¿NOS VISITAN LOS EXTRATERRESTRES?

    En un post anterior calculamos, con la fórmula de Drake, que es posible estimar en torno a un millón el número de planetas en nuestra galaxia que albergan vida. Esto nos garantiza que hay “muchas Tierras” en la galaxia (y en el universo), a menos quela vida sea un proceso que surge con una muy elevada improbabilidad.

    ¿Y qué hay de la existencia de extraterrestres que nos visitan?. Aquí el panorama cambia radicalmente. Dicha posibilidad dependerá del número de civilizaciones lo suficientemente avanzadas tecnológicamnte como para poder visitarnos y lo lejos (o cerca) que puedan estar. Vamos a extender la fórmula de Drake para evaluar dicho número de civilizaciones.

    En primer lugar estimaremos el número de planetas posibles con vida inteligente sobre ella. Podemos considerar que la probabilidad de que aparezca vida inteligente en un planeta es proporcional al tiempo de existencia de vida inteligente sobre la Tierra con respecto al tiempo en que la vida existe en la Tierra. Hacemos esto porque nuestro planeta es el único ejemplo que conocemos con vida inteligente.

    Pero dicho tiempo varía mucho si consideramos inteligentes a los primeros homínidos (hace unos 2 millones de años) o sólo al género homo (homo sapiens, hombre de Neanderthal u homo habilis). Seamos generosos y estimemos en un millón de años el timepo que llevan homínidos inteligentes caminando sobre la Tierra. Entonces la probabiliad de existencia de vida inteligente es 1/3.500 ( 1 millón/ 3.500 millones de años de vida sobre la Tierra).

    Multiplicando por el valor de posibles Tierras en nuestra galaxia, podemos decir que hay en torno a 300 planetas con vida inteligente. Es fácil darse cuenta de que no estamos solos en le universo.

    Pero nosotros queremos saber si estos hermanos en inteligencia nos visitan. ¿Cuántos de esos 300 planetas tienen civilizaciones mas avanzadas que la nuestra?, ¿pueden visitarnos con facilidad?.

    Estimar esta opción es muy dificil, cuando no imposible. En todo caso se puede afirmar que es pequeño, como mucho entre 10 y 20 civilizaciones. Este pequeño número nos dice que la distancia media ente nosotros y la civilización mas cercana es grande, dado que la galaxia tiene 100.000 años luz de diámetro. A la velocidad de la luz, cualquier viaje entre su planeta y el nuestro debe durar como poco cientos de años. Mucho tiempo para un viaje de ida y vuelta.....

    Aunque siempre habrá espabilados que hablarán de viajes en el tiempo, de saltos en el hiperespacio (¿que será eso?), tipo “star wars” y cosas así. A esas personas me gustaría que pensaran en el absurdo de unos seres extraordinariamente avanzados que nos visitan para jugar al gato y al ratón con nosotros. Parecería que la Tierra es una especie de “Salou Fest”. en la que una pandilla de gamberros galácticos de otro planeta u otro tiempo, nos visistan para divertirse burlándose de los pobres monitos atrasados. Y eso sin entrar en la estupidez del secuestro espacial (abducción, lo llaman) para abusar sexualmente de algún miembro, no muy bien psicológicamente hablando, de nuestra especie.

    Asi que no os preocupéis: el dia en el que los extraterrestes se decidan de verdad a visitarnos nos enteraremos todos con absoluta rapidez. Tanta co mo la que tardamos en enterarnos de si Kiko Rivera Pantoja abandona gran hermano vip.

¿CÓMO CATALIZAN LOS CATALIZADORES?

   Tengo este año en primero de bachillerato un chico  diferente.  Es muy buen alumno: trabajador, respetuoso, responsable e inteligente. También es algo peculiar, pero ni más ni menos que el resto de los mortales. Me parece  que mis alumnos piensan de mí que yo también soy un profe particular: no veo a mis compañeros haciendo esas payasadas que alguna vez hago en clase para tratar de mostrar algún concepto o llamar la atención de la peña;  ni creo que muchos de ellos sean fans de Marvel y  guarden como oro en paño el número uno de cómics Vértice de los cuatro fantásticos o la patrulla X.

    Su pensamiento es de lo mas diferente. Intenta abarcar todo el bosque del conocimiento y comprender algo es, para él,  entender hasta la última brizna de hierba que hay en el bosque; lo que , a veces, le impide ver la altitud de los árboles…... Y  también volver loco a su profesor.

   Pero yo creo que puede ser capaz de ver cosas que yo nunca logré ver  a su edad. Si, algunas de sus preguntas me suenan como mías propias a esa edad, pero hay otras que ni por asomo.      Supongo que Einstein también hacia ese tipo de preguntas que sacaban de quicio a sus profesores , hasta el punto de considerarle un mal alumno que no llegaría a nada (los pobres).

    Por eso este artículo sobre catalizadores, cuyo mecanismo general él entiende perfectamente…. pero que necesita desesperadamente conocer con mayor profundidad

   La teoría nos dice que una reacción ocurre cuando las moléculas de los reactivos chocan entre sí. En ese momento, la energía cinética (de movimiento) de las moléculas se invierte en aumentar la energía potencial (de los enlaces entre sus átomos, que se van rompiendo). Al mismo tiempo, en el instante del choque, empiezan a formarse enlaces diferentes entre los átomos; lo que se traduce en un reordenamiento de los átomos, lo que conducirá a las moléculas de los productos y a una disminución de la energía potencial.

      Si pudiéramos hacer una foto instantánea, veríamos una extraña molécula con unos enlaces rompiéndose y otros formándose (pero ninguno roto o formado en su totalidad). Esa extraña molécula tiene una energía potencial mayor que la de reactivos o productos: efectivamente la ganancia de energía potencial al romperse los enlaces es mayor que la energía perdida al irse formando los otros enlaces.         
    Realmente, si fuéramos capaces de tomar muchas fotos con una diferencia de tiempo muy, muy  corta, tendríamos una serie de extrañas moléculas cada una con los enlaces de los reactivos un poquito más rotos y con los enlaces de los productos un poquito mas formados que la anterior. De todas ellas, la que tiene mayor energía potencial se llama complejo activado, y la diferencia de energía potencial entre ella y los reactivos, es la cantidad de energía cinética que debe invertirse en energía potencial para que ocurra la reacción o energía de activación.

  Y como es lógico, a mayor energía de activación menos moléculas reaccionan ( ya que hace falta que tengan mas energía cinética en el choque)  y la reacción es mas lenta.

  Pues bien, un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin variar ningún otro parámetro de la reacción: energía puesta en juego, reactivos , productos, rendimiento..ect.

  ¿Cómo lo hace.  Disminuyendo la energía de activación y formando un complejo activado diferente, de menor energía potencial. Y esto lo hace variando el mecanismo de la reacción y siendo él mismo un reactivo y un producto de la reacción, de manera que globalmente la reacción es la misma que la original.... pero mas veloz.

     Así el agua oxigenada se descompone en agua y oxígeno con lentitud, pero si añadimos ion yoduro la descomposición es más rápida. Observad la secuencia

(1)      H₂O₂ + I-   da IO^- + H₂O

(2)      IO^- + H₂O₂  da H₂O +I^- + O₂

Si sumáis las reacciones os da la global de descomposición del agua oxigenada y las especies I- e IO- se producen y se consumen, con lo que no interviene en nada mas. Pero el complejo activado de la reacción (1) tiene menor  energía de activación, con lo que muchas mas moléculas de agua oxigenada pueden descomponerse a través de este conjunto de reacciones.

En el caso de los catalizadores orgánicos, los enzimas, el efecto es increíblemente potente, ya que se suman varios factores que aumentan la velocidad de la reacción:  el enzima es una molécula muy grande con un sitio muy especifico al que se “fijan” las moléculas de los reactivos, lo que provoca una mayor concentración de los mismos (favoreciendo mas choques); una mayor alineación de los reactivos, que chocan de la forma adecuada para reorganizarse en productos, y un debilitamiento rápido de los enlaces de reactivos por formación de enlaces (muchos de ellos por puentes de hidrógeno) con distintos átomos o grupos de átomos del enzima, que conducen a un complejo activado de muy poca energía de activación.

    Así la descomposición enzimática del agua oxigenada transcurre 1.000.000.000 de veces mas rápida que la reacción normal.

 En el caso de los catalizadores sólidos los gases se absorben sobre ellos, lo que provoca un aumento de la energía potencial que los acerca a la energía de activación y disminuye la energía cinética que deben tener las moléculas para reaccionar.

¡Uf, que difícil es escribir buscando ser muy riguroso sin aburrir al personal!. Espero haberlo conseguido.

¿EXISTEN LOS EXTRATERRESTRES?

 Conduzco hacia el instituto acompañado de onda melodía. Hablan de extraterrestres y escucho sandeces sobre hombres de tres metros con destellos verdes que desaparecen hacia el cielo cuando un asustado militar español le vacía encima un cargador entero (50 balas calibre king-size que diría Forges), llevándose de camino todos los casquillos para no dejar pistas. El locutor termina la jugada sentenciando que “cómo puede ser tan iluso el hombre para creerse que está sólo en el universo”.

   Como quiera que todos los años hablo en algún curso sobre la vida en otros planetas y Jesús me anima a escribir en el blog ,me he decidido a ello.

    Para centrar el tema es importante distinguir entre la existencia de vida en otros planetas, la posibilidad de que hay vida inteligente en alguno de ellos y el hecho de que haya simpáticos turistas de Vega o Sirio (o de la galaxia de Andrómeda, que vaya  usted a saber los gustos de los extraterrestres) visitándonos (y jugando de paso con nosotros al “corre que te pillo”).

   Existe una fórmula creada por el astrónomo Frank Drake, pionero del programa SETI de búsqueda de señales de civilizaciones fuera de nuestro sistema solar,  que nos permite calcular de forma muy aproximada el número de planetas con vida en nuestra galaxia. Es la llamada fórmula de Drake, que se va revisando conforme tenemos mas datos astronómicos. 

    En ella aparecen factores estimados a partir de datos conocidos o especulaciones que usa el sentido común.

   Usando los valores de 7 estrellas que se forman al año para R, 3.500.000.000 años de existencia de la vida en un planeta cualquiera para Tv, 0'13 para Fv (la vida se desarrolla en 13 de cada 100 planetas favorables a albergarla) y 0'00033 para Fp (hay 1 estrella de cada 3.000 que tienen planetas  a la distancia adecuada para que pueda haber vida) resulta un valor de N = 1.050.000. Es decir, que en nuestra galaxia hay 1.050.000 planetas en los que existe la vida. Sólo en nuestra galaxia.

            El número es enorme y más si tenemos en cuenta el gigantesco número de galaxias que existen sólo en el universo observable. Es claro que, si la fórmula no tiene errores graves, no podemos  mas que concluir que la vida no está sola en el universo, que debe de haber vida en otros planetas.

     ¿Cómo de fiable es la ecuación?. En ella los términos R y Tv no pueden ser muy erróneos: se obtienen de datos de astronomía y del hecho de que sabemos que la vida ha estado sobre la Tierra al menos el tiempo considerado en la fórmula.

     El factor Fp tiene un cierto carácter especulativo, pues es complicado calcular qué porcentaje de estrellas tienen planetas favorables a la vida. Pero no es algo que deba preocuparnos: si erramos en un factor 1:1.000 seguiría habiendo un número enorme de planetas aptos en el universo. Cuando yo di una conferencia en el Félix sobre extraterrestres en el año 2004 la situación era diferente. Los astrónomos tenían teorías que explicaban la formación de sistemas solares, pero no se tenía la certeza de que el proceso fuera general. Hoy se  han descubierto al menos 1850 exoplanetas, de los cuales uno es parecido a la Tierra. Esto garantiza que los cálculos de Fp pueden se erróneos, pero no modifican de forma sustancial la conclusión anteriormente expuesta.

     El factor Fv si es mas especulativo y presenta mas problemas. El desarrollo de la vida supone la autoorganización al azar de materia inorgánica en estructuras orgánicas capaces de reproducirse y relacionarse con el medio. No hablo de algo tan complejo como una célula, sino un precursor mas sencillo, como una membrana y ADN o ARN capaz de intercambiar energía y materia con el medio y reproducirse. ¿Es éste un proceso habitual o el nacimiento de la vida en la Tierra es algo único e irrepetible?.

    Lo mas razonable es pensar que la Tierra no es tan especial, que la vida (cómo dice el paleontólogo en Parque Jurásico) se abre camino en condiciones favorables. Es lo que los científicos llaman el principio de mediocridad.

   Pero no tenemos la certeza: sólo sabemos de la existencia de la vida en la Tierra. Por eso es tan importante el descubrimiento de vida, o estructuras que nos sugieran de forma incuestionable su existencia anterior, en otros lugares diferentes a nuestro planeta. Y por eso es tan interesante la exploración de Marte: es un planeta favorable a la vida que tuvo agua líquida en tiempos remotos y  que es un candidato perfecto para que hubiese vida en tiempos pasados.

   Hoy día los científicos están convencidos de que hay muchas “Tierras” en nuestro universo. Y hay que estar de acuerdo con el locutor: no podemos considerarnos tan excepcionales  como para pensar que la vida en la Tierra es algo único. La vida no está sola, a menos que seamos un milagro.

   ¿Y que hay de esos extraterrestres viajeros que nos visitan?.  Esperad al próximo artículo.

    

MUERTE EN EL CIELO

El mismo Sol que calentaba el frío cuerpo de los grandes reptiles que dominaban la Tierra hace 60 millones de años es el mismo que observaban nuestros antepasados homínidos hace dos millones de años y es la misma estrella que nos envía su luz y calor en la actualidad. Se calcula que el Sol lleva  brillando 5.000 millones de años y que lo seguirá haciendo durante otro tanto. ¿Verdad o predicción no comprobable (no habrá nadie en la Tierra para entonces)?.

   En realidad la humanidad ya ha visto la explosión y muerte de estrellas. En 1572 el astrónomo Tycho Brahe encontró una estrella que durante un corto tiempo brilló mas que Venus.  En 1054 astrónomos chinos y árabes relatan la existencia de una estrella que fue visible durante 23 días y 653 noches, para luego desaparecer del cielo nocturno para siempre. Hoy denominamos supernovas a esas estrellas moribundas: estrellas que explotan y brillan tanto como una galaxia durante muy poco tiempo.

   ¿Cómo se produce esa muerte?. Hoy sabemos que una estrella es una enorme esfera de hidrógeno y helio a muy alta temperatura. La gravedad comprime los gases hasta que se llega a una temperatura tan elevada que es posible la fusión de los núcleos de los átomos de hidrógeno para formar núcleos de átomos de helio, liberándose en el proceso enormes cantidades de energía. Es entonces cuando la estrella comienza a brillar.

   Durante la vida normal de la estrella (denominada secuencia principal) el sol se encuentra en un delicado estado de equilibrio entre dos fuerzas: la gravedad, que comprime y calienta la estrella, y las fuerzas expansivas resultantes de las reacciones nucleares de fusión. Cuando la estrella se comprime aumentan las reacciones nucleares que la expanden y la enfrían; de manera que el diámetro de la estrella y la energía que envía  al espacio oscila entre límites muy concretos.

   El tiempo que la estrella pasa  tranquila en la secuencia principal depende de su tamaño. Las enanas rojas duran cientos de miles de millones de años y las gigantes azules, sólo de dos a tres millones de años. Y esto es así porque cuanto mas masiva es una estrella mayor es la energía que desprende y gasta con mayor rapidez su combustible: el hidrógeno.

   Al agotarse el hidrógeno ya no se puede frenar la contracción. La temperatura aumenta enormemente y se dan otras reacciones nucleares que forman núcleos mas pesados (C, O, N, Ca) hasta que se forman núcleos de hierro.  Durante el proceso las capas exteriores de la atmósfera solar   se expanden y la estrella ocupa un volumen muy grande: se convierte en una gigante roja. Cuando nuestro sol se convierta en una gigante roja ocupará un espacio mayor que la distancia Tierra-Sol y se tragará a nuestro planeta. En su centro, el núcleo de la estrella sigue contrayéndose y se obtiene una pequeña(15.000 km de radio) y densa estrella formada por una densa sopa de núcleos y electrones apretados. La enana blanca así formada brillará durante el resto de la vida del universo, haciéndose cada vez mas fría (muerte térmica).

   Esta muerte tan poco apacible se da sólo para estrellas de menos de 1'5 veces la masa del Sol. Para estrellas mas grandes, la gravedad es tan alta que no se puede frenar la contracción del núcleo. La temperatura es tan elevada que los protones de los núcleos y los electrones se funden para formar neutrones. La reacción nuclear es increíblemente exotérmica y tan rápida, que toda la masa de la estrella se convierte en neutrones en un tiempo muy corto, produciéndose una tremenda explosión: es una supernova.

   Las supernovas brillan durante algunos días tanto como toda la galaxía. Las capas externas de la supernova se alejan expandiéndose hacia fuera formando una nebulosa. En su centro queda una estrella de neutrones de unos 15 km de radio, girando a razón de unos 0'001 segundos por giro y emitiendo microondas por sus polos. Es un púlsar, que se detecta al recibirse en la Tierra las emisiones de micorrondas de forma periódica.

          Nebulosa del cangrejo hoy, formada tras la explosión de la supernova de 1054  

   

   Pero si la masa es mayor que tres masas solares, ni siquiera la formación de una estrella de neutrones es suficiente para detener la contracción. En ese caso, el núcleo de la estrella desaparece  del universo formando un agujero negro. Ni siquiera la luz puede escapar de él y sabemos de su existencia por la energía que emite la materia cuando es atrapada pos su gravedad y cae en el. En el centro de las galaxias existen agujeros negros del orden de cientos de millones de masas solares, alrededor de los cuales rotan todas las demás estrellas.

    ¿Somos capaces de imaginar siquiera algo mas increíble que el genio desnudo de la naturaleza?

PESANDO ÁTOMOS

 Estamos a principios de la primera década de 1.800. Los primeros químicos (Dalton, Richter, Proust) están recién enterados de la existencia de unas misteriosas entidades llamadas átomos. Explico las leyes de la química y hablo de masas atómicas y moleculares, contamos átomos y calculamos cuantas moléculas hay en una cierta cantidad de sustancia... pero Marina no lo ve claro.

  -¿Cómo hallaron el valor del número de Avogadro?- pregunta.

  -¿Cómo encontraban las masas de los átomos sin el aparato ese (el espectrómetro de masas) del que nos habló?-continua preguntando.

  - Es largo- respondo. Prometo contarlo en el blog. Allá vamos.

   El primer químico en intentar pesar los átomos fue Dalton, quién se dio cuenta de que podemos hacerlo a partir de la masa de un elemento que se combina con la masa de otro al formar cierto compuesto.... si sabemos el número de átomos que se combinan entre sí. Asi 7'94 g de oxígeno se combinan (unen) a 1 g de hidrógeno para dar agua; por lo que si se admite que el peso atómico del hidrógeno es 1 , el peso atómico del oxígeno sera de 7'94 si la fórmula del agua es HO, 15'88 si la fórmula es H2O o 3'97 si la fórmula es HO2.

  El método es bueno para establecer un listado de pesos atómicos relativos (al valor 1 del hidrógeno)... si conoces la fórmula, claro. Cosa que Dalton desconocía. Para superar el escollo, Dalton sugirió unas reglas sencillas para acceder a las fórmulas. Reglas que Berzelius, otro gran químico de la época, demostró rápidamente que no eran correctas.

   El acceso a las fórmulas de los compuestos no fue posible hasta la comprensión profunda de la hipótesis de  Avogadro, cincuenta años despúes.  Según la hipótesis, en un mismo volumen (a la misma presión y temperatura) de un gas A y otro B, debe de haber el mismo número de moléculas; por lo que el peso de cada volumen de gas debe ser proporcional a la masa de cada molécula M.

Es decir     Peso de un volumen V de gas A  /  Peso de un volumen V de gas B  =   M_A / M_B

  Debido a ciertas razones históricas, se tomó como referencia que el peso molecular (la masa de la molécula) del oxígeno es 32, ya que 32 g de oxígeno ocupan 22'4 litros en “condiciones normales, CN” ( 1 atmósfera de presión y 0º C de temperatura).

Ahora será    Peso de 22'4 L de gas A en CN / Peso de 22'4 L de oxígeno en CN = M_A / 32

Por lo que    Peso de 22'4 L de gas A en CN / 32= M_A / 32   y M_A  = Peso de 22'4 L de gas A en CN

  De esta manera podemos establecer una lista de masas moleculares relativas (al valor masa del átomo de oxígeno igual a 16) determinando experimentalmente el peso (en g) de un volumen de 22'4 L del gas medidos en condiciones normales.

   Con una lista de estas, Cannizaro fue capaz de establecer una lista de pesos atómicos relativos a partir de datos experimentales, comparando los pesos de un mismo elemento que se combinan para formar diferentes moléculas, tal y como se aprecia en la tabla siguiente:

Compuesto	Peso molecular  (exp)	% cloro (exp)	Peso del cloro (exp)	Átomos de cloro (hipótesis)
Cloro	70’9	100	70’9	2
Dióxido de cloro	67’5	52’55	35’5	1
Cloruro de hidrógeno	36’5	97’25	35’5	1
Cloroformo	120	89’1	107	3
Fosgeno	99	71’69	71	2
Tetracloruro de carbono	154	92’2	142	4
Cloruro de etilo	65	54’95	35’7	1

Exp= experimental

    Por lo que Cannizaro concluye que el peso atómico del cloro debe ser el valor mas pequeño, correspondiente a un átomo en la molécula e igual a 35’5  (respecto al valor 16 del oxígeno).

  En el caso de elementos metálicos, que  no forman moléculas con facilidad, Doulong y Petit encontraron una curiosa relación experimental que permitía calcular el peso atómico de forma aproximada:

  El peso atómico  del metal multiplicado por su calor específico, debe valer 6'3 cal/mol C.

   Hoy en día los espectrómetros de  masas calculan con gran exactitud las masas de los átomos,  midiendo la desviación que sufren al atravesar un campo magnético. Pero es un método físico aséptico, anodino; que no se puede comparar al sabor de los antiguos métodos químicos …. y al placer que me ha supuesto releer ese fantástico libro de química que el profesor Ibarz escribió en 1958; adaptando los textos del profesor americano J.A. Babor en 1953. Libro que amenizó largas tardes de estudio en la biblioteca de la antigua universidad (en la fábrica de tabacos) con mis compañeros de carrera y que me devuelve por unos momentos a esa juventud perdida.

..

LA TEORÍA DEL TODO (III)

   En las dos entregas precedentes se explicaba que la ciencia ha llegado a la conclusión de que todas las leyes de la naturaleza que conocemos se pueden deducir a partir de tres conjuntos pequeños de leyes: el modelo estándar (que describe las partículas que forman los átomos y las fuerzas entre ellas), la teoría de la relatividad de Einstein (que describe la gravedad) y el modelo inflacionario del big bang (que explica la evolución del universo a partir del big bang).

     La agrupación de las tres teorías en una sola es el actual sueño de la Física: la Teoría del Todo.

   Desgraciadamente el asunto no es sencillo, porque el modelo estándar usa una descripción del mundo subatómico y sus fuerzas basadas en la mecánica cuántica y las otras dos no lo hacen. La mecánica cuántica introduce el concepto de azar y probabilidad como algo propio de la realidad y este aspecto no aparece por ningún lugar en las otras dos teorías, que no usan los conceptos propios (y tan exitosos) de la mecánica cuántica.

   Actualmente hay dos teorías que compiten por ser el embrión del que saldrá la teoría del todo.

   La mecánica cuántica de lazos o bucles, introduce la idea de que a una escala extraordinariamente pequeña, la llamada escala de planck, el espacio no es continuo sino que hay pequeñas celdas de volumen. Podemos pasar de un volumen de espacio al siguiente volumen de espacio pero no hay regiones de espacio mas pequeños o intermedios. Es como si el espacio estuviera distribuido en forma de cubos muy pequeños superpuestos unos al lado de los otros. Así las partículas no pueden ocupar cualquier espacio sino que deben tener un número entero de veces el volumen del cubo mas pequeño, pero no valores intermedios. En física se dice que el volumen está cuantizado.

   La cuantificación asi descrita del volumen permite tratar a la gravedad como un efecto de la geometría del espacio, pero (y esto es lo importante) sujeta a las condiciones que impone la mecánica cuántica.

   La segunda teoría en discordia es la teoría de supercuerdas. La teoría parte de la base de que una partícula con masa no puede ser considerada como un punto (como hacen el  modelo estándar) ya que éste no tiene volumen alguno. Se considera que existen una serie de objetos matemáticos que son como cuerdas en un espacio. La forma que tienen estos objetos en este espacio es lo que hace que aparezca a nuestros ojos como una determinada partícula. Se trata de una descripción muy matemática, en la que parece que la realidad es una concreción física de una idea matemática.

   A pesar de que la teoría de supercuerdas es muy difícil de comprender, pues implica un espacio de tres dimensiones de longitud que podemos ver, una dimensión que es el tiempo y seis (o incluso mas) dimensiones espaciales (de longitud) que son tan increíblemente pequeñas que no somos capaces de distinguirlas; es la teoría mas popular entre los físicos.

    ¿Cual de las dos es la correcta?, o incluso ¿hay alguna de ellas correcta?. Para saberlo debemos exigir que la teoría correcta haga predicciones correctas sobre la realidad que observamos. Por desgracia todavía no disponemos de experimentos diseñados  que nos permitan comprobar si estas teorías son válidas. Las dos pretenden explicar los fenómenos ya conocidos, pero esto no es algo meritorio a estas alturas de la partida: si queremos una teoría del todo, ésta debe ser compatible con lo que ella sabemos. Nunca tendríamos en consideración una teoría del todo que no estuviese de acuerdo con el modelo estándar (por ejemplo).

  Necesitamos nuevos experimentos que den cuenta de predicciones nuevas de cada teoría.

  Pero el problema se presenta apasionante: la teoría de supercuerdas supone la existencia de múltiples universos, con diferentes propiedades de la física.

  ¿Superará de nuevo la naturaleza la mas fiera imaginación de la mente humana?. Espero poder disfrutar de los próximos capítulos.

TEORÍA DEL TODO (II)

  En la entrada anterior explicaba el modelo estándar, teoría que resume en unas pocas ecuaciones las fuerzas que existen y las partículas que forman parte de la estructura interna de la materia. Es una teoría que incluye los postulados de la mecánica cuántica, la nueva Física del siglo XX que hemos de aplicar en el mundo microscópico.

  Sin embargo el modelo estándar no es capaz de integrar la fuerza de la gravedad, que gobierna el comportamiento de la materia a gran escala. La gravedad es una fuerza de muy pequeña intensidad comparada con las otras tres fuerzas de la naturaleza, por lo que no tiene importancia a pequeña escala, en el mundo del átomo y las moléculas donde la fuerza electromagnética es la reina o en el mundo de las partículas aún mas pequeñas.

   Pero en el mundo macroscópico las otras tres fuerzas son muy pequeñas, bien por la distancias implicadas, bien porque la materia es eléctricamente neutra. Entonces los efectos de gravedad se suman y pasa a se dominante.La gravedad es ese hilo invisible que nos pega al suelo y que ,  mantiene unida la Luna a la Tierra, la Tierra al Sol, el Sol y las demás estrellas en la galaxia y a la Via Láctea al Grupo Local (junto con la galaxia de Andrómeda o las Nubes de Magallanes).

   Isaac Newton encontró una ecuación (ya vieja) para describirla en su  teoría de la Gravitación Universal. Pero mas tarde se demostró que la gravedad era algo mucho mas complicado que una simple fuerza.

  Los experimentos de MIchelson-Morley en 1.887 demostraron que la velocidad de la luz  no sufría variaciones independientemente de si viajaba a favor o en contra de la velocidad de la Tierra. Esto llevó a Einstein en 1905 a la teoría especial de la relatividad (la velocidad de la luz es independiente del observador) y, mas tarde a la Teoría General de la Relatividad. Esta última es una teoría de la gravedad, en la que la gravedad no es una fuerza, sino una deformación del espacio alrededor de una masa.

             

  Esta forma de describir la gravedad resultó ser también una buena teoría científica: predecía la existencia de fenómenos extraños y desconocidos, como poder ver una estrella detrás del Sol en un eclipse de sol (Einstein) o la existencia de agujeros negros (R. Penrose, S, Hawking). Fenómenos que resultaron tener una existencia real.

  Además una teoría completa de la gravedad enlaza con la Cosmología: ¿Cómo se originó el universo?, ¿Cómo se desarrolló', ¿cúal es su futuro?.

   El modelo actual que explica lo que observamos hoy a escala cósmica es el modelo inflacionario de big bang: hace unos 13.700 millones de años, todo el universo estaba contenido en punto muy pequeño de muy alta densidad que "explotó". En los primeros momentos hubo un período de crecimiento acelerado del mismo (período inflacionario), en el que se creó la mayor parte de la materia y energía que hoy observamos.

             

   El modelo inflacionario,  junto a la teoría general de la relatividad y el modelo estándar, representan tres conjuntos de ecuaciones que, al reunirlos, nos permitirían deducir el resto de leyes de la naturaleza.

  Pero el hombre aspira a mas. aspirar a compactar las tres en un solo conjunto de ecuaciones único.: la Teoría del Todo.

LA TEORÍA DEL TODO (I)

   La ciencia consiste básicamente en la búsqueda de ecuaciones matemáticas que permitan describir el comportamiento de la Naturaleza. Es a esto a lo que llamamos Leyes Naturales.

   Podemos conocer de antemano cuanto se va a estirar un muelle al colgarle cierto peso si usamos la ecuación P = K x , donde P es el peso, x lo que se estira el muelle y K un cierto número propio de cada muelle (una constante). Es la llamada ley de Hooke.

   No sabemos por qué, pero a la naturaleza le complace comportarse siguiendo rígidas ecuaciones matemáticas, ecuaciones que hemos ido encontrando poco a poco. De todas ellas las mas importantes son las descritas por la Física, ya que todas las demás disciplinas científicas están basadas en ellas: la Química no es mas que la descripción de cómo se reordenan los átomos o cómo se relacionan estos entre sí …. lo cual depende de la fuerza electromagnética que la Física describe. La Bilogía está dominada básicamente por las reacciones químicas en los organismos.... que son consecuencia de fuerzas electromagnéticas. Y lo mismo podríamos decir de las otras disciplinas científicas.

   El desarrollo tremendo de la ciencia en el último siglo ha permitido situarnos en una posición en la que, por primera vez, el hombre aspira a encontrar un número pequeño de ecuaciones capaces de describir toda la realidad. A esto lo llamamos Teoría del Todo. A partir de ese pequeño número de ecuaciones podríamos ser capaces de deducir todas las demás leyes de la Física, Química, Biología, Geología.. etc.

   La Teoría del Todo debe reunificar en una sola las tres teorías que engloban una explicación de todo lo que ocurre a nuestro alrededor: una descripción satisfactoria de la Gravedad, de las distintas partículas que componen los átomos ( y las fuerzas entre ellas) y del desarrollo del Universo a gran escala (Cosmología).

   Las fuerzas que gobiernan lo que ocurre dentro de los átomos son tres: la fuerza electromagnética, asociada a la carga eléctrica, que une los electrones al núcleo atómico; la fuerza nuclear fuerte que mantiene a protones y neutrones pegados en los núcleos y la fuerza nuclear débil, responsable de ciertos fenómenos radiactivos.
   El empleo de  energías cada vez mayores en los experimentos, llevó a descubrir que dentro de los átomos había mas partículas de lo esperado, como los muones. Necesitábamos un concepto de átomo mas allá del simplista modelo nuclear.

   La teoría que describe las fuerzas y el comportamiento de las partículas mas pequeñas que componen los átomos (partículas elementales) es la Mecánica Cuántica. Su desarrollo permitió unificar las tres fuerzas en una sola descripción teórica que también explica el número y tipo de partículas elementales que deben existir. Este conjunto de ecuaciones es lo que los físicos denominan el modelo estándar.

   Partiendo de lo ya conocido (las tres fuerzas descritas y la existencia de protones, electrones, neutrones, fotones,etc) en las ecuaciones el modelo estándar aparecen términos que se corresponden con partículas que deben existir en la realidad y de cuya existencia no se sospechaba. Es el ejemplo de los “quarks”, que forman los protones y neutrones. Así el neutrón está formado por un quark “up” y dos quarks “down”.

   El tamaño de los quarks es extremadamente pequeño: Si el átomo tiene un radio de 1 Å (10^-10m), el núcleo tiene un radio de 10^-14 m y el quark unas diez mil veces mas pequeño. Para descubrirlos necesitamos enormes cantidades de energía, como la que se consigue al acelerar partículas y hacerlas chocar contra núcleos de otros átomos.

   La existencia real de los quarks ha sido demostrada a posteriori en los grandes aceleradores. Esto es una señal muy buena en ciencia: una teoría que predice algo no conocido y que después se demuestra correcto, es una buena teoría científica.

   En los últimos cincuenta años la base de la física teórica ha sido el desarrollo y ampliación del modelo estándar . En el camino han aparecido mas partículas elementales desconocidas: el pión, el neutrino…..Paralelamente la física experimental intentaba encontrar las pruebas que demostraban la corrección del modelo estándar.

   Hoy el modelo estándar está sólidamente establecido como correcto. Según dicho modelo existen 12 partículas de materia o fermiones (seis quarks, el electrón, el muón, el tau y sus neutrinos correspondientes)que se asocian para formar partículas mayores (como los  piones oneutrones)  , 12 partículas responsables de las fuerzas descritas o bosones ( entre ellas el fotón o partícula de la luz) y el bosón de Higgs, responsable de la existencia de la masa en los fermiones.

   La confirmación definitiva del modelo estándar ha llegado en 2012, al hallarse el bosón de Higgs (muy difícil de detectar por su gran masa) en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), un túnel de 27 kilómetros de longitud en el que se aceleran partículas y se hacen chocar violentamente con los núcleos atómicos, generando condiciones de energía similares a lo que ocurrió pocos instantes después del big bang.

   ¿Habrá partículas aun mas pequeñas?. Dado lo pequeñas de las longitudes asociada a los quarks, parece difícil que pueda haber algo mas pequeño, sobre todo porque empezamos a acercarnos a una longitud a la que la densidad de energía asociada es parecida a la que hubo en el big bang: es la llamada escala de Planck, 10^-34 m.

LA AMENAZA DEL ÉBOLA

 Asistimos, entre perplejos y preocupados, a la expansión del virus del ébola a países europeos y nos preguntamos.. ¿hasta dónde puede llegar esta expansión?. Para responder a esta pregunta conviene saber algo sobre el virus y la enfermedad.   

   El virus del Ébola fue descubierto por primera vez  durante una epidemia de la enfermedad del Ébola que se declaró en el rio del mismo nombre en 1976. Se trata de un virus que se contagia por los fluidos corporales: saliva, sudor, sangre, orina  o heces y que tiene un muy corto periodo de supervivencia fuera del organismo humano. Este aspecto es importante, ya que limita su contagio y evita una rápida expansión del mismo (como ocurre en virus que se contagian por via aérea, como el del resfriado).

    La enfermedad que produce tiene un tiempo normal de incubación de 5 a 12 días. Los primeros síntomas son fiebres y algún dolor (cabeza o garganta) que progresa a vómitos y termina alterando las funciones del riñón o hígado y hemorragias, tanto externas como internas. Se trata de una enfermedad muy grave, que termina con la muerte del paciente en muchos casos. Dependiendo de la cepa del virus, se mueren entre 50 (brote de 2012) a 90 (brote de 2002) pacientes de cada 100.

   El origen del virus no está claro, pero sabemos que pudo darse el salto de una especie de murciélago a otros mamíferos, como los macacos y el hombre. Las diversas epidemias se suceden en países africanos, con climas húmedos y de alta temperatura. Por eso al virus le cuesta sobrevivir fuera del organismo, sin humedad.

   Los casos de virus detectados fuera de los países de origen se deben a la globalización: personas en contacto con el virus, pero que no han desarrollado la enfermedad, vuelan a otro lugar, donde manifiestan los síntomas. Es importante recordar que una persona infectada solo puede contagiar el virus cuando manifiesta los síntomas, lo que unido al poco tiempo de supervivencia del virus fuera del organismo y su contagio exclusivo via fluidos, asegura que su expansión no puede ser excesivamente rápida... entendiendo por rápida el llegarse a un contagio masivo de la población.

   De hecho si se siguen adecuadamenten los protocolos de la  OMS (organización mundial de la salud) y no hay negligencias en los enfermeros, no debería haberse producido el contagio de la enfermera española que trató al misionero. Pero claro, sólo ponerse el traje lleva 20 minutos y quitárselo (para asegurarnos evitar tocar los fluidos con los que ha estado en contacto) lleva 40 minutos a un médico especialista. Esta se baraja ahora mismo como  la causa mas probable del contagio en el caso español. Por lo tanto, tranquilidad para el resto de la población.

  El verdadero peligro viene de dos posibles vías: la primera es la mutación del virus a otra cepa que se contagie a través del aire. Esta posibilidad, remota, es la mas preocupante pues llevará a una epidemia mundial de trágicas consecuencias. En mi opinión es muy difícil que ocurra por las características del virus y su medio ambiente de origen.

   Mas me preocupa otra posibilidad.Cuando llevamos el virus a otro medio ambiente estamos ayudando a seleccionar los virus mas resistentes a este medio. Un mismo tipo del virus de Ébola mas resistente a un clima adverso (sequedad, baja temperatura) compite en condiciones de igualdad con los virus menos resistentes (pero mas numerosos) cuando está en su medio ambiente natural, por lo que su posibilidad de reproducción es menor (no tiene ventaja). Pero si resulta que el virus que contagia a los humanos en estos ambientes extremos (para el virus) son los que han conseguido sobrevivir fuera del organismo mas tiempo, estamos provocando la reproducción masiva del virus resistente (los otros no pudieron sobrevivir y murieron antes del contagio). Y esto sí puede provocar un mayor índice de contagio en la población.

   Es difícil un escenario como el que planteo, pero ya ha ocurrido algo parecido en otros casos: en pacientes de SIDA tratados con medicamentos, se ha observado una regresión de la enfermedad tras una mejora evidente. El motivo: matamos a los virus menos resistentes, dejamos vivos a los mas resistentes a los medicamentos, que son los que se  reproducen y vuelve la enfermedad.

    

INVIERNO

   Reproduzco aquí el relato con el que gané la última edición de premios de relatos del IES Llanes. Había que incluir alguna frase de un poema de Luis Cernuda. En concreto, las frases "El Sur es un desierto que llora mientras canta" y "mis lentos ojos no verán nunca más el Sur" pertenecen al poema.
   No os creáis que voy a ser ningún escritor de éxito..... sólo había un candidato.

INVIERNO

           El Sur es un desierto que llora mientras canta. En el sur las personas viven, aman, ríen, comen, andan despacio, siempre despacio; sueñan, siempre soñando. En el sur se espera el maná, nunca se busca el oasis.

            En mi niñez veía a los viejos sentados en sillas de nea a la puerta de sus casas. Tomaban el sol viendo pasar el tiempo. En las noches calurosas, sus hijos, nuestros padres; hacían lo mismo. Charlando de nada, riéndose de todo.

            Mientras, en los grandes caseríos, se tomaba jerez en pequeños sorbos al calor de piezas de teatro, ideas políticas, novelas, obras de arte...  quién sabe si algo de sexo junto a la chimenea.

            Yo quería reír junto a Quevedo, llorar con Shakespeare, tomar un vaso de vodka con Anna Karenina, volar con Lindbergh para viajar con Bogart en la Reina de África, perseguir a Darío por la llanura de Issos.

            Así que busqué lo que otros no deseaban encontrar y estudié duro. Trabaje más duro. Al final obtuve mi premio: una orla y un papel firmado por el consejero de educación.

            Desde ese instante comprendí que, en el Sur, tus anhelos huyen hacia el mar, donde se diluyen en su inmensidad. Allí son frágiles barquillas a merced de las corrientes de la tradición; perdidas al pairo de una calma perezosa, indolente  y asfixiante;  nunca espabilada por los vientos del cambio.

            Así que me fui. Emigré buscando nuevos aires donde mi alma pudiese respirar, cabalgar libre en inmensos espacios abiertos, observada y evaluada por sus acciones; no por su color, forma, origen o pedigrí.

            Lo dejé todo atrás. Lejos.

            No creí que importase.

            Hoy cumplo cincuenta años aquí. Me siento en mi piedra; la misma piedra en la que lo hago las últimas dos décadas. Hoy el mar está en una extraña calma, tranquilo. Sus aguas lamen perezosamente las rocas de la orilla de mi fiordo. A lo lejos, mi mirada se cruza con cimas heladas. Estremece el contraste entre el blanco níveo de las cumbres y el azul casi transparente del lago que duerme en su regazo.

El aire es tan claro que la reflexión de la luz es perfecta: un espejo por el que me gustaría colarme como Alicia en su país de las maravillas y acceder a otro tiempo, otro lugar, otro mundo; con su sol de primavera y su luz de otoño.

El Sur duele. Sus lágrimas te calan al alma hasta los huesos.  Alguna vez mi cuerpo retornó al sur; mi corazón y mis ojos siempre vuelven a él. Hoy me siento más viejo que nunca. Mi cuerpo grita por un poco de calor. Quizás mis lentos ojos no verán nunca más el Sur.