En la medida que la incomunicación nos hace desgraciados, imagino lo dichosos que nos debía hacer la perfecta comunicación (amor) en el Paraíso Perdido”. El amor llena el ansia de completud que tenemos desde que perdimos el Paraíso y se nos desterró al aislamiento e incompletud de nuestro ser. Cuando amamos somos uno con el ser amado, volvemos a ser completos, recuperamos lo perdido y por eso, mientras no lo encontramos, pasamos la vida buscándolo. Eso vale para las personas y, en cierta forma, para lo que nos hace felices. Y ahí entran, también, nuestras aficiones, nuestros pequeños o grandes amores por las ciencias o las letras: amor por el teatro, por la literatura, por la pintura … y, ¿por qué no?, por las matemáticas y sus hermosos teoremas, o por la física, o por los animales y la biología…
Gerald Holton es profesor de física e historiador de la ciencia en Harvard y un verdadero especialista en Einstein, hasta tal punto que fue la persona elegida por la familia del científico para clasificar toda su documentación, después de su muerte. Una vez, le preguntaron, cuál es la característica esencial de un científico y Holton respondió: “Tal vez mis colegas sonrían, pero creo que igual que algunas personas están enamoradas del dinero y otras se enamoran del arte, los científicos están enamorados de la química o de la física o de las matemáticas… El científico se enamora muy joven y deja todo de lado por ese amor . Stephen Jay Gould decía que la ciencia significa que al final del día, en el laboratorio, sabes que el 99% del tiempo de trabajo ha sido tiempo perdido, y encima todavía tienes que limpiar las jaulas de los ratones. La ciencia es una actividad que exige muchísima dedicación y tiempo”.
La ciencia, el arte o la filosofía, por ejemplo, cuando los amamos de verdad nos hacen completos. Y en ocasiones llegamos a tener “relaciones” tormentosas no sólo con la persona que amamos sino con nuestras más arraigadas aficiones, capaces de absorbernos totalmente. En todo lo que nos enamora siempre está la búsqueda de la felicidad y la completud “perdida”.
Al final el amor y el infinito no son tan distintos. En cierta forma ese infinito de los cinco años se corresponde con el infinito que llena el corazón enamorado a los veintiuno .
Despido esta columna, después de casi siete años, con una última reflexión sobre las ciencias y las letras: No es tan diferente un científico de un poeta (un artista). La poesía está ahí, como las leyes de la naturaleza o el más precioso de los teoremas, solo hace falta descubrirla. El poeta descubre la belleza, al igual que el científico; extrae la poesía de la realidad, de la misma forma que el científico es capaz de extraer las leyes que la gobiernan. Ante la armonía, la simplicidad inteligente y la belleza de las soluciones que adopta la naturaleza, el científico se convierte en poeta. Y sólo así es capaz de desentrañar sus leyes más profundas. De hecho, las simetrías desempeñan un papel esencial en la ciencia actual. Se han realizado espectaculares descubrimientos con la simple presunción, y posterior comprobación, de ciertas simetrías matemáticas – ¿poesía? – que la naturaleza se empeña en respetar. Hasta tal punto es así que la aventura científica se convierte en la búsqueda de las más sencillas y potentes simetrías capaces de descifrar, de la forma más simple, la aparente complejidad del mundo que nos rodea . En cierta forma, la complejidad, tal como la entendemos y vivimos, no es más que un reflejo de nuestras propias limitaciones. La poesía es capaz de soslayarlas y dejarnos entrever el mundo maravilloso que existe más allá de nuestros límites racionales. El progreso de la ciencia necesita del científico/poeta capaz de cambiar el marco de nuestra visión miope de la realidad.
Cambiando las referencias de partida las preguntas más complejas se convierten en respuestas obvias. Cada vez que las preguntas se complican necesitamos reformularlas dentro de un nuevo marco en el que se hace imprescindible la valentía del artista/científico y el rigor del científico/artista. El arte es humano y la ciencia también. Y en todo lo humano cuenta, y mucho, el corazón .
A mis hijas Alba y Zoe
¡¡¡Viva LibrodeNotas !!!]]>Con el nacimiento de la teoría de cuerdas se logró un avance importantísimo, un principio de compatibilidad entre las dos grandes teorías actuales de la física, la relatividad general y la mecánica cuántica que parecían incompatibles . La presunción de que las partículas no eran puntuales sino el resultado de una cuerda vibrante, eliminaba los molestos infinitos asociados a los campos cercanos a las partículas puntuales, además introducía de forma natural a la partícula mensajera de la gravedad: el gravitón, una partícula de masa cero y spin 2, predicha por la relatividad general. La teoría de cuerdas resultaba ser una teoría cuántica y gravitatoria.
Desde los comienzos de la teoría de cuerdas, como una especie de entelequia matemática para explicar las interacciones entre los componentes de los hadrones (nucleones, como protón y neutrón), hasta su proliferación en cinco tipos diferentes de teorías y el nacimiento de la teoría M que las engloba, la aventura científica que supone ha cautivado a miles de científicos de todo el mundo . Involucra la física con las matemáticas más abstractas, que todavía no han sido descubiertas, y en esa intrincada andadura encontramos a un verdadero genio en ambas disciplinas: Edward Witten. En el camino se ha encontrado una extraña simetría llamada dualidad T, o de radio grande/radio pequeño, por la cual las propiedades físicas de cierto tipo de cuerda, en un universo dotado de una dimensión circular de radio R, son absolutamente idénticas a las propiedades físicas de otro tipo de cuerda en un universo dotado de una dimensión circular de radio 1/R. Las cinco teorías de cuerdas existentes, junto con la teoría M, se muestran duales entre si y unidas en un solo marco teórico.
Las once dimensiones espaciotemporales de la teoría M y la forma en que se enrollan las dimensiones ocultas en los espacios de Calabi-Yau nos indican que la unidad cosmológica de las fuerzas fundamentales se consigue más fácilmente utilizando el marco de la teoría M. Pero las cuerdas ya no están solas, la teoría M incluye otros objetos: membranas vibratorias bidimensionales, burbujas tridimensionales que se ondulan, llamadas tribranas, y además una gran cantidad de otros ingredientes diversos .
Esto y muchísimo más, lo encontraréis, magníficamente explicado, de forma sencilla y clara en el apasionante libro de Brian Green “EL UNIVERSO ELEGANTE. Supercuerdas, dimensiones ocultas y la búsqueda de una teoría final” , de la Editorial Crítica. Barcelona. 2007.
Nota final : La teoría de cuerdas es una preciosa teoría, pero en los últimos treinta años esta teoría tan prometedora se ha llevado la mayoría de los recursos humanos que se dedican a investigar las teorías físicas sin obtener resultados concluyentes. Peor todavía, en el mundillo de la investigación en teoría de cuerdas existe una actitud gregaria y alejada de la crítica difícilmente compatible con la que se le supone a los científicos. Aún así, no deja de ser casi poético pensar que las diferentes partículas subatómicas que forman todo nuestro mundo son pequeñísimas cuerdas vibrando en diferentes frecuencias .
]]>Intuitivamente, y de forma simplificada (topología “superelemental”), los puntos interiores de un conjunto continuo serían puntos regulares y los puntos que forman su frontera serían puntos catastróficos. Los puntos regulares están rodeados de puntos que tienen la misma apariencia cualitativa en los que no “ocurre nada”, todo sigue igual (continuidad). En los puntos de la frontera o catastróficos siempre“ocurre algo”, pasa de haber una continuidad del sistema a encontrarnos con un cambio radical.__ Esta distinción entre puntos regulares y catastróficos es preliminar no sólo para la teoría de las catástrofes, sino para cualquier disciplina que establezca descripciones sobre cualquier forma teórica__. René Thom demostró que para los sistemas en los que interviene una o dos variables y en los que influyen hasta cuatro parámetros (tiempo, temperatura, gradientes…), hay siete rupturas o catástrofes elementales (morfologías o formas), a las que se han dado nombres muy plásticos e intuitivos: pliegues, cúspides, colas de milano, mariposas y ombligos elíptico, hiperbólico y parabólico.
En palabras suyas:” La TC se esfuerza por describir las discontinuidades que pudieran presentarse en la evolución del sistema.. Intuitivamente, se admite que la evolución global de un sistema se presenta como una sucesión de evoluciones continuas, separadas por saltos bruscos de naturaleza cualitativamente diferente. Para cualquier tipo de evolución continua subsiste el marco del tipo diferencial clásico, pero los saltos hacen que se pase de un sistema diferencial a otro. Se salta de una evolución continua descrita por un sistema de ecuaciones diferenciales a otra evolución continua descrita por otro sistema y no se puede excluir que un número finito de sistemas no sea suficiente para describir la situación por completo.” Realmente, aclara que más que una teoría, es una metodología, o acaso una especie de lenguaje, que permite organizar los datos de la experiencia en las condiciones más diversas.
René Thom ha sabido acercar las Matemáticas a las «morfologías», y ha estudiado con herramientas topológicas la aparición, la estabilidad y la desaparición de formas; ha encontrado el sentido de las cosas, en tanto en cuanto son formas o morfologías, a partir de ciertos invariantes que son las rupturas o singularidades. Así ha podido clasificar las maneras de proceder ante esas rupturas –las famosas «catástrofes» elementales– en sistemas dinámicos, tan variados que pueden ser físicos, linguísticos, biológicos o sociales.A pesar del fracaso –según los cánones del positivismo– de la TC como teoría científica aplicada, Thom ha abierto las matemáticas a las formas o morfologías del mundo, con el fin de comprenderlo, de encontrar su sentido, y no sólo movidas por el interés de predecir sucesos, clásico ejercicio decimonónico de la ciencia. Y ha empezado a mostrar su poder para hacerlo al permitir acercarse a través de muchos de su conceptos fundamentales –estabilidad estructural, bifurcaciones, atractores…– a la comprensión de fenómenos naturales tan complejos y tan corrientes como «la forma de una nube, la caída de una hoja, la espuma de un vaso de cerveza».
Libro : Parábolas y catástrofes , de René Thom. Una larga entrevista en la que consigue aclarar el sentido profundo de las analogías (“parábolas”) que explican algunos de los más enigmáticos y fascinantes fenómenos discontinuos (o “catástrofes”). René Thom, en los años setenta, desafió en su propio terreno a físicos y biólogos, a economistas y lingüistas, proponiendo, con su teoría de catástrofes, una nueva manera de considerar todas las transformaciones que se producen de modo brusco, imprevisto, dramático.
La primera figura procede de Divulgamat , encontrareis un interesante documento sobre la relación de Dalí con la TC.
]]>Uno de los objetivos del Año Internacional de Astronomía en 2009 fue la reivindicación del papel de las mujeres en la investigación astronómica. Generalmente, apenas se las ha dejado participar, y nada más en temas marginales, hasta bien avanzado el siglo XX. Este fue el caso de Henrietta Swan Leavitt, que formó parte del grupo de mujeres calculistas del Observatorio de Harvard.
Con un presupuesto limitado, el director de este centro quiso ahorrar y contrató mujeres que, con un salario mínimo, eran atentas, educadas y pacientes, las personas más adecuadas para analizar miles de aburridas placas fotográficas de campos estelares. Pero Miss Leavitt, que era graduada en Radcliffe con un curriculum tal que, si hubiese sido hombre, le habría proporcionado un título de licenciado en humanidades por Harvard, aceptó el tedioso trabajo de medir las luminosidades de las estrellas en las placas de la Pequeña Nebulosa de Magallanes. Y fue allí donde hizo el descubrimiento de dieciséis estrellas que tienen unas propiedades bien curiosas: su luminosidad varía periódicamente y las más brillantes tienen un periodo de variación más largo. Como la distancia que nos separa de ellas es básicamente la misma, el efecto, llamado actualmente relación periodo-luminosidad de las cefeidas, es realmente intrínseco y constituye un instrumento fabuloso para medir distancias en nuestra galaxia o más allá.En unos años en que era viva la polémica sobre si la Vía Láctea era la única galaxia y por tanto todo el universo, o bien si había multitud de galaxias y la nuestra era una de tantas, la aportación de Leavitt fue esencial para discernirlo. Shapley fue el primero en utilizar las estrellas de Miss Leavitt para medir la Vía Láctea, pero fue Hubble quien intuyó las verdaderas dimensiones del universo, cuando descubrió primeramente cefeides en la galaxia de Andromeda y después cuando demostró que las galaxias se alejan entre ellas sugiriendo así un universo en movimiento y en expansión.
Sin la contribución de Miss Leavitt este progreso espectacular de la astronomía extragaláctica de los años veinte del siglo pasado no hubiese sido posible. Ella, mientras tanto, no consiguió nunca ningún reconocimiento académico ni laboral. Su categoría laboral no pasó de ayudante, a pesar de la contribución a la ciencia que había hecho. Únicamente al final de su vida se atrevió a asignarse la profesión de astrónoma al responder a la pregunta de un oficial del censo de Boston.
Traducción de la preciosa reseña de Enric Marco i Soler (Depto. Astronomía y Astrofísica Univ. Vcia) al libro: “Antes de Hubble, Misss Leavitt”. George Johnson. Ed. Antoni Bosch. Barcelona.2009. Número 66 de la Revista Mètode de la Universitat de València.
Otra reseña :Usando la ley de Leavitt, el legendario astrónomo Edwin Hubble demostró que había estrellas –y galaxias enteras− más allá de la Vía Láctea, y que el universo, como ahora sabemos, es inmensurablemente grande.
Con la gracia y habilidad que le han convertido en uno de los más distinguidos escritores científicos de la actualidad, George Johnson contrasta astutamente la magnitud del descubrimiento de Leavitt con la tranquila obscuridad de su corta vida. Antes de Hubble, Miss Leavitt es tanto un relato brillante de cómo medimos el universo como la emotiva historia de un genio olvidado.
Comentarios de otras astrónomas actuales :
“Partiendo del descubrimiento de Henrietta Leavitt, que resultó fundamental para restablecer las distancias cosmológicas, el autor describe la historia de la investigación de una cuestión que aún hoy en día resulta fascinante: cuánto mide el universo.”
Cristina Manuel – Investigadora Científica, Instituto de Ciencias del Espacio, España
“Este libro entrelaza de una manera admirable historia, astronomía y la lucha de una joven mujer por dejar su huella en el mundo científico.”
Yolanda Gómez – Investigadora, Centro de Radioastronomía, México.
“Henrietta Swan Leavitt, y otras astrónomas de Harvard, trabajaron de forma casi anónima en un mundo dominado por los hombres, dejando un impresionante legado que en aquel momento no se les reconoció como se merecían, ya que su papel fue el de meras ayudantes, las llamadas “calculistas” de Harvard.”
Margarida Hernanz – Profesora de investigación, Instituto de Ciencias del Espacio, España.
Cuando lanzamos al aire una moneda existen dos posibilidades:{que salga cara} o
{que salga cruz}. Si al primer suceso le asignamos un valor de probabilidad que llamaremos p y al segundo un valor q, ocurre que, en este caso, p = q = 1/2 . Lo que que significa que para un número suficientemente alto de lanzamientos, la mitad de las veces el resultado será cara y la otra mitad será cruz. En un suceso clásico (no cuántico), como este, los números p y q son, en general, fracciones menores de la unidad. La situación del lanzamiento de una moneda podría describirse mediante una combinación de las dos alternativas: sería : p*{que salga cara} + q*{que salga cruz}.
Para hallar la probabilidad real cuando el suceso pasa al ámbito clásico se debe hallar el módulo al cuadrado de este número complejo, que es el cuadrado de la parte real más el cuadrado de la parte imaginaria: | z |2 = a2 + b2 (se lee módulo al cuadrado de z).
En teoría clásica de probabilidades, cuando queremos representar la situación de lanzar la moneda y la posibilidad de que salga un suceso o el otro, de forma indiferente escribimos: p*{que salga cara} + q*{que salga cruz}. En este caso, en que la suma de probabilidades da 1, estaremos representando un suceso cierto (probabilidad máxima = 1).
Si en dos tiradas exigimos que salga cara en la primera y cruz en la segunda, la representación sería:[ p*{que salga cara}] * [q*{ que salga cruz}]. La conjunción disyuntiva “o” , digamos que, se convierte en una suma, mientras que la “y” se convierte en un producto.
En el caso de las amplitudes ocurre lo mismo, pero mientras las probabilidades normales se suman de forma natural, como dos simples números fraccionarios, en las amplitudes de probabilidad la suma es vectorial, como en las fuerzas, tal como se explica en la figura.Así podemos entender más fácilmente lo que ocurre en el experimento de las dos rendijas , el experimento más bello de la física, cuando observamos las figuras de interferencia que producen los electrones al pasar por ellas. Estas figuras obedecen a esta forma de sumarse y restarse las amplitudes de probabilidad cuánticas que afectan, en este caso, a los electrones.
En nuestro mundo cotidiano, macroscópico, las probabilidades ofrecen un abanico mucho más pobre que el que presentan las amplitudes de probabilidad cuántica. Una vez más los números imaginarios nos ofrecen un poco más de luz para entender el extraño y poco intuitivo mundo cuántico.
]]>La libertad que aporta el romanticismo y que triunfa en el realismo se corresponde con la libertad del matemático frente a los entes que toma como objeto de estudio. En geometría, las figuras dignas de atención eran las figuras nobles, los sólidos platónicos. En la obra de Lhuilier aparecen ya cuerpos vulgares, pero es con Listing , sobre todo, cuando el geómetra generaliza cierta característica de los poliedros regulares (característica de Euler) y la aplica a figuras geométricas que ni son bellas, ni agraciadas de ninguna forma.
Siguiendo con los nuevos aires de libertad conceptual, en la segunda mitad del siglo XIX, nace el impresionismo. Se sustituye la imagen objetiva de la realidad visible por la sensación momentánea que produce el objeto sobre la retina, y se pasa de la representación de cosas conocidas a la fijación de aspectos inéditos. Los impresionistas orientaron la pintura hacia la interpretación subjetiva del motivo y hacia la depreciación del tema. En Van Gogh, Gauguin, Cézanne o Seurat, el cuadro se presenta más como una creación de la mente que como la representación del mundo exterior. Para Braque, los objetos son todavía más ajenos a la visión común que de ellos se tiene.
En matemáticas, la deformación topológica tuvo su presentación en geometría con Möbius en 1861 y Neumann en 1864. Se desprecian determinados aspectos inmediatos de las cosas para fijar su atención en otros aspectos inéditos. Se toman ciertas características esenciales que revelan su naturaleza profunda y se buscan objetos con el mismo invariante. Después de la deformación topológica el objeto encontrado puede que ya no se encuentre, como tal, en la naturaleza. De los poliedros regulares se han extraido por deformación topológica los sólidos no eulerianos y del contínuo funciones continuas que no son derivables y curvas que llenan toda la superficie de un cuadrado.Cézanne y muchos otros artistas jóvenes, insatisfechos por el impresionismo lo abandonan y se esfuerzan por reconducir la naturaleza a formas simples, casi geométricas. Nace el cubismo y Picasso y los demás cubistas, alrededor de 1910, descomponen los objetos en tal multitud de facetas que” los desmenuzan y los hacen desvanecerse en algunas de sus partes”. Sólo quedaba un paso “para que el artista decidiera no tomar ya más en cuenta a la naturaleza y se dejara llevar libremente por sus invenciones plásticas”: el arte abstracto.
Lo que los cubistas hicieron hacia 1910, también lo hicieron los matemáticos. Agrandaron hasta tal punto la separación entre los objetos naturales y sus representaciones que se estaba sólo a un paso de que el geómetra se decidiera a no tomar ya más en cuenta la naturaleza y se dejara llevar libremente por sus invenciones plásticas.
Los artistas que siguen el arte abstracto tienen en común el rechazo a la imitación de la realidad que se había impuesto el arte imperante en Occidente desde el siglo XV. Todos rechazan la perspectiva clásica y su espacio mensurable a favor de la construcción de un espacio imaginado. “El arte moderno pone en tela de juicio las ideas que acostumbramos a hacernos, las socava y nos invita a descubrir aspectos inéditos en los objetos. Se complace en desorientarnos y nos lleva a enfrentarnos con lo desconocido precisamente allí donde el objeto real parecía distinguirse por su confortable trivialidad”.El gran matemático francés Poincaré , decía:” La matemática es el arte de nombrar de la misma manera a cosas distintas. La teoría de Cantor , la axiomática de Hilbert no son sino la expresión misma de la libertad”.
Mientras que los artistas reconocen que la exigencia de reproducir la naturaleza es cosa de una tradición, no de una necesidad interna, los matemáticos nos cuentan que la aparición y aceptación gradual de conceptos que no poseen correspondencia inmediata en el mundo real obligan a reconocer que la matemática es una creación humana, más que una idealización de realidades naturales.
Del libro “Pensar la matemática”. Cuadernos ínfimos 114. Ed. Tusquets.1988. Barcelona. Conferencia de Jean-Claude Pont: “Pintura y geometría en el siglo XIX”. Doctor en matemáticas y catedrático de “Historia y filosofía de las ciencias”, en la Universidad de Ginebra.
]]>El mayor desafío es explicar a partir de ideas tan abstractas cómo emerge el espacio-tiempo clásico, es decir, nuestro espacio-tiempo cotidiano. En los últimos años gracias a nuevos procedimientos de aproximación se ha demostrado que la teoría tiene estados cuánticos que describen universos donde la geometría, en una aproximación correcta, es clásica. Recientemente, también se ha descubierto que la gravedad cuántica de bucles predice que dos masas se atraerán la una a la otra exactamente del modo que especifica la ley de Newton.
Mediante la gravedad cuántica de bucles se ha podido ir más allá en los agujeros negros de lo que se ha llegado en otras teorías físicas. Proporciona cálculos que prueban que las singularidades en el interior de los agujeros negros se eliminan. El tiempo puede continuar más allá del punto en el que la relatividad general clásica predijo que debía terminar y parece que se dirige a unas regiones recién creadas del espacio-tiempo. La singularidad es sustituida por lo que se llama “salto del espacio-tiempo”. Justo antes del salto se expande hacia el interior de una nueva región que antes no existía (agujeros blancos, tal como conjeturó John Archibald Wheeler ). “Aplicando cálculos similares al Universo primitivo se han encontrado pruebas de que la singularidad es eliminada antes del Big Bang, lo que significaría que el Universo ya existía antes”. Por otra parte, la eliminación de la singularidad ofrece una respuesta natural a la paradoja de la pérdida de información en un agujero negro planteada por Hawking, la información no se pierde, sino que se traslada a una nueva región del espacio-tiempo.Lo más importante de esta teoría es que es capaz de producir previsiones de observaciones reales que serán confirmadas o no por experimentos, como ha sucedido con la física desde siempre. Es la forma natural de avanzar paso a paso, pisando despacio pero firme para avanzar en la dirección correcta. En este sentido hace poco se han hecho predicciones precisas en relación con los efectos de la gravedad cuántica que podrían ser vistos en observaciones futuras del fondo cósmico de microondas.
(Nota 1 )A escalas muy pequeñas (a la distancia de Planck, 10-35 metros), el espacio-tiempo está formado por una red de lazos entretejidos en una especie de espuma, que consta de trozos indivisibles de ese tamaño de diámetro. La gravedad cuántica de bucles define el espacio-tiempo como una red de enlaces abstractos que conecta estos volúmenes de espacio (lazos o bucles), como si fueran los nodos enlazados de un grafo. La distancia a la que nos referimos es tan extraordinariamente pequeña que sólo nos podemos hacer una idea si comparamos el diámetro de un átomo con el diámetro de la Via Láctea: al hacer la comparación, dividiendo ambas magnitudes, nos saldría un decimal de ese orden.
Discusión cómica entre partidarios de la teoría de cuerdas y gravedad cuántica de bucles: Sheldon contra Leslie
Discusión seria sobre lo mismo: Ver
]]>Me recuerda lo que ocurría en mi cuarto los domingos por la mañana, cuando de niño me podía levantar más tarde de la cama. A través de unas rendijas de la ventana veía proyectarse, con bastante nitidez, el paso de las personas por la calle. Me interesé por el fenómeno y construí mi primera cámara oscura con una caja de cartón. La magia de lo sencillo y auténtico.
Cámaras oscuras por todo el mundo :Al documentarme sobre la cámara oscura, me asombré al descubrir que en el siglo XIX proliferó la construcción o habilitación de edificaciones, que se comportaban como cámaras oscuras, como atracción lúdica e instructiva. En la actualidad existen en todo el mundo, desde Edimburgo o Cádiz , hasta La Habana o San Francisco .La cámara oscura, también recibe el nombre de cámara estenopeica del griego steno estrecho y ope abertura, agujero. El artículo de la Wikipedia es muy interesante e instructivo porque se ven de forma muy clara las características de abertura, el tiempo de exposición y distancia focal. A partir de un instrumento tan sencillo se desarrollaron desde las más antiguas máquinas fotográficas hasta las modernas cámaras electrónicas. Curiosamente, en esta época que tanto se valora la tecnología, existe toda una nueva corriente en la fotografía artística que valora la autenticidad de la cámara oscura. Fotógrafos como Ilan Wolf y Gabriel Lacomba lideran un movimiento de vuelta a los orígenes que se vale de cualquier objeto cotidiano para construir una cámara estenopeica. Incluso existe un día mundial de la fotografía estenopeica que se celebra desde hace unos años, y reuniones periódicas de aficionados.
El viejo principio de la camera obscura (pinhole camera, en inglés) usado en una investigación puntera del Cosmos :La NASA ha iniciado la investigación del proyecto New Worlds Imager , que utilizará una cámara estenopeica con un diámetro de diez metros y una longitud focal de 200.000 km para buscar planetas del tamaño de la Tierra en otros sistemas solares. La figura es una recreación artística de la cámara: de abajo a arriba encontramos la nave colectora, la sombrilla estelar con la apertura y el sistema planetario en estudio con su estrella. Abajo a la izquierda la Tierra. Crédito de la imagen: Dr. W. Cash et al.Eclipse de 2005 a través de las hojas de los árboles :Los árboles me han permitido ver el mejor espectáculo que podía darnos el eclipse de sol.
Su sombra brindaba, sin el menor peligro para la vista , cientos de fotografías actualizadas al segundo del eclipse solar que se estaba produciendo.
Formaban cientos de cámaras oscuras naturales que permitían seguir el particular baile de los dos astros. (4/oct.2005: El País )
Documentación complementaria:
Historia de la cámara oscura (Torre Tavira, Cádiz)
Experiencias estenopeicas , Gabriel Lacomba
Proyecto New Worlds Imager , por la Universidad de Colorado.
]]>Einstein, en realidad, estaba generalizando los sucesos reversibles de la física newtoniana y relativista, y tomaba la reversibilidad como un universal al que, realmente, no están sujetos la mayoría de sucesos complejos de nuestro universo.
Barbour mantiene la idea de que existen muchas cosas diferentes a la vez en una clara relación mutua. La totalidad de interconexión básica entre todo se convierte en una cosa en si, en un momento. Y hay muchos de esos Ahoras, todos diferentes los unos de los otros. La gente está segura de que el tiempo está ahí, pero que no pueden cogerlo. Pero para Barbour si no se puede obtener nada de él es porque no está allí en absoluto. Eso es lo que nosotros nos creemos, que existe el flujo de tiempo – y hasta vemos su movimiento – pero es, en realidad, una ilusión (como decía Einstein). Ha llegado a esa conclusión después de ver lo que la mecánica cuántica nos dice sobre cómo podría ser el universo.
La idea del ensayo proviene de que en la teoría general de la relatividad cada curva espacio-temporal tiene su propio tiempo (llamado tiempo propio). Cada observador tiene su propio tiempo y la teoría nos dice cómo debe calcular el de otro observador. El físico italiano Carlo Rovelli propone que la Gravedad Cuántica será una teoría sin tiempo global en la línea de la ecuación de Wheeler-De Witt, que carece de tiempo explícito. ¿Cómo surge el tiempo? Es una magnitud estadística, no fundamental. Cuando el número de grados de libertad crece emerge una noción “entrópica” del tiempo. Rovelli le llama “Hipótesis del Tiempo Térmico” (el tiempo es como la temperatura, a nivel microscópico es un concepto sin sentido).
Sobre este interesante tema, en la última revista Mètode el Dr. Jorge Wagensberg , uno de los científicos españoles que más admiro, nos propone una visión de la inexistencia del tiempo basada en la teoría de supercuerdas. Según el físico español José Senovilla, catedrático de la Universidad del País Vasco, existe una interpretación de la realidad según la cual el tiempo se va desacelerando con el turbador pronóstico de que acabará parándose. Es decir, aunque sea indetectable a nuestra percepción, los segundos y minutos que marcan los mejores relojes no son todos iguales.
El modelo propuesto por Senovilla y su equipo abre la posibilidad de que nuestro mundo sea un corte transversal, una especie de membrana en un mundo de bastantes más dimensiones. En nuestro particular y limitado mundo el tiempo se frena y se convierte en espacio. Esta idea concuerda con el contexto general de la física moderna porque resuelve problemas y contradicciones pendientes y no crea otros nuevos. Según Wagensberg, la situación recuerda mucho a la que había a principios del siglo XX con el misterioso éter, un fluido omnipresente que se inventó para comprender cómo se propagan las ondas electromagnéticas en el vacío. Michelson y Morley dedicaron su vida a buscarlo sin encontrarlo, hasta que llegó Einstein con su famoso artículo de 1905 e hizo añicos la respuesta por el sencillo procedimiento de cambiar la pregunta. El éter no era necesario y nadie volvió a nombrarlo. Pues bien, uno de los misterios actuales más inquietantes es que es y donde se encuentra la energía oscura del cosmos. Su existencia se hace necesaria para explicar la observada expansión del universo. Con la nueva concepción la energía oscura es, como fue el éter, un concepto superfluo porque no es que el cosmos acelere su expansión sino que el tiempo se ralentiza. El tiempo se irá frenando cada vez más hasta pararse por completo. El tiempo morirá y desaparecerá y el mundo quedará congelado en una última instantánea.
El tiempo comenzó con el Big Bang. Si fue capaz de aparecer, por qué no va a ser capaz de desaparecer?
La ciencia nos descubre un mundo cada vez más extraño y ajeno a nuestra intuición. Es difícil no creer en el tiempo, al que asociamos todos los cambios que ocurren en nuestro entorno y dentro de nosotros mismos. Parece omnipresente en nuestras vidas. Pero desde la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica, cada vez está más claro que una cosa es lo que la realidad parece ser y otra lo que es de verdad .
]]>… Aproximadamente un tercio de los genes de la levadura son similares a los de los humanos (1)
Surge así en la actualidad una fantástica paradoja: organismos que presentan formas muy diferentes están constituidos por idénticas baterías de genes. La diversidad de formas se debe a pequeños cambios en los sistemas de regulación que gobiernan la expresión de estos genes. La estructura de un animal adulto es el resultado del desarrollo del embrión que le da origen. Basta con que un gen se exprese un poco antes o un poco después en el trascurso de ese desarrollo, o que se active algo más en tejidos mínimamente diferentes, para que el producto final, el animal adulto, sufra por ello profundas modificaciones. Esta es la razón por la que, pese a las enormes diferencias existentes entre peces y mamíferos, tienen todos ellos casi los mismos genes, igual que cocodrilos y focas monjes. El potencial creador de las redes reguladoras se debe a la naturaleza jerarquizada y combinatoria de esas mismas redes. Pueden producirse variaciones considerables, de formas animales en diversos niveles, operando simplemente en la red de los numerosos genes reguladores que determinan el momento en que se expresa este o aquel gen. Es, en definitiva, la semejanza de los genes que rigen el desarrollo embrionario de organismos incluso muy distintos lo que hace posible la evolución hacia formas más complejas.
Si cada nueva especie hubiera requerido, para aparecer, que se formaran nuevas redes de regulación, no habría habido tiempo suficiente para que fuera realidad la evolución tal como la describe la Paleontología. Lo que permite a los elementos reguladores combinarse en sistemas de muy diverso desarrollo no es otra cosa que ese bricolage evolutivo.… El 40% de los genes de gusano son similares a los de los humanos (1)
Todos los seres vivos parecen, pues, estar constituidos por módulos iguales que se distribuyen de manera diferentes. El mundo viviente es una especie de combinación de elementos en número finito y se parece al resultado de un gigantesco mecano, producto del bricolaje incesante de la evolución. En esto consiste el cambio total de perspectiva que se ha producido en el mundo de la biología en el transcurso de los últimos años.
Cuando la ingeniería genética permitió el acceso al material genético de cualquier organismo, la mosca drosófila fue de nuevo objeto de las mismas preferencias que determinaron elegirla para estudiarla a comienzos del siglo XX. Ofrecía la posibilidad de conocer, por primera vez, las bases genéticas del desarrollo del embrión y de las grandes funciones del organismo. Después de lo cual, el impensable descubrimiento de la persistencia de idénticas estructuras reguladoras a lo largo de toda la evolución ha permitido acceder al estudio de los mamíferos, en concreto del ratón, por ser el mamífero más pequeño y un organismo de laboratorio parecido al hombre con el que es posible seguir estudios de genética, de fisiología, de patología que servirán de modelo para los humanos.
… La mitad del genoma de la mosca es similar al de los seres humanos (1)
A pesar de todo lo que descubrió el doctor François Jacob, o precisamente por eso, acaba el libro al que se refiere esta columna con una reflexión que, como él dice, habría dejado perplejos a nuestros antepasados de los siglos XVIII y XIX:
“El principal descubrimiento que nos ha traído este siglo de investigación y ciencia es probablemente la profundidad de nuestra ignorancia de la naturaleza. Cuanto más sabemos, más nos damos cuenta de la magnitud de esa ignorancia. Es esto en sí una gran novedad. Por vez primera, podemos contemplar cara a cara nuestra propia ignorancia… Ahora que hemos comenzado a estudiar seriamente la naturaleza, no podemos por menos que percibir la amplitud de los problemas y medir la distancia que hay que recorrer para intentar darles respuesta. El gran peligro de la humanidad no es el desarrollo del saber. Es la ignorancia “.
Del libro El ratón, la mosca y el hombre , del profesor François Jacob , Premio Nobel de Medicina de 1965 (Ed. Crítica, Barcelona,1998). Genetista celular del Collège de France, colaborador del Instituto Pasteur y uno de los más prestigiosos biólogos moleculares de nuestro tiempo.
(1) Comparación de los genomas de las especies
… Casi todos los genes humanos tienen una contrapartida en el ratón, y se ha encontrado que es imposible distinguir entre algunos bloques de ADN secuenciado de ratón y las versiones humanas
]]>Estudios posteriores han intentado datar la época en que pudo vivir este primer ancestro común y la sitúan hace unos 170.000 años. Se supone que sus descendientes se extendieron por todo el planeta desde hace unos ciento cincuenta mil años.
Las variaciones en las bases de este ADN se producen, aproximadamente, cada 10.000 años lo que nos da un instrumento valiosísimo para sondear nuestros orígenes: Si tomamos el ADN mitocondrial de una persona y presenta una sola variación en cualquiera de sus bases, procede de una antepasada de hace 10.000 años, que fue cuando se produjo la variación. Si hay tres variaciones, la madre de su clan vivió hace 30.000 años. Cuantas más diferencias existan entre el ADN de dos individuos, más lejos se encontrará su antepasado común. De este modo, analizando el ADN mitocondrial de los actuales habitantes del planeta se puede establecer un árbol femenino de relaciones genéticas.
En el mundo existen alrededor de 36 clanes femeninos. En el caso europeo hay siete clanes femeninos principales, correspondientes a Las siete hijas de Eva , tal como las llamó el genetista inglés Bryan Sykes, en su libro del mismo título de 2001. Sus fundadoras vivieron desde hace unos 45.000 años (llamada Úrsula por Sykes) hasta hace unos 8.500 años (Jasmine). Este último clan es el único que surgió fuera de Europa, más concretamente en Oriente Medio. El clan más exitoso y más extensamente difundido es el clan de Helena, el 41% de la población nativa europea (Wikipedia).La realidad genética nos dice que podemos encontrar un mismo tipo de ADN repartido por todo el planeta y en todas las razas. Nos podemos dividir por madres , pero no por razas. Para Sykes el descubrimiento ha sido revelador hasta tal punto que ha cambiado su manera de ver la ciencia. Cuando siempre había estado a favor de patentar los genes, tras este trabajo confesó en el programa Redes a Eduard Punset que “tras comenzar este trabajo me di cuenta de que es muy profundo, que eres portador de ADN en tus células, el cual proviene de esa inmensa sucesión de ancestros. Ha cambiado hasta mi punto de vista sobre la comercialización del genoma: la posesión de genes por empresas farmacéuticas es como vender a tus ancestros. Es como si fuera una traición… Me preocupa y creo que no está bien, que es equivocado”.
Me imagino a esta Eva, en África, hace casi 200.000 años, y no puedo pensar en qué tipo de pecado original pudo cometer junto con su Adán, para que ningún dios los echara de su paraíso. Aunque su pecado, posiblemente, fue poder pensar, lo que tal vez los asemejó a Dios y los alejó de la dulce ignorancia del resto de los animales. Quizás, en ese momento perdimos la inocencia y el Paraíso.
]]>La cuerda es cuántica y gravitatoria, de sus entrañas surge, como por arte de magia, la partícula mensajera de la fuerza de gravedad: el gravitón. Funde de forma natural las dos teorías físicas más poderosas de que disponemos, la mecánica cuántica y la relatividad general, y cuando se convierte en supercuerda (con mayores grados de libertad) es capaz de describir bosones y fermiones, partículas de fuerza y de materia. La simple vibración de una cuerda infinitesimal podría unificar todas la fuerzas y partículas fundamentales.
De la misma forma que el éter fue desterrado por los experimentos y la genialidad de Einstein, como sustrato necesario para la transmisión de ondas electromagnéticas, parece que el espaciotiempo será también desterrado por las supercuerdas, como no necesario, como simple subproducto. Extraño mundo, cada vez más complicado y lejos del menos_común_de_los_sentidos. Ya nada es lo que parece, y sólo estamos empezando a descubrir de qué está hecho de verdad.
De “cuerda”, puede que esté hecha la monotonía, de “supercuerdas” la felicidad y de “minicuerdas” la desdicha. De cuerdas está formado nuestro cerebro y nuestro corazón, pero ¿qué tipo de cuerda hace vibrar nuestras ilusiones o nuestros sentimientos?. Puede que la realidad sea todavía más sutil y que las cuerdas estén lejos de representarla completamente. Al final, puede que la Teoría del Todo “definitiva” se parezca a un precioso poema, bello, elegante y conciso. Unos cuantos versos que todos entenderemos y al leerlos nos harán felices.Lecturas recomendadas:
Teoría holográfica y gravitación
Supercuerdas, ¿lo podrán explicar todo?
Visión crítica de la teoría de cuerdas
FELIZ Y ESPERANZADO 2013, AMIGOS!!!
]]>Técnicamente responden a lo que se llama una singularidad del espacio-tiempo, es decir, son lugares en donde la materia, el espacio y el tiempo colapsan. En un agujero negro dejan de tener sentido las leyes físicas tal y como las conocemos. Es un objeto estelar en donde la materia está tan comprimida, es tan densa, como toda la masa de la Tierra apretujada en la cabeza de un alfiler. Por efecto de la atracción gravitatoria que se genera ni los propios rayos de luz son capaces de escapar. En consecuencia vemos una especie de agujero sin luz, al que llamamos “agujero negro”.
El agujero negro es el resultado del último estadio de la vida de ciertas estrellas. A partir de una cierta masa, cuando el combustible nuclear de la estrella se acaba, las reacciones termonucleares no pueden impedir que la fuerza de la gravedad atraiga toda la materia de la estrella hacia el centro de la misma.En las proximidades del llamado horizonte de sucesos del agujero, el lugar donde la materia, tal como la conocemos, conoce el último estadio antes de ser engullida, la distorsión del espacio y del tiempo es de tal calibre que una nave espacial que se encontrara allí la veríamos como suspendida, quieta, en reposo mientras que los tripulantes de la misma estarían experimentando una caída a gran velocidad hacia el abismo negro. Su tiempo y el nuestro quedan disociados debido al desmesurado efecto de la gravedad en las proximidades del agujero. El espacio queda también terriblemente distorsionado por un efecto brutal de marea: a pequeñas distancias la fuerza de atracción es extremadamente variable, de modo que una barra de hierro se estiraría como un chicle. Allí prolifera la llamada materia exótica capaz de desencadenar una especie de minúsculos túneles en el espacio tiempo que son no menos interesantes que los agujeros negros. Esos túneles son llamados “agujeros de gusano” y son capaces, al menos en teoría, de comunicar dos lugares distantes en el espacio y en el tiempo. Su estabilidad y tamaño vienen determinados por la cantidad de materia exótica que les aportemos y son la respuesta hipotética a los viajes interestelares a galaxias que se encuentren a millones de años-luz de nosotros.
Agujeros negros, agujeros de gusano, túneles en el espacio-tiempo, viajes en el tiempo, distorsión espacial y temporal, todos estos conceptos que parecen sacados de una novela de ciencia ficción, forman parte ya de la ciencia seria que se investiga en la actualidad, y no deja de ser una paradoja que la física, la ciencia más pura y dura, se ocupe de cuestiones, en otro tiempo, esotéricas. La materia a la que nos agarramos como lo más sólido, simple y real que tenemos se está convirtiendo, cada vez más, en algo lleno de misterio y complejidad. La física cuántica y la teoría de la relatividad general nos la presentan como algo siempre en movimiento que se confunde con el propio espacio y tiempo. Conforme tratamos de entender sus propias entrañas se nos aparece como formando una especie de entidad compleja que algún premio Nobel no ha dudado en llamar: la materia-espacio-tiempo. Las extrañas criaturas que dan nombre a este artículo han contribuido, con la curiosidad que han despertado entre loas físicos, a comprender mejor el mundo que nos rodea. En cierta forma su negra belleza ha arrojado un rayo de luz sobre nuestro conocimiento del universo que nos cobija.
Enlaces:
Los agujeros negros, esas extrañas criaturas .
Extraña luz de agujero negro .
Para saber más:
KIP S. THORNE (1995),”Agujeros negros y tiempo curvo”, ed. Crítica. Barcelona.
ROGER PENROSE,”La nueva mente del emperador”, ed.Grijalbo Mondadori. Barcelona.
GILLES COHEN-TANNOUDJI Y MICHEL SPIRO,”La materia-espacio-tiempo”, Espasa-Universidad.Madrid.
STEPHEN W. HAWKING Y ROGER PENROSE,”Cuestiones cuánticas y cosmológicas”, Alianza Universidad.Madrid.
MICHIO KAKU,”Hiperespacio”,ed.Crítica.Barcelona.
Este artículo salió a la luz en una publicación del Ayuntamiento de Torrent (Valencia), en el BIM del verano de 1998. Un afectuoso saludo a la directora, Ana Coronado .
]]>El físico norteamericano David Bohm , antiguo colaborador de Einstein, hizo grandes aportaciones a la física cuántica y a la teoria de la relatividad. La importante cuestión que plantea la mecánica cuántica sobre la no localidad de ciertos fenómenos lo llevó a realizar una interpretación diferente a la “convencional”, también llamada de Copenhague . Para Bohm, existe una realidad conexa, que va más allá de la indeterminación cuántica. Su teoría determinista no-local de variables ocultas de la física cuántica es conocida también como interpretación ontológica y está relacionada con el llamado paradigma holográfico .
Curiosidades sobre hologramasPara Bohm, el Universo sería un inmenso holograma y el tiempo y el espacio ya no deben ser considerados fundamentales, porque en el mismo existe un nivel más profundo, donde conceptos como el de “localización” pierden su consistencia: el tiempo y el espacio tridimensional tendrían que ser vistos como proyecciones de este nivel más profundo. Al orden en ese nivel lo llamaba orden implicado y en el nivel que lo observamos nosotros orden explicado. El cerebro sería una especie de holograma intentando descifrar el super holograma que presenta toda la realidad que nos envuelve.
Precisamente, trabajando de forma totalmente independiente de Bohm, el neurofisiólogo Karl Pribram de la Universidad de Stanford propuso también un modelo holográfico de conciencia. En apoyo a sus conclusiones, Pribram menciona pruebas de que la memoria no aparece localizada en ningún área particular o célula individual del cerebro, sino que parece distribuirse de tal manera que coincide con la totalidad del cerebro.
Hay un sencillo experimento, muy esclarecedor, que le hizo reflexionar sobre los dos diferentes órdenes: Si colocamos una gota de tinta en un cilindro lleno de glicerina y le damos vueltas hasta que la gota se va deshaciendo, en un hilo cada vez más fino, hasta desaparecer, la infinidad de puntitos resultantes aparentemente desconectados los unos de los otros y situados al azar serían la realidad tal como la observamos, el orden explicado. Cuando le damos la vuelta al revés, al cilindro, y vemos que a cada vuelta se va recomponiendo la gota hasta volver a aparecer, descubrimos el orden implicado: la desconexión aparente de la infinidad de pequeñísimas gotas desaparece hasta que aparece el orden implicado subyacente.
Bohm fue un gran científico pero sobre todo un hombre valiente. La verdad científica le llevó más allá y siguió sin miedo el impulso de su mente y de su corazón. Eisntein que lo conocía bien dijo de él:” Es el único que puede ir más allá de la mecánica cuántica”.Conoció al gran filósofo J. Krishnamurti con el que entabló una fructífera amistad que le hizo ahondar todavía más en sus ideas sobre el orden implicado y la no localidad e intemporalidad del mismo.
]]>Posteriormente, según las Teorías de Gran Unificación,toda la materia tal como la conocemos, nuestros cuerpos, la Tierra o el sistema solar se desintegrará en partículas más pequeñas tales como electrones y neutrinos.
Después de un periodo, practicamente inimaginable en nuestra escala temporal, la temperatura del universo se acercará al cero absoluto, pero incluso en un universo desolado y frío, a temperaturas próximas al cero absoluto, existe una última fuente remanente de energía: los agujeros negros. Según Hawking, no son completamente negros, dejan escapar energía lentamente al exterior.Pero ¿y después, cuando los agujeros negros en evaporación hayan agotado la mayor parte de su energía?.
Para un universo según la física clásica la muerte es irremediable, pero para un universo mecanocuántico sujeto a escalas temporales tan formidables no se puede descartar ningún tipo de raro suceso cuántico-cósmico, capaz de trastocar el más triste de los destinos.
El Universo nació con el mínimo de entropía y el máximo orden. En cierta forma partía como un reloj con la máxima cuerda. Conforme avanzamos en el tiempo la cuerda se va acabando y va apareciendo más y más desorden hasta la muerte térmica. Como ejemplo nos valdría imaginar un enorme tubo lleno de monedas perfectamente ordenadas, una encima de otra. Así sería el nacimiento del Universo. Las dejamos caer sobre una gran mesa de forma que todavía tengamos bastantes montoncitos ordenados, por ejemplo, con la cara de las monedas hacia arriba, y la mayoría del resto de las monedas sueltas también con la cara conservando la misma orientación. Esa situación podría asemejarse al estado del Universo actual. Finalmente, si imaginamos el final, estarían todas las monedas sueltas sobre la mesa, sin formar ningún montón y con la orientación de la cara/cruz totalmente aleatoria: un completo desorden.
La probabilística mecánica cuántica no descarta que después de miles de millones, de millones… y millones de años, dando una “palmada a la mesa”, vuelvan a ordenarse nuevamente las monedas de forma “milagrosa”. Es lo que tiene la mecánica cuántica. Parafraseando a Humphrey Bogart, en Casablanca, podríamos decir que “siempre nos quedará la mecánica cuántica”.
A mi madre, Rosa Fargueta, el día en que cumple 80 años .
]]>Conforme ha pasado el tiempo el Universo se ha ido expandiendo más y más, por lo que era lógico pensar que en una época remota su tamaño debía ser muchísimo más pequeño, incluso podía haber surgido de una Gran Explosión, tal como preconizó el físico soviético George Gamow , que llegó a calcular la hipotética temperatura de la radiación que quedaría, por todo el Universo, como un vestigio de aquella explosión. En 1965, cuando se estaba analizando una especie de ruido molesto en la señal de un radioscopio, Arno Penzias y Robert Wilson la descubrieron y se confirmó la teoría de la Gran Explosión o Big Bang.
Por otra parte, y muy lejos de la investigación sobre el Cosmos, el efecto Doppler se aplica a la ecografía de ultrasonidos para conseguir monitorizar los flujos de sangre a través de los vasos sanguíneos. Introduciendo una señal acústica que viaja a través del flujo sanguíneo se puede averiguar la velocidad del mismo en cualquier parte del organismo. Se aplica para detectar cualquier anomalía del sistema circulatorio tanto en personas adultas como en fetos. Esta era el tipo de ecografía por el que mi mujer conocía el nombre del Sr. Doppler.
Después de más de 150 años de que el profesor Doppler descubriera el efecto que lleva su nombre, su descubrimiento nos ha ayudado a entender mucho mejor nuestro Universo y a construir dispositivos que nos permiten conocer, de forma no invasiva, el funcionamiento de nuestro organismo ayudándonos a prevenir males mayores. Poco podía imaginarse este humilde profesor la importancia que iba a tener su descubrimiento para las generaciones futuras.
El conocimiento, por insignificante que nos parezca, puede encerrar una infinidad de nuevos recursos y futuras aplicaciones que somos incapaces de prever. La historia nos lo ha demostrado en infinidad de ocasiones. Como habría dicho el querido profesor Miravitlles en su programa de Visado para el futuro: “Saber es útil, soñar es necesario, imaginar es imprescindible”.
]]>Utilizando el símil de una pantalla de cine, las ondas electromagnéticas serían una proyección normal, con formas cambiantes sobre un fondo blanco y quieto. Las ondas de gravitación, en cambio, serían perturbaciones y pliegues de la propia pantalla de cine .
Producción de las ondas : Si se perturba violentamente un cuerpo de gran masa, se mueve aceleradamente, el campo cercano se ajusta rápidamente, pero el campo lejano ha de esperar a que la señal de que la masa se ha movido se propague hasta él con la velocidad de la luz. Por lo tanto existe una deformación progresiva cuya intensidad disminuye en función del inverso de la distancia.
Detección de las ondas : Aunque la radiación gravitacional no ha sido aún detectada directamente, hay evidencia indirecta significativa de su existencia. Los físicos Russell Alan Hulse y Joseph Hooton Taylor Jr. descubrieron en 1974 el primer púlsar binario (PSR1913+16). Las observaciones durante varios años han confirmado que el período de rotación de ambos objetos aumenta con el tiempo de la manera predicha por la teoría de la relatividad general, perdiendo energía en forma de ondas gravitacionales . Este descubrimiento se considera como la demostración de la existencia de ondas gravitacionales y les valió el Premio Nobel de Física del año 1993.
Las mayores esperanzas en la detección directa de las ondas gravitacionales se centran en los fenómenos de extraordinaria violencia que acompañan la formación de los agujeros negos y en las consiguientes experiencias catastróficas en ellos . De hecho, la energía total emitida en forma de ondas garvitacionales durante el colapso de un cuerpo para formar un agujero negro puede oscilar entre el 1% y el 10% de la energía total del mismo.El oscilador detector de ondas de gravitación puede ser cualquier cosa, la antena más sencilla es un simple bloque de metal . Lo verdaderamente necesario es una tecnología capaz de medir cambios en la longitud del bloque muy inferiores a millonésimas de millonésimas de metro. A estos niveles, un obstáculo importante es el ruido extraño procedente del interior de la barra, causado por el movimiento de agitación de sus átomos. Este ruido, a la temperatura ambiente, ya produce unas fluctuaciones del mismo orden. Ese minúsculo sonido de los átomos de la barra chocando entre sí es capaz de ahogar el tintineo causado por las efímeras ondas gravitatorias. Para hacernos una idea de su levedad, el colapso de una estrella de diez masas solares y su conversión en un agujero negro en el centro de nuestra galaxia produce unos efectos semejantes a la agitación térmica de los átomos de la barra detectora situada en la Tierra.
El futuro : La detección de las ondas de gravitación nos abriría una nueva ventana a los orígenes de nuestro universo, pues, mientras las ondas electromagnéticas adolecen de una limitación fundamental, no pueden penetrar mucho en la materia y sólo transportan información sobre los rasgos superficiales de la fuente, las ondas de gravitación nos pueden mostrar los procesos que dan la energía a las estrellas y permanecen ocultos en sus entrañas. Además, las ondas gravitacionales pueden retumbar a través del universo desde el primer momento concebible del Big Bang, y transportar información sobre épocas que son anteriores, en más de cincuenta potencias de diez, a las correspondientes señales electromagnéticas.
Fuente:” En busca de las ondas de gravitación”, Paul Davies. Salvat Editores S.A. Barcelona.
Producción de ondas gravitacionales por choque de agujeros negros
]]>Hace más de 560 millones de años la vida consistía en una infinidad de seres unicelulares que poblaban los mares. Había una gran diversidad y alcanzaron un estadio en que era ventajosa la asociación o simbiosis que dio lugar a las células con un núcleo diferenciado, capaz de delimitar el material genético o ADN. A partir de ese momento se pusieron las bases para la explosión biológica del Cámbrico y la aparición de los animales pluricelulares complejos .
En el llamado periodo Cámbrico, hace alrededor de 500 millones de años, ya habían aparecido los tres tipos de animales, o filos, más importantes de los que derivarían todos los demás: los artrópodos, los moluscos y los vertebrados. Los artrópodos tienen el esqueleto en la parte exterior del cuerpo para proteger las partes blandas interiores, a diferencia de los vertebrados (aves, peces, mamíferos o reptiles, por ejemplo) que tenemos un esqueleto interior.El esqueleto que rodea el cuerpo de los artrópodos consiste en unas placas duras y rígidas, articuladas entre sí. Están unidas por tramos cuticulares más delgados y blandos, cuya flexibilidad les permite moverse. Los artrópodos, actualmente, son el tipo más abundante del planeta, incluye animales tan conocidos como insectos, arañas, escorpiones, ciempiés, ácaros, garrapatas, cangrejos, langostas, camarones, gambas y muchos otros, y en el Cámbrico eran los mayores predadores de los mares (en tierra no había todavía animales). Su representante más poderoso fue el anomalocaris , nombre que significa gamba extraña , y llegaba a medir hasta un metro, en cambio el representante de los vertebrados más numeroso que era el Pikaia , no superaba los 5 cm de longitud. Nuestro antepasado, alargado y ligero por tener columna vertebral en lugar de caparazón, era una verdadera miniatura comparado con la extraña gamba, y se dedicaba a huir del terrible predador, lo que no siempre conseguía, y a comer la carroña que éste dejaba.
Unos 50 millones de años después, se produjo una inmensa glaciación que congeló océanos y mares. Las peores condiciones, la falta de luz y el frío intenso fueron acabando con las especies más grandes y especializadas de artrópodos y dieron una oportunidad a los otros dos grupos, moluscos y vertebrados. Esta vez ya no nos comían las extrañas gambas, nos comían los grandes moluscos super predadores como el ortocono , una especie de calamar gigante de más de 10 metros y 5 toneladas. Definitivamente, en el mar no estaba nuestro futuro, era la tierra firme la que nos daría la ventaja sobre moluscos y artrópodos.
En el mar, los artrópodos tenían ventaja podían crecer sin que su peso fuera un inconveniente pero, después de millones de años, al pasar a tierra firme el peso de un caparazón demasiado grande los hacía torpes y vulnerables, al contrario que a los vertebrados que podían crecer mucho más y continuar siendo ligeros. Se volvieron las tornas y los terribles predadores acorazados se hicieron más pequeños y pasaron a ser las presas y a esconderse de los nuevos y grandes predadores vertebrados.
¿Será este el punto final, o volveremos a ser presa de gambas y calamares? Sólo el futuro más o menos lejano nos lo podrá decir. Si seguimos jugando con fuego , con armas bacteriológicas de destrucción masiva o con arsenales nucleares, puede que sea mucho antes de lo que esperamos.
]]>Hasta Einstein el espacio y el tiempo se creían absolutos, además de fundamentales, pero su teoría de la relatividad especial nos descubrió un nuevo concepto, siempre relativo al sistema de referencia elegido , que englobaba de forma íntima los dos fundamentos: el llamado espacio-tiempo. Poco después, con su relatividad general, sobre la fuerza gravitatoria, nos demostró que ese nuevo ente era capaz de deformarse en presencia de una masa o de una energía.
Gravedad cuántica
La relatividad general de Einstein es una teoría clásica (no cuántica), pero para ser completa debe poderse cuantificar, y ahí los físicos han tenido una serie de problemas con resultados infinitos al tratar de encontrar soluciones que, obviamente no lo son. La llamada gravedad cuántica trata de fundir en una sola las dos teorías físicas más soberbias con las que contamos, la relatividad general y la mecánica cuántica , que en el estado actual de nuestro conocimiento parecen no combinarse todo lo bien que deberían, para encontrar soluciones coherentes con la realidad. Su estudio, ahora mismo, es en algunos aspectos análogo a la física de hace cien años, cuando se creía en los átomos, pero se ignoraban los detalles de su estructura. A pesar de ello, Boltzmann, Einstein y otros pudieron comprender muchas cosas sobre la materia utilizando únicamente el hecho de que estaba compuesta por átomos. Sin conocer nada más que su tamaño aproximado fueron incluso capaces de realizar predicciones de efectos observables. De forma parecida se han podido derivar resultados importantes a partir de modelos sencillos basados en tres principios que suponemos básicos : que el espacio-tiempo es “emergente”, no fundamental, que la descripción más esencial debe ser “discreta” (no continua) y que esta descripción supone “causalidad” de una forma fundamental, es decir, que las relaciones causales pueden determinar la propia geometría del espacio-tiempo .Cuando se dice que el espacio-tiempo es emergente y no fundamental, se quiere decir que el continuo del espacio-tiempo es una ilusión y que, del mismo modo que la materia está compuesta de átomos, el espacio-tiempo emerge como una aproximación de alguna entidad diferente formada por elementos esenciales discretos. Pero las ideas sobre el espacio o sobre el espacio-tiempo son mucho más radicales todavía. Desde la relatividad general sabemos que el espacio-tiempo no es la entidad absoluta e inamovible que siempre se había creído y que su esencia está ligada a la de la materia-energía, de manera que en las proximidades de una gran masa se deforma como una membrana lo haría por la acción de un peso. Esta geometría del espacio-tiempo, ligada a la materia-energía indica a los rayos de luz como propagarse (el camino más corto) pues nada puede viajar más rápido que la luz, y una vez conocemos cómo se propaga ésta, podemos determinar qué acontecimientos pueden haber causado otro acontecimiento concreto, de lo que se deduce que la geometría del espacio-tiempo contiene información de cuáles son los acontecimientos que pueden causar otros y de cuáles son estos últimos. Es lo que llamamos la estructura causal del espacio-tiempo.
En el ámbito de la gravedad cuántica se cree que en realidad ocurre al contrario de lo que parece, es decir que son las relaciones causales las que deben determinar la geometría del espacio-tiempo . Se cree que la propia causalidad es lo fundamental y significativo incluso a un nivel donde la noción del espacio haya desaparecido. La idea fundamental es que la geometría de espacio-tiempo está compuesta por una gran cantidad de bloques o ladrillos apilados, cada uno de los cuales representa un sencillo proceso causal. Las reglas que gobiernan cómo se apilan los bloques son sencillas y también una sencilla fórmula proporciona la probabilidad mecánico-cuántica para cada uno de estos modelos de un espacio-tiempo cuántico.
Una de las reglas que se imponen es que cada espacio-tiempo cuántico tiene que entenderse como una secuencia de espacios posibles que se suceden los unos a los otros, igual que los tic-tac de un reloj universal. La coordenada temporal es arbitraria, igual que sucede en la relatividad general, pero el hecho de que la historia del mundo pueda ser vista como una sucesión de geometrías que se suceden las unas a las otras no lo es. Con esta restricción y unas sencillas reglas, ya se han conseguido pruebas de que el espacio-tiempo clásico emerge de un simple juego de construcción a partir de un mundo puramente cuántico fundamentado tan sólo en lo discreto y en la causalidad.
La gravedad cuántica supondrá la completa reformulación del espacio y del tiempo, y nos dará una nueva mirada sobre lo fundamental y lo accesorio en la propia esencia de las cosas .
]]>Independientemente del mecanismo de Sájarov, se ha descubierto que unas partículas subatómicas llamadas mesones Bs, que debieron existir en el principio del Universo y que se crean ahora en los aceleradores de partículas, se convierten espontáneamente en lo contrario de sí mismas, en antimateria, en antimesones Bs. A su vez los antimesones Bs, la antimateria, se convierten otra vez en mesones Bs. Un equipo de 700 físicos del acelerador de partículas Tevatron (de Fermilab, en Chicago) ha medido ahora con alta precisión que esa transición de una partícula en su antipartícula se produce 2,8 billones de veces por segundo, con un error del 2%. “Si lo ves como una de danza de materia y antimateria, nosotros hemos medido el increíblemente rápido tempo de esa danza”, comentaba Jacobo Konigsberg, uno de los jefes del equipo.
Todo lo clasificamos por categorías y hablamos de matería y antemateria, pero esta extraña partícula se convierte en ella y en su contraria a una velocidad asombrosa. Es y no es, y en esa sutil danza de contrarios puede residir la clave de la propia creación de nuestro Universo y , por tanto, de nuestra existencia.
]]>A primera vista no parece algo razonable, pues se podría pensar que el número de enteros es mayor que el número de naturales, ya que todo número natural es un entero mientras que algunos enteros (los negativos) no son números naturales. De forma similar se podría pensar, también, que el número de fracciones es mayor que el de enteros, pero una cosa es lo que parece y otra lo que es.
La clave está en las extrañas propiedades de los números infinitos y las relaciones que se pueden establecer entre ellos. Para objetos finitos de dos conjuntos diferentes si podemos establecer una “correspondencia uno-a-uno”, entre ambos, se puede deducir que tienen el mismo número de elementos. Para un número finito de números naturales ocurre lo mismo, pero lo que es evidente para números finitos deja de serlo para infinitos.El gran matemático David Hilbert se inventó la metáfora del Hotel Infinito para explicar de forma intuitiva las paradojas a las que nos enfrenta la existencia de infinidad de infinitos:
“Había un hotel que tenía infinitas habitaciones. Un día llega un nuevo huésped para alojarse allí, pero el conserje le dice que tenía mala suerte, que estaban todas llenas. El huésped, indignado llama al gerente, y le pregunta cómo era posible en un hotel con infinitas habitaciones. El gerente le da la razón, pero dice que no puede hacer nada, entonces el huésped responde rápidamente: ‘ya sé lo que se puede hacer; al que esté en la habitación 1 lo manda a la habitación 2, al de la habitación 2 a la 3 y así sucesivamente, entonces la habitación 1 quedará libre para mí. El gerente encontró maravillosa esta solución y así lo hizo”. Lo curioso del caso es que siempre que el número de nuevos huéspedes sea finito la cosa funciona igual.
Los conjuntos que pueden ser puestos en correspondencia uno-a-uno con los números naturales se llaman numerables, de modo que los conjuntos infinitos numerables tienen aleph sub-cero elementos.
Después todo esto podríamos pensar que todos los conjuntos infinitos son numerables, pero no es así, no sólo hay un tipo de infinito, pues la situación es muy diferente al pasar a los números reales. Cantor demostró mediante el argumento del corte diagonal que realmente hay más números reales que racionales. El número de reales es el número transfinito C, de continuo, otro nombre que recibe el sistema de los números reales.
Podríamos pensar en darle a ese número el nombre de aleph sub-uno, por ejemplo. Pero ese nombre representa el siguiente número transfinito mayor que aleph sub-cero y el decidir si efectivamente C = Aleph sub-uno constituye un famoso problema no resuelto, la llamada hipótesis del continuo .
El infinito era una especie de cajón de sastre donde se metía todo lo que se nos antojaba tan enorme como incomprensible. Cantor descubrió una estructura de orden dentro de ese cajón y la existencia de diversos infinitos.
]]>La adaptación de los organismos al entorno es continua porque éste nunca permanece estable. Existen modificaciones climáticas y de todo tipo que obligan a seleccionar de forma natural al organismo que mejor se adapta a ellas. Pero a pesar de la extremada variedad de especies existe un sistema de orden y una estructura que permite un equilibrio dinámico en cualquier entorno natural: el equilibrio ecológico. Es una cadena que facilita que la materia y la energía que constituyen los organismos vivos no se pierdan y pueda volver al sistema para su empleo por futuras generaciones.
La vida extrae, prácticamente, toda su energía del Sol, y la circulación de esa energía y el reciclaje de los nutrientes constituyen dos procesos principales dentro del ciclo de la vida. Hace unos 2000 millones de años, la evolución de los elementos vitales cambió de forma significativa. Hasta entonces la presencia de oxígeno en la atmósfera era prácticamente testimonial pero la acción, durante millones de años, de ciertas bacterias capaces de realizar la fotosíntesis fue determinante para crear la actual atmósfera con una proporción del 21% de oxígeno. Ecuación de la fotosíntesis:Dióxido de carbono + Agua = Molécula orgánica + Oxígeno
En la atmósfera primitiva los procesos de metabolismo celular eran simples, anaerobios y de baja eficiencia energética. A partir de una mayor presencia de oxígeno en la atmósfera aparecieron nuevos organismos más eficientes, capaces de degradar los productos de alta energía que antes quedaban solo a medio consumir y producir dióxido de carbono como producto residual. Este gas tuvo una importancia vital en el desarrollo posterior de los organismos vegetales.
En base a evidencias tales como la que se ha planteado, en la que la propia masa vital de los organismos terrestres fue capaz de cambiar la proporción de oxígeno de la atmósfera original y logró beneficiar los procesos de la vida, el químico James Lovelock publicó en 1979 su libro “Gaia, una nueva visión de la vida sobre la Tierra”, en el que planteaba la hipótesis de Gaia (Diosa griega de la Tierra). Según dicha hipótesis la biosfera se comportaría como un ecosistema global biológico capaz de autoregular sus condiciones esenciales para mantener la vida . Sería como un gigantesco organismo vivo capaz de controlar las condiciones de su entorno para que sean las idóneas.
Esta hipótesis fue apoyada y extendida por la bióloga Lynn Margulis, y ha tenido muchos seguidores, algunos con ciertas ideas místicas, y detractores, pero independientemente de que se acepte en mayor o menor grado, ha sido muy importante para estudiar los mecanismos de regulación de la vida en la Tierra. Entre los detractores se encuentra Peter Ward, paleontólogo de la Universidad de Washington que ha escrito el libro “ La hipótesis de Medea: ¿Es la vida en la Tierra, a fin de cuentas, autodestructiva?. Eligió al personaje de Medea, también de la mitología griega, porque por el despecho de Jasón fue capaz de matar a los hijos que habían tenido en común. Según esta hipótesis, los propios mecanismos darwinianos que permiten el desarrollo egoísta de las especies sin respeto al medio, introducen una realimentación positiva que lejos de conseguir una regulación óptima llevarán a la propia destrucción de la vida.
Curiosamente, con independencia de que la hipótesis que tomemos como correcta sea la de Gaia o la de Medea el futuro de la vida en la Tierra está en manos de la Humanidad. Si Gaia es capaz de autoregularse, tendiendo al equilibrio estable nosotros estamos rompiéndolo y sólo en nuestras manos está restituirlo.Si Medea nos lleva irremediablemente al desastre también está en nuestras manos tratar de introducir mecanismos reguladores que lo impidan, empezando por controlar las nefastas consecuencias de nuestra actividad sobre el medio.
]]>Brooks afirma que la ciencia se nos presenta como una especie de marca como la Coca-Cola, Apple o Disney. Se supone avanza con una serie de pasos fríos y lógicos, un elegante flujo de ideas desde el concepto a la prueba irrefutable. Pero esto está muy lejos de la verdad. Los científicos tienen la costumbre de difuminar los mayores momentos de la ciencia para suavizar las “arrugas” y defectos humanos del proceso de descubrimiento. Se hicieron un mal servicio cuando deshumanizaron su campo y ahora no es extraño que tengamos tantas dificultades para hacer que los escolares se interesen por la ciencia.
Pregúntese a un científico qué es el método científico, decía Medawar , “y adoptará una expresión que es a la vez solemne y evasiva: solemne porque siente que debiera declarar una opinión; evasiva porque piensa de qué manera puede ocultar el hecho de que no tiene ninguna opinión que declarar”. Invariablemente, el científico dirá algo parecido a esto: “Bueno, uno tiene una idea, y después la comprueba en un experimento”. Parece algo muy directo. Pero ¿de dónde surge la idea? De todas partes y de ningún sitio. De cualquier parte. Todo vale. Brooks, recordando una anécdota sobre la primera fotografía de la Tierra entera, nos dice que la ciencia es un lugar en el que la gente defiende ideas extrañas.
Dostoievski escribió una vez que casi todas las personas inteligentes tienen miedo de ser ridículas, y Einstein, entre todos los grandes científicos, era quizá quien más en peligro se hallaba de ser ridiculizado por sus fuentes de inspiración. Tal como ha dejado escrito Hans Ohanian, su biógrafo, “hizo sus grandes descubrimientos a la manera de un místico”.Einstein fiaba en una inspiración que no tenía ninguna fuente a la que poder seguirle la pista, como ocurre en cualquier actividad artística. Resolverlo todo lógicamente, mediante deducción, está, “mucho más allá de la capacidad del pensamiento humano”, dijo. Recordando sus experiencias, y relacionándolas con la historia de la ciencia, admitió que “los grandes saltos adelante en el conocimiento científico se originaron de esta manera sólo en una pequeña proporción”.
La inspiración parece surgir, espontáneamente, de las fuentes más inverosímiles: de las experiencias inducidas por las drogas, de visiones exuberantes, de sueños o de la propia fe religiosa. Existe una anarquía secreta detrás de las inspiraciones de la ciencia, pero no es nada en comparación con la anarquía que sigue. Después de la inspiración inicial, el científico ha de acumular pruebas para confirmar o rechazar la idea. Este proceso es el fundamento de la ciencia, y es la razón por la que los científicos alzan las manos horrorizados o avergonzados siempre que sale a la luz un fraude científico. Sin embargo Brooks documenta cantidad de fraudes, plagios, resultados encubiertos, falta de ética e imprudencias para atraer la atención del público sobre algunos de los más brillantes hallazgos de la ciencia.
Un libro audaz, polémico y divertido, en el que se presenta a la ciencia de forma muy humana (quizás en demasía), y como una disciplina extremadamente competitiva donde el juego sucio está (más de lo que parece) a la orden del día.
Para completar el alegato a favor de lo que se afirma en el libro, añado un par de lecturas:
Barreras contra la creatividad y Resistencia al descubrimiento científico .
]]>El valor del cuanto de acción es extremadamente pequeño, lo que nos permite ver nuestro mundo cotidiano con una apariencia continua, como la textura de una película fotográfica con grano muy fino. Así podemos distinguir entre las propiedades macroscópicas de la materia, que rigen nuestra vida habitual, y las microscópicas o cuánticas que determinan el comportamiento del mundo corpuscular, y de las que nos aprovechamos, cada día más, en dispositivos ya cotidianos para todo el mundo como los transistores (circuitos impresos), microscopios electrónicos y de efecto túnel, superconductores, criptografía y computación cuántica, etc. Si el valor del cuanto fuese mucho mayor nuestra vida cambiaría radicalmente y estaría regida por las “misteriosas” leyes de la mecánica cuántica: dualidad corpuscular-ondulatoria e indeterminación.
Dejaría de existir la localización clásica de un objeto así como la consideración separada de entidades ondulatorias y objetos concretos. Un balón de fútbol se podría difractar como un rayo de luz, pero al mismo tiempo sería difícil de localizar claramente en un sitio o en otro. La onda asociada sería lo suficientemente importante para influir en su comportamiento como objeto-onda.
En la magnitud del cuanto de acción fue determinante el tipo y la magnitud de la deformación del espacio-tiempo ligada a las dimensiones en el momento crucial. Similar a como están interrelacionados, en cualquier material, su capacidad de deformación, su estructura íntima y su forma básica (un hilo, una plancha o un bloque compacto).La geometría tiene mucho que ver con nuestro mundo, entendida como cierta forma de simetría, simplicidad y elegancia: la belleza a la que se refería Paul Dirac. La masa deforma el espacio-tiempo, como una pesa deforma la membrana que la sujeta (relatividad general). La modificación de la geometría (forma) de cualquier campo de fuerzas incide sobre la carga asociada, inmersa en él, y al inverso. El número y la forma en que se organizaron las dimensiones en el primer momento pudo determinar la magnitud y la naturaleza de la cuantificación, y de las propias leyes que rigen la misteriosa mecánica cuántica.
Sobre la teoría de supercuerdas
Sobre fractales y física cuántica, una teoría en ciernes, propia
Cuando van a hacer cinco años que publico esta columna he querido desempolvar este pequeño artículo que me publicó, hace años, la revista de divulgación Divulcat . NOTA:Las dimensiones extras compactadas que preconiza la teoría de supercuerdas no han sido confirmadas hasta el momento. En alguno de los experimentos que se realizarán en el LHC se espera poder confirmarlas
]]>Su teoría se apoyó con datos morfológicos, bioquímicos, genéticos e incluso geológicos tan contundentes que sus puntos de vista terminaron por ser aceptados por sus críticos más severos. Que fueron muchos al principio y durante años. Hoy sabemos que es imposible comprender la biología de las células con núcleo verdadero o eucariontes sin apelar al origen bacteriano de mitocondrias y cloroplastos (orgánulos), y que las asociaciones simbióticas, lejos de ser una excepción o una mera curiosidad biológica, constituyen un factor esencial en la evolución de la biosfera.
En un momento determinado antes de comenzar el periodo cámbrico , hace más de 560 millones de años, sólo existían seres unicelulares cuyo material genético (ADN) se encontraba libre en el citoplasma, sin ninguna estructura que lo delimitara (sin núcleo). Debía haber gran diversidad y habrían alcanzado un estadio en que sería ventajosa la asociación o simbiosis que daría lugar a las células con un núcleo diferenciado capaz de delimitar el material genético. A partir de ese momento se pusieron las bases para la “explosión” biológica del cámbrico y la aparición de los animales pluricelulares complejos.
Darwin en su teoría evolutiva partió de los animales. La observación sobre los cambios en una especie y en otras semejantes le guiaron en sus hipótesis que le han hecho famoso, pero no se preocupó del periodo evolutivo inmediatamente anterior a la aparición de los seres pluricelulares. En su teoría sobre la selección natural y la lucha por la vida prima la competencia sobre la colaboración, pero en los estadios anteriores a la vida compleja tuvo mucho que ver la asociación simbiótica, lo fue todo.Lynn Margulis destacó también por ser una extraordinaria comunicadora y una persona muy cercana con sus colegas y alumnos. Obtuvo numerosos reconocimientos, pese a ser una figura controvertida en el seno de la comunidad científica por su investigación sin concesiones a lo establecido. Fue una persona valiente, una cualidad que creo que no abunda entre los científicos que muchísimas veces estamos demasiado pendientes de lo que pueda pensar el “stablishment” sobre nuestro trabajo.
El gran paso
El paso de las células procariotas a eucariotas (de células sin núcleo a células con núcleo) significó el gran salto en complejidad de la vida y uno de los más importantes de su evolución. Sin este paso, sin la complejidad que adquirieron las células eucariotas no habrían sido posibles ulteriores pasos como la aparición de los pluricelulares. La vida, probablemente, se habría limitado a constituirse en un conglomerado de bacterias. De hecho, los cuatro reinos restantes procedemos de ese salto cualitativo. El éxito de estas células eucariotas posibilitó las posteriores radiaciones adaptativas de la vida que han desembocado en la gran variedad de especies que existe en la actualidad.
Un viaje fantástico
La materia que forma nuestro cuerpo se formó en lejanas estrellas que finalmente explotaron y la diseminaron por el universo. La luz del Sol aportó la fuente de orden necesaria para que esa materia explorara nuevos mundos de orden capaces de desarrollar primitivos seres unicelulares. Y estos acabaron asociándose para formar la célula compleja, base de los organismos pluricelulares.
Este es el fantástico viaje desde la materia inerte a la vida. Lynn Margulis nos ha ayudado a entender una parte importante de ese viaje.
]]>Cualquier sistema aislado, sin aporte exterior de energía, tiende al equilibrio: un estado final de máximo desorden, según la segunda ley de la termodinámica . Pero en el equilibrio o cerca de él, no se produce nada interesante y todo es lineal. Cuando pueden ocurrir cosas sorprendentes es lejos del equilibrio: si llevamos un sistema lo bastante lejos del equilibrio, con un aporte energético suficiente, entra en un estado inestable con relación a las perturbaciones en un punto llamado de bifurcación. A partir de entonces la evolución del sistema está determinada por la primera fluctuación, al azar, que se produzca y que conduzca al sistema a un nuevo estado estable. Una fluctuación origina una modificación local de la microestructura que, si los mecanismos reguladores resultan inadecuados, modifica la macroestructura.
Lejos del equilibrio, la materia se autoorganiza de forma sorprendente y pueden aparecer espontáneamente nuevas estructuras y tipos de organización que se denominan estructuras disipativas . Aparece un nuevo tipo de orden llamado orden por fluctuaciones : si las fluctuaciones del ambiente aumentan fuera de límite, el sistema, incapaz de disipar entropía a ese ambiente, puede a veces “escapar hacia un orden superior” emergiendo como sistema más evolucionado.
Pero nada es gratuito, conseguimos un orden a base de aporte de energía y ese orden interno se vuelca en desorden en el exterior de la estructura organizada. Nuestro organismo genera desorden en el medio ambiente que nos rodea: los productos de desecho. Nuestra sociedad, como un enorme cuerpo orgánico, vuelca su desorden al exterior y el desafío a que nos enfrentamos es permitir que ese desorden sea sostenible y pueda ser neutralizado por el propio planeta.
Lecturas recomendadas :
]]>La noticia de la aparente velocidad superlumínica de los neutrinos ha dado la vuelta al mundo y removido a toda la comunidad científica. Aunque se han comprobado una y mil veces los cálculos y las mediciones, no se han encontrado las posibles fuentes del error y los responsables del experimento han hecho públicos todos sus datos e invitado a todos sus colegas a comprobarlos, así como a repetir el experimento. La teoría de la relatividad especial basa todo su entramado en el supuesto de que no existe mayor velocidad que la velocidad que alcanza la luz en el vacío, de hecho cualquier partícula con masa por pequeña que esta sea, necesitaría una energía infinita para llegar a igualarla. Los cálculos basados en la teoría de la relatividad se han comprobado en miles y miles de experimentos y en millones de medidas reales durante más de cien años, de ahí el desconcierto de la comunidad científica.
En caso de que no haya ningún error en el experimento, hay algunos científicos que creen que el resultado encontrado puede ser porque los neutrinos son capaces de encontrar una especie de atajo espacio-temporal a través de las supuestas dimensiones ocultas que preconizaba la teoría de supercuerdas. Heinrich Paes y sus colegas en la Universidad Dortmund creen que puede ser posible: “La dimensión adicional está constituida en tal forma que las partículas que se mueven a través de ella pueden viajar más rapido que las particulas que van a través de las tres dimensiones conocidas del espacio. Es como un atajo a través de esta dimensión extra. Así que parece que las partículas van más rápido que la luz, pero en realidad no lo hacen”.
Prácticamente nadie cree que la teoría de la relatividad esté equivocada. Los resultados del experimento quedarían explicados por un posible error o por la existencia de las dimensiones ocultas. Sería verdaderamente estimulante que los escurridizos neutrinos nos muestren evidencias de que realmente existen las supuestas dimensiones enrolladas y no son una entelequia matemática.
Fotografía : Detector de neutrinos Super-Kamiokande .
El detector de neutrinos Super-K está localizado a 1.000 m bajo tierra en la mina de Mozumi (Japón). Consiste de 50.000 toneladas de agua pura rodeadas por cerca de 11.000 tubos fotomultiplicadores. La estructura cilíndrica tiene 40 m de alto y 40 m de diámetro.
Galileo pulía, el mismo, las lentes y en un industrioso e inteligente proceso de prueba y error, construyó decenas de telescopios, cada vez mejores, que probó miles de veces con cualquier clase de objetos próximos y lejanos, grandes y pequeños, luminosos y oscuros. Apenas comprobada su fiabilidad lo presentó a las autoridades venecianas. Desde el campanario de San Marcos los hizo ver edificios de pueblos más o menos próximos, como Treviso y Conegliano, las personas que entraban o salían de la iglesia de San Giacomo de Murano, y naves acercándose a la costa, que a simple vista no fueron visibles hasta dos horas después. Se le concedió el nombramiento de catedrático vitalicio de la Universidad de Padua y un sustancioso aumento de sueldo.
La Luna, vista a través del telescopio era como otra Tierra. Su superficie era rugosa y llena de cavidades y prominencias como mostraba la línea divisoria entre la parte iluminada y la oscura. Se destruía un dogma fundamental de la ciencia clásica: la distinción radical entre el mundo celeste, constituido por éter ingenerable e incorruptible, ontológicamente superior a la materia sublunar. Por ello los cuerpos celestes eran perfectamente lisos y esféricos mientras que el mundo sublunar, constituido por los cuatro elementos, era el ámbito del cambio, de la generación y de la corrupción.
Con el descubrimiento de los satélites de Júpiter, el más importante que presentaba el “Sidereus Nuncius”, Galileo destruía otro dogma fundamental de la dinámica aristotélica que consideraba imposible que un cuerpo celeste tuviera dos movimientos a la vez. La observación empírica mostraba que los satélites orbitaban alrededor de Júpiter mientras este giraba alrededor del Sol. Galileo ya no dudaba de su copernicanismo que se vio reforzado al descubrir, a finales de 1610, que Venus presentaba fases como la Luna, un fenómeno que no era posible en el sistema geocéntrico tradicional. El geocentrismo clásico ya no era sostenible, y Galileo consideraba el sistema geoheliocéntrico de Tycho Brahe , que hacía girar los planetas alrededor del Sol, que a su vez giraba alrededor de la Tierra central, como una mera escapatoria sin ninguna base física.La defensa pública del copernicanismo desató todas las furias. Los filósofos académicos, acérrimos defensores de la tradición, se unieron desde un principio al frente más peligroso, el teológico, que estaba por encima de cualquier otra consideración, especialmente, en aquellos momentos de radicalización de la Contrarreforma: la teoría copernicana era contraria a las Escrituras, es decir, herética. Los matemáticos jesuitas eran la única esperanza de Galileo. Hicieron sus propias observaciones y aceptaron y loaron los descubrimientos de Galileo. Pero los jesuitas antes que científicos, eran soldados disciplinados y obedientes. Optaron por hacer suya la cosmología de Tycho Brahe, que permitía asumir la mayor parte de los descubrimientos telescópicos y no entraba en contradicción con el texto bíblico y dejaron solo a Galileo ante la Santa Inquisición, en un proceso que, finalmente, le llevó a una condena a prisión perpetua, conmutada por arresto domiciliario de por vida.
Agradecimientos a la: Revista Mètode de la Universidad de Valencia, num. 64.“Galileu i el telescopi”, Antonio Beltrán Marí (2009).
]]>En el último tercio del siglo XVIII cambiaron las cosas gracias al químico francés Antoine Lavoisier que aprovechó toda la experiencia que habían acumulado sus colegas, durante años, analizándola bajo un nuevo prisma que tenía mucho que ver con las ideas ilustradas introducidas por el Abad Condillac y Gabriel-François Venel . Después de realizar una serie de experimentos y comprobar los pesos de los reactivos, antes y después, le quedó claro que los metales no liberan flogisto al quemarse sino que se combinan con un elemento componente del aire que incrementa su peso final. Demostró que, finalmente, el aire es una mezcla de dos gases el que llamaban aire sin flogisto (nitrógeno) y el aire puro (oxígeno) y que el agua es un compuesto de oxígeno e hidrógeno. A la sencilla premisa de que el peso de los reactivos será igual al de las sustancias producidas en la reacción química añadió, en base a la nueva concepción de elemento, que los elementos persisten a través de todas las reacciones. Se combinan o se aíslan pero siguen manteniendo su integridad y no se descomponen en otras sustancias más sencillas.
Lavoisier puso las bases de la moderna tabla periódica de los elementos, al listar 33 sustancias simples, tal como se conocían entonces. Además dotó a la nueva ciencia de un método de denominación o nomenclatura de las sustancias según los elementos constituyentes y sus rasgos puramente químicos. Este nuevo lenguaje permitía nombrar cualquier nueva sustancia y facilitar la tarea de comunicar los nuevos descubrimientos. Desgraciadamente, a Lavoisier le tocó vivir el tiempo convulso de la Revolución francesa, era una especie de recaudador de impuestos de la odiada monarquía y fue ejecutado en la guillotina. El juez que le condenó a la pena capital dijo que “La república no necesita sabios”, su amigo, el gran matemático J. Lagrange: “Un segundo bastó para separar su cabeza del cuerpo, pasarán siglos para que una cabeza como aquella vuelva a ser llevada sobre los hombros de un hombre de ciencias”.
Finalmente, las nuevas luces que alumbraron el intelecto humano en el siglo XVIII permitieron avanzar en el conocimiento de la materia y de sus reacciones. Destacados pensadores como Denis Diderot y el Abad de Condillac promovieron que las ciencias naturales fueran más empíricas, que se confiara más en la experimentación y menos en la razón pura. El experimento y unas premisas sencillas, basadas en la conservación de las masas y en la integridad de los elementos, pusieron las bases de la química moderna que ha transformado y sigue transformado nuestra sociedad.
]]>“Desgraciadamente”, a principios del siglo XX nos esperaban dos teorías físicas capaces de quitarnos esa magnífica sensación y de hacernos “más viejos y más sensatos”: la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica.
La vida, la experiencia, nos devuelve siempre a la realidad y ésta nunca es tan “perfecta” como creíamos. Pero para los problemas sobre movimientos y fuerzas con los que nos podemos tropezar a diario, las leyes de Newton siguen siendo perfectamente válidas y su influencia en nuestra sociedad ha sido esencial, tanto en la técnica como en los desarrollos matemáticos.
Las tres leyes del movimiento , base de la dinámica:
- Primera ley o ley de la inercia: “Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él”. Traducido a lo que le ocurre a una rana, sobre un nenúfar, en una charca: La rana se mantendrá en reposo mientras no actúe sobre ella ninguna fuerza.
- Segunda ley o ley de fuerza: “El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime”. Traducido al ejemplo de la rana: Los músculos ejercen una fuerza que la impulsa, la acelera, la desacelera o varía su trayectoria. Cuanto mayor es la fuerza mayor será la variación del movimiento.
- Tercera ley o ley de acción y reacción:” Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria, es decir, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto”. A la fuerza que eleva a la rana en el aire se opone otra igual y de sentido opuesto que empuja hacia atrás a la hoja de nenúfar.
Con estas simples leyes y la ley de la gravitación universal, que establece que dos masas se atraen con una fuerza proporcional a la magnitud de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa, Newton estableció las bases de la rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos. Desde una mota de polvo hasta la mayor de las galaxias.
Con las leyes del movimiento y el aparato matemático que se fue elaborando durante los siglos XVII, XVIII y XIX se llegó a los albores del siglo XX imaginando que ya todo estaba hecho y dicho, esencialmente, sobre las leyes del movimiento físico. Pero la terca realidad nos volvería a reconsiderarlo todo otra vez a la luz de las dos soberbias teorías indicadas más arriba.
El determinismo clásico quedaba hecho añicos y el espacio y el tiempo se fundían en una nueva entidad, y se hacían relativos según el sistema de referencia elegido. En esencia todo lo establecido durante más de 200 años quedaba patas arriba. Y, aunque es una forma de hablar, cuando hablamos de fenómenos del micro cosmos donde las leyes de la mecánica cuántica son relevantes, ya no sabemos si la rana salta o no salta, o las dos cosas a la vez .
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