UN VIAJE AL ORIGEN DEL UNIVERSO (SEGUNDA PARTE)

"El hecho de que la vida surgiese a partir de casi nada , apenas diez mil millones de años después de que el Universo surgiese a partir de literalmente la nada, es un hecho tan asombroso que estaría loco si intentase encontrar palabras que le hicieran justicia" escribe el etólogo, zoólogo y divulgador científico Richard Dawkins(1941), célebre por su escepticismo y cierta hostilidad hacia cualquier doctrina o experiencia religiosa que califica como espejismo y de hecho una de sus obras más conocidas tiene por título "El espejismo de Dios". Por eso he querido empezar esta segunda parte de este relato sobre el nacimiento de nuestro Universo con unas palabras suyas que , a pesar de todo, su escepticismo, no puede ocultar el asombro ante el misterio del nacimiento del Universo . Ayer veíamos como los astrofísicos se encuentran con una barrera impenetrable conocida como  Era de Planck entre el momento 0 del Universo y el 10 elevado a - 43 segundos . No sabemos que sucedió en aquel lapso de tiempo, no sabemos como era realmente aquello que daría origen a todo lo que hoy vemos a nuestro alrededor, incluidos nosotros mismos. Vimos que en la nada, cuando no existía ni el tiempo ni el espacio,en un punto casi infinitamente pequeño, miles de millones de veces más pequeño que un núcleo atómico, se concentraba algo que no era materia, porque esta aún no existía en la forma que la conocemos, con átomos formados por protones neutrones y electrones girando a su alrededor. No, sólo había una cantidad ingente de partículas que llamamos exóticas cuyo comportamiento estaba regulado por una Fuerza Primordial , mientras que lo que luego sería materia y radiación se encontraban de alguna forma fusionadas. La temperatura era casi inconcebible, de 10 elevado a 32 grados centígrados  y las presiones inmensas. Entonces,tal vez por esa enorme presión,  se produjo el gran estallido.

BREVE RESUMEN DE LA TEORÍA DEL BIG BANG DEL CANAL HISTORIA 

Este pequeño documental de siete  minutos hace un resumen de la teoría del Big Bang, y aunque es muy breve creo que ayuda a comprender lo que trato de explicaros. En algo tan abstracto como el nacimiento del Universo la imagen a veces es de más ayuda que la palabra 

Vimos como a partir de ese momento comenzó a crecer, a expandirse aunque no sea la palabra apropiada porque no había un espacio hacia el que expandirse . Aunque es difícil imaginar este concepto, cuando nace el Universo no hay nada más allá de él ,es el Universo el que irá creando el espacio a medida que crece.  Todo esto sucedió entre el momento 0 y el 10 elevado a -43 segundos, y lo que sucedió en ese tiempo tratamos de explicarlo a través de la teoría del Big Bang, del Gran Estallido, pero que no podemos confirmar con la observación ya que no hay forma de acceder a ese momento inicial. Como si se tratara del Sancta Santorum de un antiguo Templo de Egipto, a cuyo interior  n podía acceder más que el Sumo Sacerdote. La era de Planck es el particular Sancta Santorum de los astrónomos que todavía no han  podido abrir para conocer su contenido, el origen del Universo.  Pero a partir de ese momento si sabemos lo que ocurrió, el Universo comenzó a crecer y al mismo tiempo que crecía se enfriaba y el este enfriamiento tuvo muchas consecuencias, entre ellas la separación de la Fuera Primordial primero de la Fuerza de Gravitación, la responsable de la atracción de unas partículas con otras. Gracias a su acción la TIerra y los demás planetas del Sistema Solar se mantienen girando alrededor del Sol  y a nuestro Sol junto a miles de millones de estrellas girando  en sus órbitas dentro de nuestra galaxia, la Vía Láctea Si no hubiera existido la gravedad todos los astros viajarían libres por el espacio perdiéndose en el espacio profundo, alejándose unos de otros, chocando entre si, sin detenerse nuca. . A conitnuación surgen la Fuerza Nuclear Fuerte , que se encarga de unir a protones y neutrones en los núcleos de los átomos   y también une a las partículas elementales los ladrillos básicos de la materia , los quarks. Sin la fuerza nuclear fuerte estas partículas no existirían, porque no serían capaces de mantenerse unidas,  no se habría formado la materia y, por supuesto, tampoco nosotros existiríamos.

En este esquema podéis seguir la evolución  del Universo desde el Big Bang hace 13700 millones de años  .Vemos las diferentes fases que recorreremos a lo largo del relato, desde la Fase de Inflación o Inflación Cósmica, cuando el Universo comienza su expansión a una velocidad  tan elevada que nunca volverá a igualar , la aparición de los elementos básicos de la materia  (quarks, neutrinos, electrones) y también de la antimateria , la formación de los protones y los neutrones , la aparición de los primeros átomos (hidrógeno y helio) y también podemos observar la paulatina reducción de temperatura  y el cambio de color de ese Universo que en un principio era de un blanco deslumbrante y terminará siendo oscuro como lo vemos hoy. Casi la práctica totalidad de los acontecimientos que estamos conociendo en esta historia tendrán lugar en los primeros cinco minutos de vida del Universo. Es importante también subrayar que el Big Bang es una teoría no una ley , por lo que debemos considerarla como una explicación posible de nuestro Universo, la más aceptada hoy en día por los astrónomos .El Bib Bang nos da una explicación sobre como se formó el Universo pero si realmente nació en esta explosión no sabemos ni la razón por la que explotó y  la pregunta más evidente ¿por qué existía ese punto inicial de energía, materia y radiación?¿surgió de la nada? (Imagen procedente de http://epidaurosqv.blogspot.com.es )

Nacía también la Fuerza Nuclear Débil , que permitirá la existencia de la radiactividad desde los Rayos X a la energía eléctrica. Estas  fuerzas se manifestaban al principio  a través de unas nuevas partículas, los inflatones, a los que la fuerza de la gravedad en lugar de atraer entre si , como hoy hace en nuestro Universo con todas las partículas existentes, crea un efecto de repulsión entre ellas que acelera la velocidad de expansión del Cosmos que nunca volverá a crecer de forma tan vertiginosa. Es la denominada Fase de Inflación . Al mismo tiempo , cuando más crece más se enfría y con este enfriamientos se producen nuevos cambios. Los inflatones se desintegran y de ellos surgen los componentes básicos de la materia, Quarks y Leptones, integrados cada uno a su vez por seis  partículas , la base de toda la materia que hoy existen en el Universo y que un poco más adelante se unirán para formar los protones y neutrones que a su vez formarán los átomos  . A ella se añaden partículas con carga eléctricas negativa, los llamados electrones,  y otra partícula sin carga eléctrica y apenas sin masa, los neutrinos. Y como si se tratara del reverso de un espejo, surgen al mismo tiempo partículas que son las opuestas a las que acabamos de ver, a los electrones de carga negativa se oponen los positrones, de carga positiva, a los Quarks los Antiquarks, a los leptones  los antileptones . Estas partículas son la antimateria y cuando una partícula de antimateria y una partícula de materia se encuentran y chocan se destruyen. Es como si tuviéramos dos Universos diferentes y paralelos, un Universo de materia,constituido por electrones quarks, y un Universo de antimateria, formado por positrones y antiquarks .El Universo sigue creciendo , ya tiene el tamaño de nuestro Sol , y continúa enfriándose, pero su temperatura es todavía inimaginable para nosotros, mil billones de grados centígrados 

Esquema de las cuatro fuerzas elementales del Universo surgidas de la división de la Fuerza Primordial que antes del Big Bang controlaba a todas las partículas. Primero surgió la Fuerza Gravitatoria, que se manifiesta con la partícula Gravitón que sólo ha podido ser descrita teóricamente y que es responsable de la atracción que ejercen unos cuerpos sobre otros , gracias a  lo cual los planetas como la Tierra se mantienen girando en órbita alrededor de una estrella como el Sol y no siguen su camino para perderse en el espacio. Luego está la Fuerza Nuclear Fuerte, que mantiene unido el núcleo atómico  a través de su partícula, el gluón, que actúa como un pegamento para mantener juntos a dos Quarks. Después tenemos la Fuerza Nuclear Débil , que es la que permite la existencia de la radiactividad y que se manifiesta a través de los Bosones, y la última en aparecer sería la Fuerza Electromagnética , que utiliza como partícula el fotón  que permite la propagación de la luz (por ejemplo los rayos del Sol que llegan hasta nuestro planeta) y además también interviene para  unir a los átomos y que formen moléculas (Imagen procedente de http://tapuchino.blogspot.com.es )

Estamos en 10 elevado a -10 segundos y aparece la última de las cuatro fuerzas elementales, la Fuerza Electromagnética , que se divide de la Fuerza Nuclear Débil. Esta nueva fuerza se encargará de unir los átomos para formar moléculas y permitirá la propagación de la luz, las ondas de radio y cualquier otra forma de energía electromagnética . La Fuerza Electromagnética tiene su propia partícula elemental, el fotón, que carece de masa y viaja en el vació a una velocidad constante, 299.792.458 metros por segundo, es decir casi trescientos millones de metros por segundo, y que hoy conocemos como Velocidad de la Luz. El Universo recién nacido ya dispone de las cuatro fuerzas primordiales, como si se tratara de los Cuatro Mosqueteros,  con sus respectivas partículas , la Fuerza de la Gravedad ,que sería transmitida por una partícula elemental llamada Gravitón aunque su existencia sólo existe de momento en el campo teórico y que mantendría unidos los planetas, las estrellas y las galaxias , la Fuerza Nuclear Fuerte ,que se encargará de mantener unidos los núcleos atómicos y que utilizará, como veremos ahora, una partícula llamada gluón para mantener esa unión, la Fuerza Nuclear Débil , que permite la existencia de la radiactividad y que emplea otra partícula denominada Bosón Débil, y por último la Fuerza Electromagnética gracias a la cual los átomos se  pueden unir para formar moléculas además de permitir la propagación de la luz o las ondas de radio para lo que emplea su propia partícula elemental, el fotón.  No se si habré sabido explicarme bien pero espero que con el esquema que os incluyo justo sobre este párrafo quede algo más claro. 

Cuando el Universo se ha enfriado lo suficiente para que los Quarks  se muevan más despacio  y se aproximen a otros Quarks , la Fuerza Nuclear Fuerte entra en acción  a través de su partícula, el gluón, que actuará como un pegamento para mantener a grupos de tres quarks (os recuerdo que hay seis tipos de quarks a los que se da el nombre de Up, Down, Strange, Bottom, Top y Charm) que luego formarán protones y neutrones que constituyen el núcleo de los átomos (Imagen procedente de http://quimica.wikia.com )

El Universo comienza a tener forma, pero si pudiéramos asomarnos por una ventana para observarlo no veríamos nada. La luz , por ejemplo los rayos del Sol que llegan hasta nosotros, está constituida por los fotones, pero en este Universo recién nacido hay tal número ingente de partículas que los fotones no viajan en línea recta sino que son desviados continuamente de su trayectoria por estas partículas . El efecto es el mismo que el de la niebla  pero una niebla tan espesa que no nos dejaría ver más allá de un milímetro de distancia.  Pero la temperatura sigue descendiendo y cuando más baja  más energía pierden todas las partículas lo que hace que su movimiento sea más lento . Ya estamos en el 10 elevado a -5 segundos, la temperatura ha descendido hasta los dos billones de grados centígrados  y los quarks han ralentizado tanto su movimiento que cuanto se encuentran con otro quark se unen. Es ahora cuando interviene la Fuerza Nuclear Fuerte , la que tiene la capacidad de mantener unidos los núcleos atómicos Utiliza para ello una partícula sin masa a la que los astrónomos han puesto acertadamente el nombre de gluón, del inglés "glue" que significa pegar, porque es lo que hace un gluón , pegar a dos quarks a los que mantienen unidos.  Así , el espacio se llena de grupos de  tres quarks unidos por gluones   y no quedará ningún quark navegando el sólo . Con el enfriamiento, como veíamos ayer con el agua, el desorden inicial va transformándose en orden. Estos grupos de tres quarks unidos por los gluones  formarán a su vez dos tipos de partículas superiores, los protones , que tiene carga eléctrica positiva, y los neutrones, que carecen de carga eléctrica.  No me olvido de la antimateria, porque el mismo fenómeno se repite en ella. Los Antiquarks  se unen formando a su vez antineutrones y antiprotones. 

MATERIA VERSUS ANTIMATERIA NATIONAL GEOGRAPHIC

En este breve extracto de un documental de "Ciencia al desnudo" de National Geographic nos explican la conflagración entre materia y antimateria. En teoría la cantidad de materia y antimateria era la misma y si al colisionar una partícula de materia con otra de antimateria se destruyen, en el Universo sólo debería de haber quedado la radiación surgida de la destrucción de las dos clases de partículas. Por supuesto, ni nosotros , ni los planetas , estrellas y galaxias existirían pero es obvio que no fue así. La materia salió triunfante sobre la antimateria pero ¿por qué? Es uno más de los enigmas del origen de nuestro Universo

El Universo alcanza ya los diez billones de kilómetros de diámetro y la temperatura ha descendido hasta el billón de grados centígrados . Y es entonces cuando comienza la cósmica batalla entre las partículas de materia y antimateria. Los protones se enfrentan a los antiprotones, los neutrones a los antineutrones, los electrones a los positrones. Es como si el Universo hubiera decidido suicidarse. Se aniquilan entre si  y parece que toda la materia quedará desintegrada. El espacio se va quedado vacío  pero algo sucede. La antimateria desaparece del Universo, ya no quedan antiprotones, positrones o antineutrones, pero a esta gran conflagración ha sobrevivido una pequeña cantidad de materia, todavía subsisten algunos protones, neutrones y electrones. Ya hemos visto que a cada partícula de materia le correspondía una de antimateria  ¿por qué no se habían aniquilado mutuamente por completo?Sin que sepamos la razón , los físicos estiman que por cada mil millones de elementos de antimateria había mil millones y un elemento de materia. Ese uno por cada mil millones permitió que el Universo se salvase y que yo hoy esté aquí escribiendo estas palabras ¿había alguna razón para esta superioridad de la materia? Como dice el artículo de la revista Geo que estoy consultando "parece como si un poder inescrutable hubiera diseminado un poco más de mundo que de antimundo en el joven Universo" De nuevo el misterio rodea a esta explicación y de momento sólo podemos aceptarla como válida sin que tengamos una explicación de por qué sucedió así.  Lo que si sabemos es que la materia está a salvo ya que la antimateria ha desaparecido, al menos en lo que se refiere a los protones, porque los neutrones siguen en peligro ya que tienen otra amenaza que los hace inestables. 

Uno de los primeros átomos en aparecer fue el átomo de Helio . Gracias al descenso de temperatura del Universo los protones y los neutrones son tan lentos  que permite que actúe entre ellos la Fuerza Nuclear Fuerte, la misma que mantiene unidos a los Quarks. De esta forma los protones y neutrones  se unen y forman un núcleo atómico, el corazón del átomo. En el caso del Helio vemos que tiene dos protones(color rojo, con carga eléctrica positiva) y dos neutrones (color verde y  que carecen de carga eléctrica.) Gracias a esta unión los neutrones logran salvarse ,ya que fuera del núcleo del átomo se vuelven inestables y no sobreviven más de quince minutos antes de que la Fuerza Nuclear Débil los descomponga en otras partículas (protones, electrones y neutrinos) Cuando apenas han transcurrido cinco minutos desde el nacimiento del Universo , todos los neutrones se han integrado en átomos de Helio o Litio (Imagen procedente de http://sofialabrado.wordpress.com ) 

Entra ahora en escena la Fuerza Nuclear Débil que a través de su partícula elemental, los bosones débiles, tira de los neutrones y los desintegra convirtiéndolos  en protones, electrones y neutrinos. El Universo tiene en este momento 0,2 segundos de edad, la temperatura ha descendido hasta los 20.000 millones de  grados centígrados y su diámetro es de 500 billones de kilómetros. Deteneos un momento y mirad atrás para asombraros de esta maravilla. Todo lo que os he contado hasta ahora , desde la explosión inicial hasta este mismo momento, ha sucedido en 8 décimas de segundo, y en ese tiempo ha pasado de tener un tamaño miles de millones de veces más pequeño que un átomo a alcanzar los 500 billones de kilómetros y su temperatura ha pasado de una cifra que se escribe con un 10 seguido de treinta y dos ceros hasta los 20.000 millones de grados. La antimateria ha desaparecido y el nuevo Universo se rige por las cuatro fuerzas fundamentales, gravedad, nuclear fuerte, nuclear débil y electromagnetismo mientras que la materia se ha organizado en quarks que después de unirse gracias a los gluones han constituido protones y neutrones mientras los electrones vuelan todavía libremente. Avanzamos un poco más, el Universo tiene un minuto de vida, su diámetro es de 10.000 billones de kilómetros y su temperatura de 1000 millones de grados centígrados. Y la que ahora entra en escena de nuevo es la Fuerza Nuclear Fuerte que , como ya sabemos, mantiene unidos los núcleos atómicos. Ya lo había hecho con los quarks a través de los gluones que funcionaban como una especie de pegamento, y ahora también lo hará con protones y neutrones. Cuanto más desciende la temperatura más despacio se mueven y gradualmente se aproximan hasta que quedan vinculadas, unidas, formando un núcleo atómico. Así nacen los primeros átomos y es gracias a esta alianza con los protones que los neutrones logran salvarse de la destrucción ya que la fuerza nuclear débil no tiene ahora fuerza para desintegrarlos. 

DOCUMENTAL SOBRE LA HISTORIA DEL UNIVERSO 

En este documental se hace un recorrido por todo lo que sabemos sobre la Teoría del Big Bang y el nacimiento del Universo , la formación de las galaxias, las estrellas y los planetas y además de preguntarse sobre su futuro 

Cuando han transcurrido cinco minutos desde el nacimiento del Universo todos los neutrones están integrados con protones y a partir de ahora la sucesión de acontecimientos se ralentiza. El Universo sigue creciendo a la par que su temperatura desciende . En su primer cumpleaños las dimensiones del Universo multiplican por seis el de nuestra galaxia , la Vía Láctea, y la temperatura es de dos millones de grados centígrados.Cuando cumple sus primeros mil años de existencia esa temperatura ha descendido ya hasta los 60.000 grados pero si pudiéramos observarlo sigue conservando ese aspecto lechoso , esa niebla que nos impide  distinguir nada. Los fotones siguen tropezando con los electrones que continúan volando a su aire por el espacio,  impidiendo que los fotones puedan viajar en línea recta creando ese efecto de niebla y turbiedad. Pero la fuerza que quedaba por entrar en escena, la Fuerza Electromagnética, que entre otras propiedades causa la atracción entre partículas con cargas eléctricas opuestas, entra en escena y los electrones , con carga eléctrica negativa, comienzan a sentirse atraídos por los protones, con carga eléctrica positiva. Se va a establecer una nueva alianza. Cuando el Universo tiene ya 380.000 años  la temperatura ha bajado hasta los 2700ºC y eso conlleva que las partículas se desplacen todavía más lentas, entre ellas los electrones que , por fin, dejan de volar libres por el espacio y se hallan todos ellos  girando alrededor de los núcleos atómicos formados por protones y neutrones Ahora los fotones ya no tropiezan con ningún obstáculo en su viaje por el espacio y la luz se propaga sin interrupciones . Poco a poco la niebla causada por la dispersión de los fotones va disipándose ya que ahora no hay nada que los disperse  y el Universo se vuelve transparente, pero todavía no es oscuro como lo conocemos ahora. El blanco cegador de los primeros tiempos va perdiendo su brillo a medida que sigue expandiéndose , bajando su temperatura y descendiendo la energía de sus partículas. Del blanco pasa al amarillo, del amarillo al naranja y de este al rojo, al púrpura  y finalmente se torna negro. 

Representación de una de las teorías sobre el posible final del Universo, el Big Crunch o Gran Colapso. Según esta teoría la expansión del Universo  ,que no se ha detenido desde el estallido del Big Bang , terminará ralentizándose hasta detenerse por completo y revertirse  volviendo todos los elementos a aproximarse unos a otros hasta que toda la materia del Universo volvería a concentrarse en un único punto como antes del Big Bang. La otra teoría más difundida es la del Big Rip o Gran Desgarramiento que es justo la opuesta al Big Crunch, es decir, en ella la expansión nunca se detiene y las galaxias se alejan cada vez más unas de otras . La Fuerza de la Gravedad que mantienen unidas a las galaxias se debilitaría tanto que estas finalmente se desintegrarían, dejando libres a los sistemas planetarios, luego los sistemas planetarios también se romperían y finalmente también lo harían las estrellas y los planetas. Sólo quedarían partículas subatómicas que finalmente terminarían convirtiéndose en radiación. Aún otra teoría más , el Big Bounce o Universo Oscilante, según la cual  el Universo funcionaría como los latidos de un corazón, primero un gran estallido, el Big Bang, la rápida expansión  para luego contraerse hasta colapsar de nuevo , el Big Crunch, y entonces todo volvería a empezar con un nuevo Big Bang (Imagen procedente de http://es.wikiquote.org )

El Universo tiene catorce millones de años, es oscuro y está congelado, nada queda de aquellas temperaturas abrasadoras de su origen, pues ahora ha alcanzado los -270ºC bajo cero. Parecería que se han convertido en un gigante helado pero  cuando el Universo alcanza los 100 millones de años  en determinadas zonas de ese Universo helado se han producido mayores acumulaciones de átomos que han comenzado a unirse  formando nubes de hidrógeno que irán concentrándose  formando esferas  que poco después comienzan a iluminarse. Acaban de nacer las primeras estrellas.  Estas estrellas a su vez se concentraran en grandes grupos que constituirán las galaxias. Con el tiempo se formarán los planetas, millones, miles de millones, billones de ellos distribuidos entre los cien mil millones de galaxias que navegan por el Universo transportando en su interior incontables soles.Hace 4650 millones de años nacía en un suburbio de la Vía Láctea nuestro Sol y aproximadamente hace 4500 millones de años nuestra Tierra comenzaba a formarse. Hace entre 3800 millones y 3500 millones de años comenzaba a aparecer la primera forma de vida en nuestro planeta, sin que aún sepamos como se originó, uno más de los grandes misterios de esta historia. Hace 230 millones de años aparecían sobre la superficie de la Tierra los primeros dinosaurios que la dominarías durante los siguientes 160 millones de años hasta su súbita extinción probablemente por el impacto de un gran meteorito. Llegaba el tiempo de los mamíferos. Hace cuatro millones de años un primate se alzaba sobre sus dos piernas y comenzaba a caminar erguido. Era el Austrolopithecus. De hace 260.000 años datan los restos del hombre moderno más antiguos encontrados hasta ahora en territorio de la actual República de Sudáfrica. Hace 40.000 años  nuestros antepasados realizaban sus primeras manifestaciones artísticas pintando las paredes de las cuevas donde vivían. 

Una de las teorías más sugestivas de la astrofísica es la del Multiverso . la posible existencia de otros Universos más allá del nuestro que no sería más que uno entre muchos. Fue el psicólogo William James (1842-1910) el primero en utilizar esta denominación en 1895 y hoy también se emplean denominaciones como Universos Paralelos o Universos Alternativos. Pensar en ella causa en el profano en esta materia ,como es mi caso, vértigo ante las implicaciones de la existencia de otros universos . Al final de este relato la impresión personal es la misma que hace tres siglos tenía el filósofo francés Voltaire "El Universo me desconcierta. No puedo imaginarme que tal reloj pueda existir sin que haya un Relojero" ¿Por qué existen las leyes matemáticas y físicas que han permitido la existencia de este Universo?Y la más evidente de todas ¿por qué existe el Universo si no había nada? Pero esto es materia para algo mucho más profundo que un artículo de un blog (Imagen procedente de http://www.cosmonoticias.org )

El ser humano aprendería a cultivar la tierra y criar animales, se crearon los primeros núcleos de población,nacían las primeras ciudades, la escritura, las primeras guerras por el poder, las leyes , la ciencia, la música y comenzamos a preguntarnos que era la Tierra , donde nos encontrábamos y que posición ocupábamos entre aquellas luces que brillaban en el firmamento. Si toda la historia de la humanidad la pudiéramos situar en un calendario en el que el 1 de enero fuera el día del Big Bang y  la medianoche del 31 de diciembre el momento actual toda la historia de la humanidad,  todos esos relatos que son protagonistas habituales del Mentidero, los reyes, los imperios, los inventos, los grandes artistas , los descubridores, el nacimiento de las religiones ocuparían tan solo los últimos catorce segundos de ese año, desde las 23 horas 59 minutos y 46 segundos hasta las 00:00 hrs del día 1 de enero del nuevo año. Así de pequeños somos en la escala temporal de este inmenso Universo. Pero si sus dimensiones temporales y espaciales son sobrecogedoras, si no podemos imaginar cien mil millones de galaxias, trillones de soles e incontables planetas ¿ y si además de todo eso nuestro Universo no fuera más que uno más entre un número infinito de Universos? Es otra de las teorías con las que trabajan en la actualidad  los astrofísicos, el Multiverso,  es decir la existencia de múltiples Universos del que  nuestro Universo no sería más que una parte de la realidad física que nos rodea. Es hora de detener aquí este relato en el que sólo trataba de explicaros con mis torpes palabras lo que sabemos sobre el origen de este maravilloso milagro que es el Universo. ¿Por qué existe?¿Cómo surgió de la nada?¿Cuál será su futuro?¿Cuántas formas de vida cuantos planetas habitados nos esperan ahí fuera?¿hay más universos?¿donde se encuentra al Universo?¿tiene límites ?y si tiene límites ¿qué hay más allá de ellos?¿por qué existen las leyes matemáticas que explican su funcionamiento?¿qué significa este  inmenso océano cósmico? 

EL PÁLIDO PUNTO AZUL

En 1990 la sonda Voyager 2 se disponía a abandonar el Sistema Solar después de dejar atrás Neptuno. La sonda se despedía haciendo una última fotografía de la Tierra . Desde aquella distancia nuestro hogar, el planeta que durante siglos la humanidad creyó el centro del Universo , no era más que un pálido punto azul . Carl Sagan escribió esta reflexión  en su libro publicado en 1994 "Un punto azul pálido " que os incluyo en sus dos versiones, con su propia voz y con la versión doblada al castellano  

Decía ese gran hombre que fue Carl Sagan, al que yo le debo mi primer amor por la ciencia y la historia aunque nunca estuve por desgracia dotado para ella, que "Hemos averiguado que vivimos en un insignificante planeta  de una triste estrella, perdida en una galaxia metida en una esquina olvidada de un Universo en el que hay muchas más galaxias que personas" Cómo el astrónomo añade "Nuestro planeta es una mota solitaria de luz en la gran envolvente oscuridad cósmica. En nuestra oscuridad, no hay ningún indicio de que la ayuda llegará de algún otro lugar para salvarnos de nosotros mismos. Nos guste o no en este momento la Tierra es donde tenemos que quedarnos. Debemos preservar el pálido punto azul, el único hogar que jamás hemos conocido" Después de recorrer millones de años , distancias inimaginables, temperaturas incomprensibles, números que somos incapaces de traducir en una realidad física, te sobrecoges ante nuestro diminuto tamaño y te das cuenta de lo absurdas que son nuestras disputas, el sinsentido de las fronteras dibujadas en los mapas, los enfrentamientos por diferencias religiosas, económicas o políticas. La humanidad entera es sólo una, no hay diferencias más allá de las que nosotros artificialmente hemos creado. Somos una familia que tiene un hogar, la Tierra, una pequeña casa en la inmensidad de un Universo infinito, desconocido y misterioso que todavía apena conseguimos entrever. Como decía Sagan "Si alguien está en desacuerdo contigo, déjalo vivir. No encontrarás a nadie igual en cien mil millones de galaxias"  Cuando la tristeza o el desaliento amenace con invadirte, detente, alza la mirada al cielo nocturno, deja que esa belleza infinita que nos rodea te invada . Puedes ser creyente o no, pero seguro que sientes una comunión con esa vasta inmensidad  porque todos , cada uno de nosotros, somos parte de ese todo, de ese Universo que envuelve nuestro pálido punto azul . Cierro este relato una vez más con las palabras de Carl Sagan  que resume con la poesía con la que sabía explicar el misterio del Universo, lo que es el ser humano "Somos polvo de estrellas que piensa acerca de las estrellas"

Esta es la fotografía de la Tierra tomada por la Voyager 2 en 1990, un punto perdido en la inmensidad. y este es el mensaje que nos dejó Carl Sagan con el que quiero terminar este artículo "Es posible que el Cosmos esté poblado con seres inteligentes. Pero la lección darwiniana es clara: no habrá humanos en otros lugares. Solamente aquí. Sólo en este pequeño planeta. Somos no sólo una especie en peligro, sino una especie rara .En la perspectiva cósmica cada uno de nosotros es precioso. Si alguien está en desacuerdo contigo, déjalo vivir. No encontrarás a nadie parecido en cien mil millones de galaxias"  En un Universo infinito  ¿cómo no va a existir vida? Tal vez  haya millones de civilizaciones, pero sólo hay una humanidad y este es nuestro hogar , no tenemos otro, nuestro pálido punto azul. Cuidemoslo (Imagen procedente de http://jcanive.blogspot.com.es ) 

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UN VIAJE AL ORIGEN DEL UNIVERSO (PRIMERA PARTE)

"Como astrónomos no podemos decir nada excepto que esto es un milagro  que parece casi sobrenatural, un suceso que ha cruzado el horizonte y entrado en la ciencia mediante el big bang. ¿Se puede seguir el camino inverso, retroceder hasta fuera de la barrera y finalmente hallar la respuesta a la pregunta de por qué existe algo y no la nada ? No, no se puede, no dentro de la ciencia. Pero queda en pie un increíble misterio. ¿Por qué existe algo y no la nada?" Son palabras del astrónomo estadounidense Allan Sandage (1926-2010) que mostraba con sus palabras el sobrecogimiento , la fascinación, el vertiginoso misterio , la maravilla que nos envuelve, esa inmensa vastedad, ese océano cósmico que nos rodea y de lo que la Tierra, nuestro hogar, no es más que un pálido punto azul, una mota de polvo, una gota de agua entre incontables otras gotas. Si , un pequeño y pálido punto azul , nuestro hogar, apenas un pequeño planeta en el Sistema Solar, otro pequeño punto en una galaxia que recorrerla de un extremo a otro nos llevaría cien mil años viajando a la velocidad de la luz. Una galaxia que no es más que una entre otros cien mil millones de galaxias que albergan billones, trillones de planetas y estrellas. Entre la Tierra y nuestra estrella , el Sol, nos separan ciento cincuenta millones de kilómetros, una distancia que apenas podemos imaginar y que, sin embargo , no es nada con las dimensiones que los astrónomos estiman para el Universo, novecientos mil trillones de kilómetros ¿qué significa esa cifra? Nos es tan misteriosa e inconcebible como la propia naturaleza del Universo.

 El gran divulgador de la astronomía que fue Carl Sagan(1934-1996), el creador de la serie "Cosmos"  que en 1980 nos enseñó a tantos a maravillarnos por la belleza de aquel Universo que nos rodea y del que somos parte, decía en el episodio con el que iniciaba aquel viaje extraordinario por el cosmos "El cosmos es todo lo que es, todo lo que fue y todo lo que será. Nuestras más ligeras contemplaciones del cosmos nos hacen estremecer, sentimos como un cosquilleo , nos llena los nervios, enmudece nuestra voz, despierta una ligera sensación como de un recuerdo lejano o como si cayéramos desde gran altura. Sabemos que nos aproximamos al más grande de los misterios." Un misterio sobrecogedor, hermoso, al que la mayoría de nosotros sólo podemos intentar acceder a través del lenguaje poético y unos pocos privilegiados mediante el lenguaje matemático en el que según Galileo Galilei(1564-1642) está escrito el libro de la naturaleza . De nuevo Sagan, que se nos fue demasiado pronto, expresaba un anhelo de regresar a aquel misterio y escribía "Ansío regresar a las estrellas" , porque todo lo que nos rodea, todo lo que nuestros ojos perciben, nosotros mismos, somos el polvo de las estrellas, compartimos con ellas la materia y el origen, un origen que la ciencia ha logrado rastrear casi hasta su mismo inicio, casi...pero aquel momento inicial se escapa a nuestro conocimiento, no podemos alcanzarlo ¿tal vez nunca lo hagamos? No hay respuesta para esa pregunta , no de momento pero sólo a través de las preguntas el ser humano abandonó la oscuridad de las cavernas y elevó su mirada al cielo, observó aquellos puntos luminosos que brillaban en la distancia ¿qué eran?¿dioses, llamas celestiales? No podía responder pero aquel día nació la ciencia y la religión, el hombre comenzó a preguntarse por su origen, por el significado de su existencia.

"EN LA ORILLA DEL OCÉANO CÓSMICO" CAPÍTULO 1 DE COSMOS

Este es el primer capítulo de la serie "Cosmos: un viaje personal" que se estrenó en televisión en 1980 y constaba de trece capítulos escritos y presentados por Carl Sagan que nos enseñó lo que el ser humano había aprendido sobre el Universo y también nos ayudó a tomar conciencia sobre el lugar que ocupa nuestro planeta en ese inmenso espacio y la importancia de cuidar el que por ahora es nuestro único hogar, ese lugar que Sagan definía como el pálido punto azul. Justo en el día en que estoy escribiendo este artículo se estrena una nueva versión de "Cosmos" en National Geographic que esperemos  que logre que las nuevas generaciones se enamoren de la ciencia de la misma forma que Sagan lo consiguió hace tres décadas 

Por eso dice Sagan  que "el estudio del Universo es un viaje para autodescubrirnos" porque preguntarnos sobre el origen del Universo, sobre su naturaleza, es un viaje a nuestro propio origen, una búsqueda de la respuesta para las grandes preguntas ¿qué hacemos aquí?¿quiénes somos?¿por qué existimos?¿por qué existen los planetas, las estrellas y las galaxias?¿por qué hay leyes matemáticas que regulan el movimiento de los astros? ¿por qué existe la materia, la fuerza de la gravedad  o la fuerza electromagnética? ¿por qué hay neutrones, protones y electrones? , como decía Allan Sandage ¿Por qué existe algo y no la nada? Hoy os propongo que hagamos un viaje al pasado, pero no al pasado que suele ser protagonista en el Mentidero , un tiempo que se puede contar en siglos o milenios, habitado por reyes, emperadores, artistas, descubridores, revoluciones, guerras o conquistas , se trata de un viaje en el tiempo  hasta aquel punto en el que todavía no existía ni el tiempo ni el espacio, algo inconcebible para nosotros. No se trata de un lugar porque no existía el espacio, ni de un momento , porque el tiempo no había nacido, ni siquiera de algo porque no había un observador que pudiera constatar que allí había algo. No tengo palabras para explicarlo mejor y se que no tengo capacidad intelectual necesaria  para desarrollar mejor lo que quiero contaros hoy , pero vamos a viajar lo más cerca que podamos hasta el origen de todo lo que fue, todo lo que es y todo lo que será , un enigma que durante siglos los astrónomos han tratado de desentrañar, apoyándose unos sobre los descubrimientos de sus antecesores . En 1675 el gran Isaac Newton (1642-1727) escribía en una cara al también físico y astrónomo inglés Robert Hooke(1635-1703)  "Si he logrado ver más lejos , ha sido porque he subido a hombros de gigantes" reconociendo que sin la labor de los que le precedieron jamás habría logrado revolucionar nuestro conocimiento del Universo gracias a la exposición de la Ley de la Gravedad. 

Un agradecimiento cuyas palabras no eran suyas, porque en el siglo XII el historiador y eclesiástico Juan de Salisbury (1115-1180) citaba en 1159 en su obra "Metalogicon" a su maestro Bernardo de Chartres  escribiendo que "Decía Bernando de Chartres que somos como enanos a los hombros de gigantes. Podemos ver más, y más lejos que ellos, no por la agudeza de nuestra vista  ni por la altura de nuestro cuerpo, sino porque somos levantados por su gran altura" Y ahora nosotros vamos a subirnos sobre esos hombres  para tratar de lanzar un vistazo a través de eones de tiempo hasta llegar al primer segundo de la existencia de nuestro Universo hace  alrededor de unos trece mil setecientos millones de años. Los astrónomos han logrado llegar no ya a los primeros años , meses o semanas del Cosmos, sino a lo que sucedió en aquel primer segundo a partir de un punto al que los astrónomos denominan la Era de Planck, nombre dado en honor del físico alemán Max Planck (1858-1947), creador de la mecánica cuántica que se dedica al estudio de los fenómenos físicos a escala microscópica gracias a la cual se ha podido estudiar y explicar la existencia del átomo y sus elementos, protones, neutrones y electrones y de unas partículas todavía más diminutas, las llamadas partículas elementales, que podríamos definir como los ladrillos con los que está construido todo lo que existe, sin esas partículas elementales no habría átomos y sin átomos no existiría nada de lo que nos rodea y tampoco , por supuesto, nosotros mismos. Pero ¿qué es la Era de Planck? Es el lapso de tiempo entre el momento 0 del Universo y 10 elevado a -43 segundos(es decir, 0,0000000000000000000000000000000000000000001 segundos). En ese periodo de tiempo se levanta un velo que impide a los astrónomos saber que sucedió . Ese 10 elevado a -43 segundos es una constante llamada Tiempo de Planck  y sería el intervalo temporal más pequeño que puede ser medido, porque más allá de esa constante las leyes físicas fallan  .

Imagen de la sonsa WMAP(siglas en inglés de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Esta sonda fue lanzada por la NASA en el año 2001  y sigue en activo en la actualidad  y su misión consiste en proporcionar información para  comprobar las teorías sobre el origen y evolución del Universo. Esta fotografía muestra lo que los astrónomos denominan radiación del fondo cósmico  que se consideran que son los ecos que se extienden por todo el Universo del estallido inicial , el Big Bang, aunque todavía no hay un consenso general sobre ello ya que no hay que olvidar que el Big Bang sigue siendo una teoría. , aunque es la más aceptada entre los astrónomos (Imagen procedente de http://es.wikipedia.org )

Lo que aconteció entre el momento 0 y el diez elevado a - 43 segundos escapa a nuestro conocimiento y posibilidades de observación y los físicos y astrónomos tienen que limitarse a especular sobre lo que había entonces. ¿Cómo era en aquel tiempo el Universo (y recordad que estamos hablando de una fracción de tiempo diminuta dentro de un segundo)? Se trata de un Universo de dimensiones tan diminutas que no podemos imaginarlo. Sus dimensiones son  de 10 elevado a - 32 centímetros que es poco menos que decir que apenas es algo o que  está muy cerca de ser nada. Su tamaño era tan diminuto que miles de millones de este microuniverso cabrían en el núcleo de un átomo y tal vez os hagáis una mejor idea de las dimensiones de la que estamos hablando si tenemos en cuenta que en la cabeza de un alfiler puede haber cinco billones de átomos y en sólo uno de estos billones de átomos que hay en la cabeza de un alfiler cabrían miles de millones de aquel Universo primigenio. Casi escapa a nuestra capacidad de comprensión, pero sigamos adelante. En el interior de ese Universo primigenio las condiciones son infernales, la presión interior es extrema, la temperatura en grados centígrados sería un 10 seguido de treinta y dos ceros, y probablemente no hay ni átomos ni electrones, es decir, la materia tal como la conocemos no existe ni tampoco la radiación, sólo existe una fuerza que controla lo que está sucediendo en el interior de este diminuto espacio y a la que podríamos llamar Fuerza Primordial, a la que se someten un infinito número de partículas para las que no tenemos nombres.  Imaginad ahora  el interior de este Universo como un líquido en el que la presión y el calor crean continuamente burbujas en su superficie , cuando cuando el agua está hirviendo. Estas burbujas estallan y desaparecen y se forman otras nuevas. Este huevo cósmico es muy inestable , la temperatura y la presión son demasiado fuertes y amenazan con escapar al control de la Fuerza Primordial. 

Y entonces, una de aquellas burbujas estalla con violencia y desencadena una explosión general del Universo que comienza su expansión. En realidad no debería de hablar de expansión porque como bien dice nuestro Diccionario de la Lengua , expandir es "extender, dilatar, ensanchar, difundir" y para ello es necesario que exista un espacio, algo hacia lo que expandirse y en el momento del estallido del Universo, ese instante que los físicos denominan Big Bang, el Gran Estallido, , no existe ningún espacio hacia el que expandirse , no hay nada, será el Universo quién al expandirse crea su propio espacio . Como lo define un artículo de la revista Geo que estoy consultando al escribir este relato "los acontecimientos son tan extraños que como ser humano uno no lo puede imaginar , sólo puede aceptarlo" Vamos a hacer un alto en el camino para resumir lo visto hasta ahora que se produce entre el momento 0 y el 10 elevado a -43 segundos en la vida de nuestro Universo, es decir, el lapso de tiempo en el que los físicos sólo pueden especular con lo que sucedió porque todos los modelos físicos fallan a la hora de describir lo que sucedió entonces . Un Universo tan diminuto que cabrían miles de millones de universos como este en un núcleo atómico, y en cuyo interior habría temperaturas infernales (que se estiman en  10 elevado a treinta y dos  grados centígrados ) y una presión inimaginable. No hay materia ni tampoco radiaciones y su interior podría ser como una espuma hirviente, hasta que en un determinado momento la Fuerza Primordial que lo controla todo no puede evitar que el estallido de una de aquellas burbujas cause una reacción en cadena que inicia , por decirlo de alguna forma, la expansión del Universo. Y nada más iniciar esa expansión comienzan a bajar las temperaturas. El Universo inicia su enfriamiento en el mismo momento de su nacimiento y eso será decisivo para explicar todo lo que vendrá después porque será el enfriamiento lo que permita al Universo crear una estructura tal y como la conocemos hoy . 

En este gráfico veis la evolución del Universo a partir de ese instante, el 10 elevado a menos 43 segundos . Todo lo que hubo entre ese momento y el momento cero  se escapa a nuestra capacidad de observación, es la denominada Era Planck en la que  los físicos y astrónomos sólo pueden especular con lo que dio lugar a la gran explosión , el Big Bang. Podemos imaginarlo  como un diminuto espacio donde reinan temperaturas infernales , una especie de sopa o plasma primigenio en el que todavía no existen partículas como los átomos, los electrones  ni tampoco radiaciones. Sólo hay un tipo de partículas a las que podemos denominar exóticas y que nos son desconocidas cuyo comportamiento está regulado por una Fuerza Primordial. Pero pronto la presión será tan excesiva que la Fuera Primordial no podrá controlarla y causará el estallido del  Big Bang, el nacimiento de nuestro Universo. Ese es el momento del 10 elevado a menos 43 segundos , el momento a partir del cual los astrónomos ya pueden observar lo que sucedió (Imagen procedente de http://red-estelar.webcindario.com )

La temperatura está relacionada con el orden y el desorden de las partículas. Trataré de explicarlos mejor. Pensad en un elemento tan común como es el agua. Cuando se encuentra en estado líquido las partículas que la componen se mueven  de forma desordenada, podríamos decir que a su aire. Ahora vamos bajando la temperatura  y a medida que esta descienden las partículas dejan de moverse libremente y se van uniendo poco a poco unas a otras. Cuando la temperatura baja aún más estas partículas forman con las otras partículas a las que se han ido agregando unos pequeños cristales a los que llamamos hielo. De esta manera han pasado del estado desordenado cuando el agua era líquida a un estado ordenado cuando ha descendido la temperatura hasta formarse el hielo. Es decir,al bajar la temperatura las partículas dejan de moverse desordenadamente y comienzan a constituir estructuras ordenadas. Según los físicos este enfriamiento  tendrá como primera consecuencia que de la Fuerza Primordial se separa una nueva fuerza,  la gravitación , que tiene la capacidad de lograr que dos cuerpos que tienen masa se atraigan, como sucede por ejemplo en nuestro Sistema Solar, donde la fuerza de gravedad de Sol consigue que la Tierra y los demás planetas que lo integran no se pierdan en el espacio profundo y se mantengan dando vueltas alrededor de la estrella que nos da la vida. La fuerza de la gravedad recién nacida atrae ahora a las partículas del Universo que acaba de estallar y tratará de frenar esa expansión como el jinete que tira de las riendas para frenar a su caballo. Pero la fuerza de la expansión es tan inmensa que la gravedad carece del poder necesario para detenerla. 

El espacio multiplica su tamaño por cien en un periodo de tiempo que os puedo escribir pero no explicar ,la cientrillonésima parte de una trillonésima de segundo . Sigue enfriándose y aparecen dos nuevas fuerzas  que se diferencian de la Fuerza Primordial y van a acompañar a la Fuerza de la Gravedad,  la  Fuerza Nuclear Fuerte ,gracias a la cual la materia se mantienen unida, y la Fuerza Nuclear Débil , por la que existe la radiactividad o la energía eléctrica. Estas energías se manifestarían bajo la forma de unas partículas a las que los astrofísicos han dado el nombre de Inflatones. Suceden cosas muy extrañas en este Universo recién nacido y la Fuerza de la Gravedad en lugar de hacer que los inflatones se atraigan unos a otros lo que consigue es que se repelan y con eso consigue acelerar la velocidad de expansión del Universo ya que los Inflatones se empujan unos a otros hacia adelante. , hacia el exterior. Estamos en el  momento 10 elevado a -36 segundos  y el Universo tiene ahora el tamaño de una pelota de treinta y cinco centímetros de diámetro Un crecimiento que se produce a una velocidad inimaginable, superior a la velocidad de la luz. Ya sabéis que Albert Einstein (1879-1955) estableció que en el espacio no es posible superar la velocidad de la luz, pero no olvidemos que se refiere a la velocidad de la luz en el espacio y cuando nace el Universo no hay espacio, se va creando al mismo tiempo que se expande el Universo, por lo que ninguna ley limita su velocidad de expansión. Los astrónomos denominan a este momento como la Fase de Inflación, cuando el Universo alcanza una velocidad de crecimiento que no volverá a repetirse. En el artículo de la revista Geo ponen un ejemplo que creo que os ayudará a visualizar la velocidad de su crecimiento. Imaginad la cabeza de un alfiler, si esta creciera a la misma velocidad que el Universo en ese instante al que hemos llamado Fase de Inflación, sería mil veces más grande que nuestro actual Universo en menos tiempo del que tardáis en pestañear una sola vez. Lo se, incomprensible, pero fue así. 

Esquema con las partículas elementales de la materia, los ladrillos con los que se ha construido todo lo que existe en el Universo, divididos en Quarks( que tienen esos curiosos nombres de Up, Down, Top, Bottom, Strange,Charm) y los Leptones (electron, electron neutrino, muon, muon neutrino, tau , tau neutrino) y sus correspondientes antiparticulas, como si se tratara de la imagen invertida en un espejo . Cuando una partícula de materia y una partícula de antimateria entran en contacto se destruyen ambas . Si en el Universo había el mismo número de partículas de materia a y de antimateria el Universo estaría avocado a su destrucción. Mañana veremos que esto no fue así , aunque es otro de los enigmas del nacimiento del Universo (Imagen procedente de http://www.lhc-closer.es ) 

Pero el enfriamiento del Universo tendrá nuevas consecuencias .Los inflatones se desintegran  y de ellos surgirán nuevas partículas . Una de ellas son los fotones , unas partículas que carecen de masa  y viajan a una velocidad constante de 299.792.458 metros por segundo, es decir casi trescientos millones de metros por segundo, y que hoy conocemos como Velocidad de la Luz. Ellos son los encargados de transportar los diferentes tipos de radiación, desde los Rayos X hasta los Rayos Infrarrojos, y por ejemplo gracias a ellos la luz del sol llega hasta nosotros. Pero no es la única. partícula que nace de los inflatones. Aparecen también los neutrinos, una partícula que carecen de carga eléctrica y tienen una masa tan pequeña que  son casi indetectables, los electrones, que tienen carga eléctrica negativa y que podemos imaginar (aunque no es exacto) como unos pequeños satélites que giran alrededor  de los núcleos atómicos,  y finalmente los Quarks , que son los ladrillos fundamentales que constituyen la materia y de los que conocemos seis (Up, Down, Charm,Strange, Top y Bottom) que luego formarán los protones y neutrones que a su vez forman los átomos que constituyen toda la materia que vemos, incluido nosotros mismos , y los leptones,otras partículas elementales como los quarks . Pero además a cada una de estas partículas con masa, es decir, electrones y quarks, existía una partícula con carga opuesta, una antipartícula . Así a un electrón , que tiene carga negativa, se le opone un positrón, con carga positiva, y a los seis tipos de Quarks, unos con cargas positivas y otros negativas, se les oponen los Antiquarks. Es como si tuviéramos dos Universos diferentes y paralelos, un Universo de materia, constituido por electrones y quarks, y un Universo de antimateria, formado por positrones y antquarks y luego, como elementos neutrales en la guerra que se desatará entre materia y antimateria, se encuentran los fotones, que ya sabemos que no tienen masa, y los neutrinos que casi carecen de ella. La gravedad ejerce su influencia entre las partícula de materia y antimateria, consigue que se atraigan y cuando chocan entre si se destruyen.  El Universo tiene una diez mil millonésima parte de un segundo, , la temperatura es de mil billones de grados centígrados  y su tamaño ahora es como el de nuestro Sol. El Universo está muy cerca de vivir un momento decisivo que determinará su existencia o su desaparición. Pero ha llegado la hora de detener aquí el relato y proseguir mañana en la segunda parte del nacimiento del Universo, algo tan desconcertante que Blaise Pascal lo definió así "El Universo es una esfera infinita cuyo centro está en todas partes , y  su circunferencia en ninguna"

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ALBERT EINSTEIN Y EL DON DEL ENTUSIASMO (PRIMERA PARTE)

Decía Albert Einstein que "el que no posee el don de maravillarse ni de entusiasmarse más le valdría estar muerto, porque sus ojos están cerrados", pues la curiosidad y el entusiasmo, el amor por el conocimiento, el deseo de mirar más allá de lo conocido, es el fuego que alimenta el espíritu del explorador, y eso era Einstein, un explorador, pero un explorador no de los territorios ignorados de nuestro planeta, sino del Universo. A través de sus ecuaciones matemáticas supo viajar hasta los límites del Universo, construyó una nueva teoría que cambiaba la forma en la que habíamos visto al mundo y el Cosmos hasta entonces. Ahora , más de un siglo después de que se hiciera pública la Teoría de la Relatividad Especial , Albert Einstein vuelve a ocupar la portada de los periódicos porque un experimento del CERN (Organización Europea para la Investigación de la Energía Nuclear) ha obtenido unos resultados que han conmocionado al mundo de la física.

Este experimento, llamado Opera, consiste en acelerar unas partículas subatómicas denominadas neutrinos  y han sido enviadas desde la sede del CERN en Ginebra hasta el laboratorio subterráneo del Gran Sasso , en Umbría, Italia, y durante el experimento ha sucedido algo que viola la Teoría de la Relatividad, los neutrinos superaron la velocidad de la luz . Antes de seguir, vemos que son las partículas subatómicas y los neutrinos. Aunque empecemos mejor por definir el átomo, palabra que procede del griego y significa "sin partes" o "no divisible". Como tantas otras cosas el concepto del átomo nació en Grecia y se lo debemos a dos filósofos presocráticos ,  denominación usada para todos aquellos filósofos griegos anteriores a la aparición de Sócrates(470-399 a.C). Uno de ellos era Leucipo de Mileto, que vivió en el siglo V a. C  del que apenas sabemos de su vida y obra excepto por los fragmentos recogidos de la misma por Aristóteles (384-322 a.C). Lo más importante de la vida de Leucipo es que fue maestro de uno de los grandes filósofos presocráticos , Demócrito de Abdera (hacia 460-370 a.C) y ambos darían a luz una nueva teoría conocida como atomismo mecanicista.




DOCUMENTAL DEL ASTRÓNOMO CARL SAGAN SOBRE DEMÓCRITO Y SU TEORÍA DEL ATOMISMO



Demócrito de Abdera fue un hombre que viajó por gran parte del mundo de entonces. Él mismo decía "Yo soy, entre mis contemporáneos , el que ha recorrido la mayor parte de la Tierra, investigando las cosas más extrañas; y vi cielos y tierras innumerables; escuché a la mayor parte de los hombres doctos; y en la composición de las figuras geométricas , con su correspondiente demostración, no me superó nadie, ni siquiera los llamados arpedonaptos" Para Demócrito el mundo estaría formado por pedacitos de materia, con diferentes formas geométricas que se mueven en la nada . Estos pedacitos serían los átomos  que se irían uniendo y despegando . Según el filósofo, existirían desde siempre y desde siempre se movían en el vacío . Demócrito no creía ni en los dioses, ni en el alma inmortal, pues todo estaba hecho de materia  , incluido los pensamientos. Del ser humano decía "el hombre es un microcosmos" . Era un materialista y por ello llegó a ser perseguido por impiedad y no adorar a los dioses.

Según el atomismo enunciado por estos dos filósofos, el Universo estaría formado por las diferentes combinaciones de unas partículas de pequeñas dimensiones e indivisibles a las que llamaron átomos , que, como hemos visto, significa precisamente "que no se puede dividir" y además de esta naturaleza indivisible, serían eternos, homogéneos e invisibles , pudiendo diferenciarse tanto en la forma como en el tamaño, pero no en sus cualidades internas , en su naturaleza. En base a como estas partículas o átomos estuvieran agrupadas variarían las propiedades de la materia . Esta teoría no se basaba en la experimentación, sino en el razonamiento lógico, pues Leucipo y Demócrito pensaban que la materia no podía dividirse de manera indefinida, por lo que era necesario que existiera una partícula indivisible e indestructible que al combinarse de formas diferentes diera lugar a todo lo que existe      


  

Mucho tiempo después, en el siglo XVIII, el químico francés Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) enunciaba la Ley de Conservación de la Materia, esa Ley  que todos aprendemos en la escuela y con la que demostraba que ,en una reacción química, la cantidad de materia es la misma al tanto al comienzo como al final de dicha reacción y que nos enseñan con el célebre principio de que "la materia ni se crea ni se destruye, simplemente se transforma" A Lavoisier debemos entre otras muchas contribuciones a la ciencia,la investigación del agua y la distinción de sus dos componentes a los que llamó Hidrógeno y Oxígeno. Años después, otro químico, el inglés John Dalton (1766-1844), enunciaría la llamada Teoría Atómica de Dalton, con la que confirmaba que los elementos están constituidos por partículas diminutas llamadas átomos, que los átomos de un mismo elemento son idénticos entre si y son diferentes a los de otro elemento aunque pueden combinarse con ellos formando compuestos químicos y también confirmaba la teoría de Lavoisier sobre que estas partículas eran indivisibles y no se creaban ni se destruían en el proceso de una reacción química , sólo se transformaban al agruparse los átomos de forma diferente

Esquema de un átomo. No sería hasta 1897 cuando Joseph John Thompson descubrió el electrón , la primera partícula subatómica, que terminaba con la idea del átomo como la partícula de materia más pequeña. Después le seguiría el descubrimiento del protón, una partícula subatómica que formaba parte del núcleo del átomo y también del neutrón, con lo que también se desmontaba la idea vigente desde la época de Demócrito de que el átomo era indivisible . Después se descubriría que también estas partículas subatómicas están formadas por otras aún más pequeñas, los leptones y los muones . Y la más pequeña de las partículas subatómicas es el neutrino (imagen procedente de http://www.ooche813.blogspot.com )

Habría que esperar hasta 1897 para que se descubriera el electrón, la primera partícula subatómica, es decir, más pequeña que el átomo, la cual fue descubierta por Joseph John Thompson(1856-1940). En 1918  el físico y químico neozelandés Ernest Rutherford (1871-1937) , descubría el protón , nombre procedente del griego y que significa "primero", con una carga eléctrica positiva . Los protones eran partículas más pequeñas que el átomo , formaban parte de su núcleo, y eran la prueba de que el átomo si era divisible en partículas más pequeñas , las subatómicas. Entre estas partículas subatómicas se encuentran los neutrinos, que habían sido propuestos teóricamente por el físico austríaco Wolfgang Ernst Pauli(1900-1958) y demostrados experimentalmente por Clyde Lorrain Cowan(1919-1974) y Frederick Reines(1918-1998), unas partículas particularmente dificiles de detectar ya que no tienen carga eléctrica y su masa es casi inapreciable, menos de una milmillonésima de la masa de un átomo de hidrógeno. Debido a ello no interactuan con el resto de la  materia y pueden atravesarla y , de hecho, ahora mismo estamos siendo atravesados por millones de ellos sin que sintamos nada.

Sin embargo, aunque los neutrinos es la porción de materia más pequeña que podemos imaginar , son fundamentales para la existencia de todo lo que conocemos, pues permiten que los electrones y los protones se unan formando neutrones, la otra partícula que, junto al protón, constituye el núcleo del átomo . Los neutrones, sin carga eléctrica , hacen posible que varios protones se unan en un mismo núcleo, pues sin la acción de los neutrones los protones se repelerían entre sí. Por lo tanto, si existe la silla sobre la que ahora me encuentro escribiendo, o si existo yo mismo, es gracias a los neutrinos, que permiten a electrones y protones formar neutrones y este a su vez permite que los protones se combinen dentro del núcleo del átomo sin romperlo. Una forma de definirlo sería considerar al neutrino como el pegamento del Universo.


REPORTAJE SOBRE EL EXPERIMENTO OPERA

Perdonad la voz robótica del narrador, pero el resumen del experimento Opera es bastante completo

Ahora que ya sabemos un poco de la historia del átomo y de las partículas subatómicas que lo forman ,como son los protones, neutrones , electrones y partículas aún más pequeñas como los quarks y los leptones, que son considerados hoy en día como los ladrillos básicos de la materia,  podemos entender un poco del experimento realizado bajo el nombre de Opera por el CERN. En un acelerador de partículas se utilizan campos electromagnéticos para acelerar las partículas a grandes velocidades , haciéndolas colisionar a unas contra otras para producir nuevas divisiones de la materia y creando nuevas partículas. Esto es lo que hicieron en el Acelerador de Partículas de Ginebra, obteniendo en estas colisiones neutrinos que, a continuación , dirigieron los neutrinos a través de un cañón de neutrinos hasta el Laboratorio de Gran Sasso, en Italia. Tenían que atravesar 732 kilómetros bajo tierra hasta llegar a este Laboratorio que , a su vez, se encuentra a 1400 metros bajo tierra para evitar la influencia que los rayos cósmicos pudieran tener en el resultado de los experimentos.

Estos neutrinos saldrían lanzados a la velocidad de la luz  que es de 299.792 metros por segundo, por lo que el tiempo que tardaría en recorrer los 732 kilómetros del CERN al Laboratorio del Gran Sasso debía ser de 2,4 milésimas de segundo. ¿Por qué el portavoz de este experimento dijo ayer en Ginebra "Queremos que la comunidad científica nos ayude a comprender nuestros enloquecidos resultados, porque esto es una locura"? Pues porque al registrar el tiempo que habían tardado los neutrinos en llegar al Laboratorio del Gran Sasso encontraron con que habían sido 60 nanosegundos más rápidos que la luz, o lo que es lo mismo, habían roto este limite en un 0,002%. Pero esto, que nos puede parecer insignificante, en realidad supone un golpe a uno de los cimientos sobre los que se sustenta gran parte de lo que sabemos o creemos saber del Universo y su funcionamiento, pues una de las leyes fundamentales de la Física actual ,establecida por la Teoría de la Relatividad Especial de Albert Einstein, afirma que ninguna partícula puede viajar más rápido que la luz en el vacío. Si se demuestra que esta afirmación no es cierta,   estaríamos abriendo una nueva ventana al conocimiento del Universo.


DOCUMENTAL SOBRE EL FUNCIONAMIENTO DEL ACELERADOR DE PARTÍCULAS DE GINEBRA 

En este documental nos describen el funcionamiento del Acelerador de Partículas de Ginebra, de los experimentos que se realizán allí, así como de la historia de los átomos, las partículas subatómicas , incluido el neutrino, la materia oscura, los orígenes del Universo y los agujeros negros.

Dice el portavoz del CERN, Dario Autiero, que  "No pretendemos hacer ninguna interpretación teórica de los resultados que altere las leyes fundamentales de la Física" pero si se confirma nada será igual y habrá que replantearse todo, desde el Big Bang, la gran explosión que habría dado inicio a la expansión del Universo, hasta la teoría de la materia oscura ,que supuestamente debería existir y aún no hemos detectado, o los propios agujeros negros. Una revolución comparable a la que significo la obra de Isaac Newton(1643-1727) y su Ley de la Gravitación Universal y ya en el siglo XX la Teoría de la Relatividad Especial y la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein, que iban a sentar las bases de la física actual , de la mecánica cuántica y de nuestra forma de ver el Universo. Es esto lo que ahora puede cuestionar el resultado del experimento Opera . Y creo que es una buena ocasión para adentrarnos en la biografía y la obra de este gran genio que fue Albert Einstein , con las limitaciones que me marcan mis escasos conocimientos científicos, y que continuaré mañana en la segunda parte de este artículo. 

Albert Einstein nacía en la ciudad alemana de Ulm el 14 de marzo de 1879 , en el seno de una familia judía formada por su padre Hermann Einstein y la  esposa Pauline Koch. En sus primeros años muestra un carácter introspectivo, silencioso , solitario y hasta los tres años no comenzará a hablar, todo lo contrario que su hermana Maya, mucho más alegre y extrovertida y que era la única que podía interrumpir al pequeño Einstein en sus pensamientos. Diréis que es exagerado decir que un niño de cuatro o cinco años dedica su tiempo a meditar y reflexionar, pero él mismo recoge en sus "Notas Autobiográficas" el asombro y el entusiasmo que despertaban en su mente el mundo que le rodeaba, como aquello que no llamaba la atención de los adultos a él le hacía nacer unas ganas incontenibles de investigar, de aprender, de descubrir lo que había detrás de las cosas. Así nos lo cuenta el genio alemán :"Experimenté un gran asombro a los cuatro o cinco años , cuando mi padre me enseñó una brújula . Su precisión no se ajustaba en absoluto al comportamiento de los fenómenos que sucedían en el mundo inconsciente de los conceptos. Creo recordar que esta experiencia me impresionó de manera profunda e imborrable. Detrás de las cosas debía de haber algo tremendamente oculto."

Un Albert Einstein niño. Hasta los tres años no aprendió a hablar pero ya con cuatro años demostraba su inteligencia cuando se quedada asombrado ante el mecanismo que hacía funcionar una brújula de su padre. En aquel momento nació el espíritu científico de Albert Einstein, cuando comenzó a preguntarse por lo que había detrás de las cosas. Sin embargo, su experiencia en la escuela será frustrante para el pequeño Albert , que sólo disfrutaba con las asignaturas de ciencia y tendría constantes enfrentamientos con sus profesores, un problema con la autoridad que se prolongaría durante buena parte de su infancia y juventud
  (imagen procedente de http://www.elmundo.es )

Realiza sus estudios primarios en una escuela católica, donde daba muestras de un espíritu rebelde que no aceptaba la autoridad de sus profesores. Años más tarde diría irónicamente "para castigarme por mi desprecio de la autoridad , el destino me convirtió en una autoridad" . De las pocas cosas que Einstein recordaría de esta primera etapa de su vida  estaban las clases de violín que le daba su madre y su relación con Jakob Einstein , su tío. Este había abierto con el padre de Einstein un taller para desarrollar nuevos proyectos de tecnología, y el pequeño Albert creció estimulado por ese ambiente creativo y por su propio tío que le daba libros de ciencia que avivaban aún más el interés del pequeño.En las clases destacaba sólo en matemáticas y física, pero no en las demás, simplemente porque no le interesaban y no se esforzaba en ellas.

A los doce años Albert experimenta un segundo episodio de entusiasmo, una especie de revelación , cuando descubre un libro que trata sobre geometría euclidiana . Así nos lo relata el propio Einstein "Experimenté un segundo asombro maravillado de una naturaleza totalmente distinta, con un librito que trataba de geometría plana euclidiana , el cual llegó a mis manos a comienzos de un año escolar. Allí había afirmaciones , como, por ejemplo, la relativa a la intersección de las tres alturas de un triángulo en un punto que, si bien no eran en modo alguno evidentes, podían ser demostradas con tal certeza que no quedaba duda alguna. Esta lucidez y certeza causaron sobre mí una indescriptible impresión." Este descubrimiento , recordemos que con sólo doce años de edad, supuso para Albert la liberación de lo que él consideraba las cadenas de la religión tradicional y también de una vida convencional para descubrir algo mucho más grande y muy por encima del ser humano y sus costumbres y supersticiones. Volvamos a leer sus palabras

"Está totalmente claro para mí que el paraíso religioso de la juventud, que había perdido, fue un primer intento de liberarme de las cadenas de lo "meramente personal", de una existencia que está dominada por deseos, esperanzas y sentimientos primitivos. Más allá estaba ese mundo enorme , que existe independientemente de nosotros, los seres humanos, y que se yergue ante nosotros  como un enigma grande y eterno, al menos parcialmente  accesible a nuestra inspección y a nuestro pensamiento. La contemplación de este mundo nos atrae como una liberación. El camino hacia este paraíso no era tan agradable y seductor como el camino hacia el paraíso religioso, pero ha demostrado ser  igualmente digno de confianza, y nunca he lamentado haberlo elegido"

Con sólo doce años Einstein tuvo una revelación cuando tuvo entre sus manos un libro de geometría euclidiana y le descubrió un mundo más allá de las limitaciones de la vida convencional, un mundo ilimitado, el Universo, que le liberaba de todas las normas y reglas de la sociedad humana. Su mente no podía funcionar encorsetada dentro de los convencionalismos del hombre normal, por eso nunca se puede juzgar a un genio de la misma forma que a cualquier otro ser humano, porque su forma de ver la existencia es diferente, más completa y más compleja (imagen procedente de http://elojocondientes.wordpress.com )



Cuando Albert cuenta ya quince años ,en 1894,  la empresa de su padre atraviesa serios problemas económicos y la familia se ve obligada a abandonar Munich, donde Albert había seguido sus estudios, para viajar hasta la ciudad italiana de Pavía. Sin embargo, Albert se queda un poco más para terminar sus estudios en el Luitpold Gymnasium ,pero  Albert ya no soportaba más aquel lugar, donde su mente se sentía encorsetada,además de ser despreciado por algunos de sus profesores que no toleraban sus faltas de disciplina y acatamiento de la autoridad, haciéndose famosas las palabras que le dirigió su profesor de griego "Tú nunca llegarás a nada", que al menos harían pasar a aquel profesor a la historia. Para abandonar el instituto Albert consigue persuadir a un médico para que le escriba una nota en la que declaraba que el régimen escolar le estaba llevando al borde de una crisis nerviosa . Su familia intenta matricularle en el Instituto Politécnico de Zurich, en Suiza, pero como no había terminado sus estudios de bachillerato debe presentarse a una prueba de acceso que no supera por culpa de sus notas en una asignatura de letras.

Sin embargo, aunque no había logrado superar la prueba de acceso, el director del Instituto , impresionado por las brillantes calificaciones en las asignaturas de ciencias, le aconsejó que obtuviera el título de bachillerato y así podría entrar en el Instituto Politécnico sin necesidad de realizar la prueba de acceso, lo que finalmente consigue en 1896 con 16 años de edad , el mismo año en que renuncia a su nacionalidad alemana y solicita la nacionalidad suiza. Consigue ingresar por fin en el Instituto Politécnico de Zurich  , el mismo año que ingresaba allí la única mujer estudiante del Instituto, la matemática serbia Mileva Maric(1875-1948), cuatro años mayor que Albert , de carácter silencioso y solitario que  ,además, sufría  una cojera debido a una artritis que padecía y le causaba fuertes dolores. Pero Albert se sentirá atraído por Mileva , a pesar de la oposición de su madre, que le decía "ella es un libro igual que tu, pero tu deberías tener una mujer. Cuando tengas treinta años , ella será una vieja bruja" Vieja bruja o no, Mileva y Albert  se  enamoraron , como lo demuestran estas palabras escritas por Albert en una carta dirigida a Mileva en 1900 "Estoy solo con todo el mundo, salvo contigo. Qué feliz soy por haberte encontrado a ti, a alguien igual a mí en todos los aspectos, tan fuerte y autónoma como yo"

Albert Einstein y Mileva Maric se conocieron en el Instituto Politécnico de Zurich, donde ambos se habían matriculado en 1896 y terminaron también el mismo año, en 1900. Para entonces ya eran novios, pues Einstein se había sentido atraido desde un primer momento por la inteligencia de Maric, que le ayudaba con las matemáticas. Años después se diría que ella estaba detrás de parte de la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein, publicada en 1905. Pero antes de eso , en 1901 quedará embarazada sin estar casada , ya que no se casarían hasta 1903. El embarazo se mantendría en secreto para evitar el escandalo y Mileva abandonará Zurich para tener a su hija en Serbia en 1902, en la ciudad de Novi Sad . Mileva tuvo que abandonar sus estudios, pero Einstein no la acompañó en el parto y se enteró del nacimiento de su hija por una carta enviada por el padre de Mileva. La niña se llamaría Lieserl, pero desconocemos que sucedió con ella porque no aparece más en ningún registro , aunque se aventura que podría haber muerto de fiebres escarlatinas(imagen procedente de http://eltemplodelasmujeres.blogspot.com )

Preparaban juntos sus clases, ella le ayudaba con las matemáticas, que no se encontraba entre los puntos fuertes de Albert, y compartían su amor por la ciencia. Era habitual verles navegar en el lago de Zurich a bordo de un velero que habían alquilado , mientras que el propio Albert dedicaba parte de su tiempo a tocar el violín y también a sus lecturas de filósofos como Immanuel Kant o Baruch Spinoza, además de textos políticos de Karl Marx o Friedrich Engels , lo que le pondría en contacto con el movimiento socialista . Finalmente, en 1900 termina sus estudios junto a su novia Mileva Maric y un año después consigue la nacionalidad suiza. Sin embargo, al dejar el Instituto no consigue encontrar ningún trabajo como científico o como profesor  y se ve obligado a poner anuncios ofreciendo sus  servicios para dar clases de ciencias. ¿Os imaginais recibir clases de uno de los grandes genios del siglo XX? Para promocionarse mejor, añadió en su anuncio "Lecciones de prueba gratuitas", aunque nunca tuvo demasiados alumnos que encontraban en Albert un profesor brillante pero de un pensamiento demasiado original y excentrico.  Y de momento dejamos aquí a Albert , a punto de casarse con Mileva y de entrar a trabajar en la Oficina de Patentes de Berna , donde desarrollará la teoría que cambiaría el mundo de la física y nuestra visión del Universo . Pero eso lo veremos mañana si queréis acompañarme.

Enlace con la segunda parte de  Albert Einstein y el don del entusiasmo:

http://chrismielost.blogspot.com.es/2011/09/albert-einstein-y-el-don-del.html

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