (los electrones son fermiones, los neutrones son fermiones,,,,), hace que los electrones se degeneren y, finalmente, la fuerza de Gravedad es frenada y lo que ha quedado es una estrella enana blanca que, irradiando furiosamente en el ultravioleta, ioniza a la Nebulosa planetaria.

Así, en todos los sistemas cerrados (una estrella lo es, y, también nosotros mismos a nivel individual), la Entropía aumenta.

“La entropía demuestra que la vida es una excepción maravillosa. La vida va en contra de la ley de la entropía, que predice la tendencia del Universo a destruirse de una forma natural e inevitable. Hace tiempo se especulaba con la posibilidad de que todos los procesos del Universo fueran reversibles. Los péndulos iban y venían, los objetos caían hacia la tierra o subían impulsados. Aparentemente cualquier proceso físico podía darse la vuelta y realizarse al revés. Si esto era así, existiría una simetría de acciones que haría que el Universo permaneciera por siempre en una balanza de sucesos que van y vienen, sin que existiera un final en el que los procesos se acabaran. Sin embargo, el hombre se dio cuenta de que había al menos dos circunstancias que no parecían ser reversibles: por un lado el calor siempre fluye de lo más cálido a lo más frío y nunca al revés, y por otro lado, la fricción siempre genera calor pero no en sentido contrario. Implicaba que los procesos seguían una dirección y que no podían volver atrás. Quizás, todo lo que sucediera espontáneamente en la naturaleza no fuera reversible, se pensó, y significaba que el Universo iría de un estado inicial a uno final. Un camino que podría ser muy, muy largo pero que, inevitablemente, le haría llegar a su agotamiento.

Para poner todas estas observaciones en claro, se formuló un principio que hasta el día de hoy se demuestra devastador para las esperanzas del concepto de eternidad. Se denomina como Entropía a la transformación. Además, se predijo que esta magnitud de cambio en cualquier proceso natural, existiría inevitablemente. Así se había condenado al Universo a un final inapelable dado que los procesos serían irreversibles sucediendo siempre en la misma y única dirección. Pocos años después el austríaco Ludwig Boltzmann relacionó la entropía con el grado de desorden que contiene un sistema. Por tanto, cualquier proceso que se dé en la naturaleza es para producir mayor desorden, lo que conlleva un inevitable y caótico final. Entre tanto pesimismo, la vida en la Tierra lleva unos cuatro mil millones de años intentando ordenar el mundo. La simple creación de una hormiga supone la organización de millones de células y componentes químicos. Pero la plenitud del orden es la humanidad. Sus cuerpos, sus pensamientos y sus actos son un monumento al orden. Es cierto que el balance es negativo: cada vez que un humano intenta ordenar algo es a costa de un desorden mayor en alguna otra parte. Somos, la vida y los hombres una maravillosa excepción y, mientras estemos aquí, tenemos una misión: Luchar contra la entropía.”

“En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es una magnitud física que permite, mediante cálculo, determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos. La palabra entropía procede del griego (?ντροπ?α) y significa evolución o transformación. Fue Rudolf Clausius quien le dio nombre y la desarrolló durante la década de 1850;1 2 y Ludwig Boltzmann, quien encontró la manera de expresar matemáticamente este concepto, desde el punto de vista de la probabilidad.”

Todo en el Universo, sin excepción (si es un sistema cerrado), verá como aumenta su Entropía y se va perdiendo la capacidad de trabajo. El mismo Universo evolucionará hacia ese escenario, llegará el momento en el que las estrellas dejarán de brillar y ni los átomos se moverán, estará presente el Cero Absoluto (-273,15 ºC).

“Según el tercer principio de la termodinámica, el cero absoluto es un límite inalcanzable. En septiembre de 2014, los científicos de la colaboración CUORE en el Laboratori Nazionali del Gran Sasso en Italia enfriaron un recipiente de cobre con un volumen de un metro cúbico a 0.006 K (−273.144 °C) durante 15 días, estableciendo un récord para la temperatura más baja registrada en el universo conocido sobre un volumen contiguo tan grande. La dificultad para llegar a una temperatura tan baja en una cámara de enfriamiento es el hecho que las moléculas de la cámara, al llegar a esa temperatura, no tienen energía suficiente para hacer que esta descienda aún más.”

 

Gráficos de presión en función de la temperatura para tres muestras de gas diferentes en el mismo volumen extrapolado al cero absoluto.

 

Condensado de Bose-Einstein en un átomo de rubidio. El color rojo indica una velocidad elevada, y el blanco-azulado una baja velocidad. La imagen de la derecha es la muestra más fría de las tres.

Al aproximarse al cero absoluto se pueden producir en algunos materiales ciertos fenómenos, como el condensado de Bose-Einstein, o algunos superfluidos  como el Helio II.

Así que si se llega al Cero Absoluto (cosa que no será nada fácil), se habrá alcanzado la Temperatura más baja posible, y, en esa situación, ni las moléculas se moverían, lo que hace que el problema sea muy grave para todo aquello que esté hecho de materia… ¡Sería la muerte térmica!

 

 

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Vía Láctea (como otras galaxias espirales), es una zona de reducción de la entropía…,  así se deduce de varios estudios realizados  y  se puede argumentar que,  las galaxias deben ser consideradas, por su dinámica muy especial, como sistemas “vivos”.

En planteamiento más prudente señala que el test de Lovelock constituye lo que se llama una condición “necesaria, pero no suficiente” para la existencia de vida. Si un sistema se encuentra en equilibrio termodinámico -si no supera el test-, podemos tener la seguridad de que está muerto. Si está vivo, debe producir una reducción de la entropía y superar dicho test.

Pero un sistema podría producir entropía negativa sin estar vivo, como en el caso de contracción por efecto de la gravedad que hemos comentado a lo largo de estos trabajos. Desde este punto de vista, no hay frontera claramente definida entre lo que está vivo y la materia “inerte”. Yo, por mi parte creo que, la materia nunca es inerte y, en cada momento, simplemente ocupa la fase que le ha tocado representar en ese punto del espacio y del tiempo.

En nuestro Universo nada permanece, todo cambia y, la materia que hoy está inerte, evoluciona hacia lo que está vivo  e incluso (como es nuestro caso), llega a tener consciencia de Ser.

                                             JamesLovelock  con su esposa Sandy

El mero hecho de que la frontera entre la vida y la ausencia de vida sea difuso, y que el lugar en el que haya que trazar la línea sea un tema de discusión, es, sin embargo, un descubrimiento importante. Contribuye a dejar claro que en relación con la vida no hay nada insólito en el contexto del modo en que funciona el Universo.

Como ya hemos visto en las explicaciones de otros trabajos expuestos aquí, es natural que los sistemas simples se organicen en redes al borde del caos y, una vez que lo hacen, es natural que la vida surja allí donde hay  “una pequeña charca caliente” que sea adecuada para ello. Esto es parte de un proceso más o menos continuo, sin que haya un salto repentino en el que comience la vida. Desde ese punto de vista,  lo más importante que la ciencia podría lograr sería el descubrimiento de otros planetas en el que haya surgido la vida.

Gracias a la teoría de Lovelock sobre la naturaleza de la vida estamos a punto de poder conseguirlo, y es posible que antes de los próximos 50 años se lance al espacio un telescopio capaz de encontrar planetas con sistemas como el de Gaia, nuestra Tierra. Hasta el momento, hemos encontrado más de 4.000 planetas extrasolares y no pocos de ellos están en la zona habitable de sus estrellas pero…

Existen otras “Tierras” y no todos los planetas son como Júpiter o Venus

Hay dos etapas del descubrimiento de estas otras Gaias. En primer lugar debemos ser capaces de detectar otros planetas del tamaño de la Tierra que describan órbitas alrededor de otras estrellas; luego tenemos que analizar la atmósfera de esos planetas para buscar pruebas de que los procesos de reducción de la entropía están en marcha. Los primeros planetas “extrasolares” se detectaron utilizando técnicas Doppler, que ponían de manifiesto unos cambios pequeñísimos en el movimiento de las estrellas alrededor de las cuales orbitaban dichos planetas. Este efecto, que lleva el nombre del físico del siglo XIX Christian Doppler, modifica la posición de las líneas en el espectro de la luz de un objeto, desplazándolas en una cantidad que depende de lo rápido que el objeto se mueva con respecto al observador.

Zonas habitables, los astrónomos han ignorado las enanas blancas en su búsqueda de exoplanetas. Esto puede haber sido un error, de acuerdo con un nuevo estudio de zonas habitables en enanas blancas. Aunque los agujeros negrosy las estrellas de neutrones captan toda la atención como destinos finales de las estrellas, la mayor parte nunca llegarán a ese extremo. Aproximadamente el 97 por ciento de las estrellas de nuestra galaxia no son lo bastante masivas para acabar en ninguna de esas dos opciones.

       La Nebulosa planetaria con la pequeña enana blanca en su centro será el final del Sol

En lugar de eso, los astrónomos creen que terminarán sus vidas como enanas blancas, densos y calientes trozos de materia inerte en los que las reacciones nucleares terminaron hace mucho. Estas estrellas tienen aproximadamente el tamaño de la Tierra y se mantienen en contra del colapso gravitatorio mediante el Principio de Exclusión de pauli, el cual evita que los electrones ocupen el mismo estado al mismo tiempo. Pero, a todo esto, hay que pensar en el tirón gravitatoria que una de estas estrellas podría incidir sobre cualquier planeta.

Para hacernos una idea de lo que es este tipo de observaciones, pensemos que el tirón gravitatorio que  Júpiter  ejerce sobre el Sol produce en éste un cambio de velocidad de unos 12,5 metros por segundo, y lo desplaza (con respecto al centro de masa del Sistema solar) a una distancia de 800.000 kilómetros, más de la mitad del diámetro de este astro, cuando el Sol y Júpiter orbitan en torno a sus recíprocos centros de masa. La velocidad de este movimiento es comparable a la de un corredor olímpico de 100 metros lisos y, para un observador situado fuera del Sistema solar, esto, por el efecto Doppler, produce un pequeñísimo desplazamiento de vaiven en la posición exacta de las líneas del espectro de luz emitida por el Sol.

Se trata del tipo de desplazamiento que se ha detectado en la luz a partir de los datos de algunas estrellas de nuestro entorno, y demuestra que en torno a ellas orbitan cuerpos celestes similares a Júpiter. Como ilustración en la imagen, mientras orbita alrededor del Sol, se produce un cambio de velocidad de tan sólo 1 metro por segundo (la velocidad de un agradable paseo), y desplaza al Sol únicamente 450 kilómetros, con respecto al centro de masa del Sistema solar. No se dispone aún de la tecnología necesaria para medir un efecto tan pequeño a distancias tales como las de nuestras estrellas, y, pensemos que, la más cercana (Alfa Centauri), está situada a 4,3 a.l. de la Tierra, esta es la razón por la cual no se han detectado aún planetas similares a la Tierra.

Hay otras técnicas que podrían servir para identificar planetas más pequeños. Si el planeta pasa directamente por delante de su estrella (una ocultación o un tránsito), se produce un empalidecimiento regular de la luz procedente de dicha estrella.

Según las estadísticas, dado que las órbitas de los planetas extrasolares podrían estar inclinadas en cualquier dirección con respecto a nuestra posición, sólo el 1 por ciento de estos planetas estará en órbitas tales que podríamos ver ocultaciones y, en cualquier caso, cada tránsito dura sólo unas pocas horas (una vez al año para un planeta que tenga una órbita como la de la Tierra; una vez cada once años para uno cuya órbita sea como la de Júpiter.

 Cuando los humanos miramos al espacio y pensamos en sus increíbles distancias, es inevitable imaginar que sería posible encontrar algún sitio como nuestra casa.

Existen, sin embargo, proyectos que mediante el sistema de lanzar satélites al espacio que controlaran el movimiento (cada uno de ellos) de un gran número de estrellas con el fin de buscar esas ocultaciones. Si se estudian 100.000 estrellas, y 1.000 de ellas muestran tránsitos, la estadística resultante implicaría que prácticamente

Casi todas las estrellas similares al Sol está acompañada por planetas. Sin embargo, aunque todas las búsquerdas de este tipo son de un valor inestimable, la técnica Doppler es la que, de momento, se puede aplicar de manera más general a la búsqueda de planetas similares a la Tierra. De cualquier manera, independientemente de los planetas de este tipo que se descubran, lo que está claro es que, de momento, carecemos de la tecnología necesaria para dicha búsqueda.

La mejor perspectiva que tenemos en el momento inmediato, es la que nos ofrece el satélite de la NASA llamado SIM (Space Interforometry Misión) que mediante la técnica de interferometría (combinar los datos de varios telescopios pequeños para imitar la capacidad de observación de un telescopio mucho mayor) ver y medir la posición de las estrellas con la exactitud necesaria para descubrir las oscilaciones que delaten la presencvia de planetas como la Tierra que describen orbitas alrededor de cualquiera de las 200 estrellas más cercanas al Sol, así como por cualquiera de los planetas similares a Júpiter hasta una distancia del Sol que podría llegar hasta los 3.000 años luz.

Hacia el final de la década presente (decíamos en 2013), la Agencia Espacial Europea lanzará un satélite cuyo nombre será GAIA y que tendrá como misión principal, no precisamente buscar otras Gaias, sino trazar un mapa con las posiciones de los mil millones de objetos celestes más brillantes.

Dado que GAIA tendrá que observar tantas estrellas, no mirará cada una muchas veces ni durante mucho tiempo, por lo que no podría detectar las oscilaciones ocasionadas por planetas similares a la Tierra; pero si podría detectar planetas del tamaño de Júpiter y, si estos planetas son tan abundantes como parece indicar los datos obtenidos hasta ahora, no es descabellado pensar que, puedan estar acompañados, como en nuestro propio Sistema solar, por otros planetas más pequeños.

Dentro de los próximos 10 años, deberíamos tener localizados decenas de miles de sistemas planetarios extrasolares en las zonas de la Vía Láctea próxima a nosotros. Sin embargo, seguiría tratándose de observaciones indirectas y, para captar los espectros de algunos de esos planetas, se necesita dar un salto más en nuestra actual tecnología que, como he dicho, resulta insuficiente para realizar ciertas investigaciones que requieren y exigen mucha más precisión.

Los nuevos proyectos y las nuevas generaciones de sofisticados aparatos de alta precisión y de IA avanzada, nos traerán, en los próximos 50 años, muchas alegrías y sorpresas que ahora, ni podemos imaginar.

Cambiemos de tema: ¿Qué es una partícula virtual?

Diagrama de Feynmann. No pocas veces hemos dicho que, en una partícula virtual las relaciones que normalmente existen entre las magnitudes físicas de cualquier partícula no tienen por qué cumplirse. En particular, nos interesan dos magnitudes, que seguro que conocéis de sobras: energía y momento.

Por partícula-antipartícula que aparece de la “nada” y luego se aniquila rápidamente sin liberar energía.  Las partículas virtuales pueblan la totalidad del espacio en enormes cantidades, aunque no pueden ser observadas directamente.

En estos procesos no se viola el principio de conservación de la masa y la energía siempre que las partículas virtuales aparezcan y desaparezcan lo suficientemente rápido como para que el cambio de masa o energía no pueda ser detectado.  No obstante, si los miembros de una partícula virtual se alejan demasiado como para volverse a juntar, pueden convertirse en partículas reales, según ocurre en la radiación Hawking de un agujero negro; la energía requerida para hacer a las partículas reales es extraída del agujero negro.

Gran Colisionador de Hadrones (LHC) a  las 14:22 del día 23 de Noviembre del 2009, el detector ATLAS registro la primera colisión de protones en el LHC, seguido del detector CMS, y mas tarde los detectores ALICE y LHCb. Estas primeras colisiones solo son para probar la sincronización de las colisiones de haces de protones con cada uno de los detectores, lo cual resultó  con éxito en cada uno de los experimentos y, marca un avance muy alentador hacia la tan esperada etapa de toma de datos donde se pueda buscar el Higgs, Super Simetría, Dimensiones Extras, y tantas otras cosas mas que surgen del intelecto humano.

Es sin duda, un momento para recordar, especialmente para aquellos que han invertido parte de su vida en un proyecto tan grande e importante como este.

Pero, continuémos con la virtualidad de las partículas. La vida media de una partícula virtual aumenta a medida que disminuye la masa o energía involucrada.   Así pues, un electrón y un positrón pueden existir durante unos 4×10^-21 s, aunque un par de fotones de radio con longitud de onda de 300.000 km pueden vivir hasta un segundo.

En realidad, lo que llamamos espacio vacío, está rebosante de partículas virtuales que bullen en esa “nada” para surgir y desaparecer continuamente en millonésimas de segundo.  ¡los misterios del Universo!

                              Era de Planck

En la teoría del Big Bang, fugaz periodo de tiempo entre el propio Big Bang y el llamado Tiempo de Planck, cuando el Universo tenía 10^-43 segundo de edad y la temperatura era de 10³⁴ k. Los modernos telescopios espaciales como el James West, no han podido traspasar esa muralla de negrura, en esa época los fotones no se habían liberado, el universo era opaco, y, esos modernos telescopios al no poder captar ninguna luz… ¡No llegan al momento del Big Bang!

Durante este periodo, se piensa que los efectos de la Gravitación cuántica fueron dominantes.  La comprensión teórica de esta fase es virtualmente inexistente.

Plasma.

El plasma forma las estrellas y otros objetos estelares que podemos ver, es la mayor concentración de materia del universos visible. Según algunos el cuarto estado de la materia que consiste en electrones y otras partículas subatómicas sin ninguna estructura de un orden superior a la de los núcleos atómicos.

Se trata de un Gas altamente ionizado en el que el número de electrones libres es aproximadamente igual al número de iones positivos.  Como dije antes, a veces descrito como el cuarto estado de la materia, las plasmas aparecen en el espacio interestelar, en las atmósferas de las estrellas (incluyendo el Sol), en tubos de descarga y en reactores nucleares experimentales.

Debido a que las partículas en un plasma están cargadas, su comportamiento difiere en algunos aspectos a un gas.  Los plasmas pueden ser creados en un laboratorio calentando un gas a baja presión hasta que la energía cinética media de las partículas del gas sea comparable al potencial de ionización de los átomos o moléculas de gas.  A muy altas temperaturas, del orden de 50.000 K en adelante, las colisiones entre las partículas del gas causan una ionización en cascada de este.  Sin embargo, en algunos casos, como en lámparas fluorescentes, la temperatura permanece muy baja al estar las partículas del plasma continuamente colisionando con las paredes del recipiente, causando enfriamiento y recombinación.  En esos casos la ionización es solo parcial y requiere un mayor aporte de energía.

En los reactores termonucleares, es posible mantener una enorme temperatura del plasma confinándolo lejos de las paredes del contenedor usando campos electromagnéticos.

El estudio de los plasmas se conoce como física de plasmas y, en el futuro, dará muy buenos beneficios utilizando en nuevas tecnologías como la nanotecnología que se nos viene encima y será el asombro del mundo.

Pluralidad de mundos.

Muchos mundos, como la Tierra, estarán situados en la zona habitable de sus estrellas y, el agua líquida, correrá por los riachuelos y océanos.  Si eso es así (que lo será), muchos mundos estarán habitados y, algún día lejano en el futuro, podremos saber de ellos con precisión antes de que se produzca el contacto.

Giordano Bruno, que hablaba de criaturas en otros mundos y murió en la hoguera

Desde tiempos inmemoriales, grandes pensadores de los siglos pasados, dejaron constancia de sus pensamientos y creencia de que, allá arriba, en los cielos, otras estrellas contenían mundos con diversidad de vida, como en el planeta Tierra.  Tales ideas, han acompañado al hombre que, no en pocas oportunidades, fueron tachados de locos.

Hoy, con los conocimientos que poseemos, lo que sería una locura es precisamente pensar lo contrario.  ¡que estamos solos! Hay que aplicar la lógica y considerar que estrellas como nuestro Sol, sólo en la Galaxia Vía Láctea, existen 30.000 millones. Esos “soles” están rodeados de mundos de todo pelaje, y, algunos, como la Tierra, estará en la zona habitable. ¿Qué puede impedir que en ellos surja la Vida?

La Vía Lactea (una sola Galaxia de los cientos de miles de millones que pueblan el Universo), tiene más de 100.000 millones de estrellas.  Miles de millones de Sistemas Solares.  Cientos de miles de millones de planetas.  Muchos miles y miles de estrellas como el Sol de tamaño mediano, amarillas de tipo G.

¿Cómo podemos pensar que solo el planeta Tierra alberga vida?

                      Proto-galaxia.

Galaxia en proceso de formación.  A pesar de la enorme técnica y sofisticación de los aparatos con que contamos para la observación del cosmos, no se ha podido encontrar ninguna proto-galaxia cercana, lo cual indica que todas o la mayoría de las galaxias se formaron hace mucho tiempo. Por otra parte, los científicos pensaban que no existía nada mas pequeño que un protón. En 1968 se descubrieron nuevas partículas dentro del protón, las cuales fueron llamadas quarks. Existen tres quarks dentro de cada protón, estos quarks se mantienen unidos entre sí mediante otras partículas llamadas gluones.

                                   Protón.

Partícula masiva del Grupo o familia de los Hadrones que se clasifica como Barión.  Esta hecho por dos quarks up y un quark down y es, consecuentemente una partícula masiva con 938,3 MeV, algo menos que la del neutrón.  Su carga es positiva y su lugar está en el núcleo de los átomos, por lo que se les llama de manera genérica con los neutrones con la denominación de nucleones.

Este diagrama esquemático de un púlsar ilustra las líneas de campo magnético en blanco, el eje de rotación en verde y los dos chorros polares de radiación en azul. Un Pulsar es…  Una fuente de radio desde la que se recibe un tren de pulsos altamente regular.  Ha sido catalogado más de 600 púlsares desde que se descubriera el primero en 1.976.  Los púlsares son estrellas de neutrones en rápida rotación, con un diámetro de 20-30 km.

Las estrellas se hallan altamente magnetizadas (alrededor de 10⁸ teslas), con el eje magnético inclinado con respecto, al eje de rotación.  La emisión de radio se cree que surge por la aceleración de partículas cargadas por encima de los polos magnéticos. A medida que rota la estrella, un haz de ondas de radio barre la Tierra, siendo entonces observado el pulso, de forma similar a un faro.

Los periodos de los pulsos son típicamente de 1 s., pero varían desde los 1’56 ms (púlsares de milisegundo) hasta los cuatro con tres s. Estos periodos rotacionales van decreciendo a medida que la estrella pierde energía rotacional, aunque unos pocos púlsares jóvenes son propensos a súbitas perturbaciones conocidas como ráfagas.

El púlsar en el interior de la Nebulosa del Cangrejo

Las medidas precisas de tiempos en los púlsares han revelado la existencia de púlsares binarios, y un púlsar, PSR 1257+12, se ha demostrado que está acompañado de objetos de masa planetaria.  Han sido detectado objetos ópticos (destellos) procedentes de unos pocos púlsares, notablemente los púlsares del Cangrejo y Vela.

Se crean en explosiones de supernovas de estrellas supergigantes y otros a partir de enanas blancas, se piensa que puedan existir cien mil en la Vía Láctea.

                                                                  Quásar

Objeto con un alto desplazamiento al rojo y con apariencia de estrella, aunque es probablemente el núcleo activo muy luminoso de una galaxia muy distante. El nombre es una contracción del ingles quasi stellar, debido a su apariencia estelar. Los primeros quásar descubiertos eran intensos fuentes de radio. Debido a las grandes distancias indicadas por el desplazamiento al rojo del núcleo debe ser hasta 100 veces más brillante que la totalidad de una galaxia normal.  Además algunos quásar varían en brillo en una escala de tiempo de semanas, indicando que esta inmensa cantidad de energía se origina en un volumen de unas pocas semanas-luz de longitud.  La fuente puede, por tanto, ser un disco de acreción alrededor de un agujero negro de 10⁷ o 10⁸ masas solares.

          Imagen de 3C273 recogida por el telescopio Hubble

El primer quásar en ser identificado como tal en 1.963 fue la radiofuente 3c 273 con un desplazamiento al rojo de 0,158, siendo todavía el quásar más brillante, óptimamente hablando, observado desde la Tierra, con magnitud 13.  Miles de quásar han sido descubiertos desde entonces.  Algunos tienen desplazamiento al rojo tan grandes como 4,9, implicando que lo vemos tal como eran cuando el Universo tenía sólo una décima parte de la edad actual.

En esta brevísima reseña no puede dejarse constancia de todo lo que se sabe sobre quasars, sin embargo, dejamos los rasgos más sobresalientes para que el lector obtenga un conocimiento básico de estos objetos estelares. Para finalizar la reseña diré que, algunas galaxias aparentemente normales pueden contener remanentes de actividad quásar en sus núcleos, y algunas galaxias Seyfert y galaxias Markarian tienen núcleos que son intrínsecamente tan brillantes como algunos quásares. Existen algunas evidencias de que los quasar aparecen en los núcleos de los espirales, y es esa interacción con una galaxia vecina la que proporciona gas o estrellas al núcleo formado por un agujero negro masivo, alimentando así la emisión del quásar.  Salvo mejor parecer.

“La radiación cósmica de fondo es la luz residual que quedó de ese momento, y actualmente se presenta como un fondo de microondas en todas las direcciones del cielo. La radiación cósmica de fondo fue descubierta, en 1965, por los astrónomos Arno Penzias y Robert Wilson.”

Antes, hemos comentado por alguna parte que, se trata de emisión radio de microondas proveniente de todas las direcciones (isotrópica) y que corresponde a una curva de cuerpo negro. Estas propiedades coinciden con las predichas por la teoría del Big Bang, como habiendo sido generada por fotones liberados del Big Bang cuando el Universo tenía menos de un millón de años (Universo bebé) de antigüedad.

La teoría del Big Bang también supone la existencia de radiaciones de fondo de neutrinos y gravitatoria, aunque aun no tenemos los medios para detectarlas.  Sin embargo, los indicios nos confirman que la teoría puede llevar todas las papeletas para que le toque el premio.

Últimamente se ha detectado que la radiación cósmica de fondo no está repartida por igual por todo el Universo, sino que, al contrario de lo que se podía esperar, su reparto es anisotrópico, el reparto está relacionado con la clase de materia que produjo tal radiación, su densidad.  ¡Ya veremos!

De todas las maneras, ¿No es una maravilla todo el Universo? El que nosotros, estemos aquí para contarlo así lo testifica. Sí, que estemos aquí para poder contemplar el Universo… ¡Es asombroso!

Emilio Silvera Vázquez

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El planeta Tierra

Efecto Coriolis

El efecto Coriolis es un fenómeno físico que ocurre cuando un objeto se mueve en un sistema de referencia en rotación, como la Tierra. Aunque parezca complicado, podemos entenderlo de manera sencilla. Imagínate que estás en un carrusel girando muy rápido. Si lanzas una pelota hacia el centro del carrusel, desde tu punto de vista, la pelota seguirá una trayectoria recta. Sin embargo, desde el punto de vista de alguien que esté fuera del carrusel, verá que la pelota describe una curva debido al movimiento giratorio del carrusel. Esto se debe al efecto Coriolis.

Las fuerzas que actúan sobre la Tierra, como planeta en el espacio, tiene profundas implicaciones energéticas. La gravitación ordena y orienta, y obstaculiza y facilita los flujos de energía cinética. La rotación genera la fuerza centrífuga y la de Coriolis: la primera achata el planeta por los polos ensanchándolo por el ecuador, y la segunda desvía los vientos y las corrientes de los océanos (a la derecha del hemisferio norte y a la izquierda en el hemisferio sur). La rotación es también la causa de los ritmos diarios de las plantas y animales, y de la desaceleración de la Tierra, que alarga el día un promedio de 1’5 ms cada siglo, lo que representa una pérdida de tres tera-vatios por fricción de mareas.

Pero ni la gravitación ni la rotación (fricción) hacen de la Tierra un planeta único entre los cuerpos celestes de nuestro entorno. Su exclusividad procede de sus propiedades térmicas internas, que causan los ciclos geotectónicos que modifican la superficie, y de su atmósfera, océanos y plantas que transforman la radiación solar que reciben. Los orígenes de estos procesos no están claros.

La Tierra ígnea golpeada por decenas de meteoritos

Podemos fijar la edad de la Tierra en algo más de los 4.000 millones de años por la desintegración de los isótopos radiactivos, pero poco podemos asegurar sobre la formación del planeta o sobre la energética de la Tierra primitiva. Sobre el tema circulan varias teorías, y es muy plausible que el origen del Sistema Solar planetario fuera una nube interestelar densa en la que el Sol se formó por una inestabilidad gravitatoria y que la posterior aglomeración del resto de esta materia dispersa, que giraba a distintas distancias, a su alrededor, diera lugar a los planetas. No está claro si al principio la Tierra estaba extremadamente caliente o relativamente fría. Me inclino por lo primero y estimo que el enfriamiento fue gradual con los cambios de atmósferas y la creación de los océanos.

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