[“Los datos de los sentidos son la información que aportan los órganos sensoriales. Las percepciones corresponden a la organización de esos datos en representaciones unificadas y estructuradas de las cosas que vemos, oímos, tocamos, olemos y degustamos, mientras que los conceptos son las abstracciones que realiza el sistema nervioso de dichas percepciones…o, según se mire, que impone a las percepciones” (Peter Watson – Ideas: Historia intelectual de la Humanidad)].
Leyendo el último número de Investigación y Ciencia – en concreto un articulo sobre los planetas exóticos – me ha venido a la cabeza el tema de las fuerzas del Universo que tan bien (me) explicó el físico Leonard Mlodinow en el libro que dedicó a otro de mis escritores / pensadores preferidos, por detrás de Wagensberg, evidentemente: el enorme premio Nóbel de física Richard Feynman (libro: “El arco iris de Feynman”)…y, sobre todo, me ha venido a la cabeza la extrapolación para la vida cotidiana que de esa explicación sacó el propio Mlodinow.
Hay cuatro fuerzas conocidas en la naturaleza que nos permiten existir tanto a nivel macro como microscópico: el electromagnetismo, la fuerza de la gravedad, la llamada fuerza fuerte y su compañera subnuclear la fuerza débil. No content@s con esto, ya hace muchos años que l@s físic@s teóric@s buscan, por encima de estas cuatro fuerzas fundamentales, una única teoría reduccionista que permita unir, y sirva para describir, todas ellas. Buscan una ley física fundamental.
Pero se trata de cuatro fuerzas que son muy diferentes entre sí, por lo que encontrar una única teoría que las englobe parece un objetivo inalcanzable. La fuerza electromagnética, por ejemplo, puede atraer o repeler. La gravedad siempre atrae. La fuerza fuerte se hace más débil en distancias cortas, mientras que la gravitatoria y la electromagnética se hacen más fuertes. Y las fuerzas tienen también un rango de intensidades inimaginable: la fuerte es unas cien veces más fuerte que la electromagnética, que es mil veces más fuerte que la fuerza débil, que es billones de billones de billones de veces más fuerte que la gravedad.
Las cuatro fuerzas desempeñan también papeles diferentes en nuestras vidas y en el funcionamiento del Universo. La gravedad es lo que nos mantiene pegad@s a la Tierra, y es la responsable de las mareas, pero sus efectos más importantes son a escala cósmica, y es que la gravedad es la causa de que se formen los planetas y describan órbitas alrededor de sus estrellas, y genera el horno nuclear en el centro de una estrella, que da la luz y el calor que llevan a la vida. Y mucho antes de que sus planetas existieran, fue la compresión debida a la gravedad la que hizo que estas mismas estrellas se formaran.
La fuerza electromagnética es importante para nosotr@s principalmente a nivel atómico. La fuerza electromagnética entre átomos y moléculas, por ejemplo, hace visibles los objetos, permite que el oxígeno se fije en los glóbulos rojos de la sangre, e impide que nuestra mano atraviese la pared cuando la apoyamos en ella. Es la fuerza que da a los materiales la mayoría de las propiedades que estos poseen. Y es el aprovechamiento de esta fuerza, básicamente en el siglo XX, lo que explica la mayoría de los aparatos modernos, desde las lámparas a los ordenadores, pasando por la radio o el teléfono y por la televisión.
Las otras dos fuerzas gobiernan el mundo que existe a escalas más pequeñas incluso que el mundo atómico del electromagnetismo: el interior del núcleo de los átomos. La fuerza débil gobierna la desintegración radiactiva del núcleo llamada desintegración beta. La fuerza fuerte es responsable de la energía atómica. [Un paréntesis: Sin la fuerza fuerte, la repulsión eléctrica entre los protones cargados positivamente en el núcleo sería muy intensa y reventarían todos los átomos del Universo, excepto los de hidrogeno gaseoso cuyo núcleos consisten en protones solitarios. Cuando los protones chocan entre si y liberan las partículas que hay dentro de ellos – llamadas quarks – l@s físic@s experimentales se dieron cuenta que estos quarks se comportaban como si pudieran moverse libremente. ¿Pero como pueden moverse tan libres si en teoría están unidos tan firmemente? La respuesta es porque la fuerza fuerte, a diferencia de las demás fuerzas fundamentales, crece con la distancia y por tanto dos quarks confinados dentro de un protón apenas se afectan mutuamente y pueden comportarse como si estuvieran libres. Es decir, para escaparse de los fenómenos de la fuerza fuerte uno se acerca y no se aleja...y esto se parece bastante a las “fuerzas” humanas].
Pero sigamos: ¿Cómo pueden englobarse estas cuatro fuerzas por una única teoría? La historia de momento ya nos ofrece una primera lección. Realmente hay cinco fuerzas, pero hablamos sólo de cuatro porque la primera unificación tuvo lugar hace tiempo. Fue la unión de las teorías de la electricidad y el magnetismo. En el siglo VI aC, en la antigua Grecia, Tales de Mileto estudió los fenómenos electromagnéticos más sencillos: el magnetismo y la electricidad estática. Se fueron conociendo poco a poco más cosas de estas dos fuerzas, hasta que en el año 1820 varios científicos descubrieron que los cables que transportaban la electricidad tenían misteriosas propiedades electromagnéticas. Nadie supo como relacionarlas hasta 1865, año en que un físico escocés llamado James Clerk Maxwell demostró como surgían las fuerzas eléctricas y magnéticas a partir de las cargas y corrientes eléctricas y, lo que fue más importante, como surgía la una de la otra.
Por encima de encontrar la teoría del campo unificado, lo que a mí me parece más maravilloso es que es el equilibrio de las cuatro fuerzas de la naturaleza, sus intensidades relativas y propiedades diversas, lo que permite que exista el Universo tal y como lo conocemos por el momento.
Supongamos que la fuerza gravitatoria no fuera tan débil respecto a la fuerza fuerte. Entonces las estrellas se comprimirían tanto que su combustible nuclear se consumiría mucho mas rápidamente, impidiendo la evolución de la vida. Por el contrario, si la gravedad fuera mucho más débil, la repulsión electromagnética impediría que la naturaleza se agrupase en estrellas. Si la fuerza fuerte no fuera tan grande comparada con la electromagnética, la mayoría de núcleos atómicos se desintegrarían. Y si el número de electrones y protones en la materia estuviera desequilibrado aunque solo fuera en un 1%, la fuerza electromagnética que hay, por ejemplo, entre tú y yo separad@s tan sólo un metro de distancia, sería mayor que el peso de la Tierra.
Las fuerzas están pues en buen balance… ¿Por qué?...No se sabe, aunque existe la llamada Teoría de cuerdas que podría unificar las cuatro fuerzas…pero ahí ya no llego :-)
Un ejemplo de la importancia que se le da a la fuerza de la gravedad: Cuando la todopoderosa NASA inició el lanzamiento de astronautas, descubrió que los bolígrafos no funcionarían con gravedad cero. Para resolver este problema contrataron a una prestigiosa firma de consultores. Emplearon una década y 12 millones de dólares. Consiguieron desarrollar un bolígrafo que escribe con gravedad cero, boca arriba, boca abajo, dentro del agua…algo increíble capaz de escribir en casi cualquier superficie y en un rango de temperaturas que iba desde bajo cero a más de 300ºC………los rusos usaron un lápiz :-)
Y quiero acabar este artículo copiando íntegro algo que ya os he citado alguna vez: La historia del Universo en menos de 250 palabras – sacada de mi adorado blog CPI, al que desde aquí, sigo deseándole que se recupere y tenga, por el bien de todos sus lectores, una larga vida.
“La historia del Universo en menos de 250 palabras: Fluctuación cuántica. Inflación. Expansión. Interacción nuclear fuerte. Aniquilación de pares partícula/antipartícula. Producción de deuterio y helio. Perturbaciones de densidad. Recombinación. Radiación de cuerpo negro. Contracción local. Formación de agregados. ¿Reionización?. Relajación violenta. Virialización. ¿Formación anisotrópica de galaxias? Fragmentación turbulenta. Contracción. Ionización. Compresión. Opacificación del hidrógeno. Formación de estrellas masivas. Ignición del deuterio. Fusión del hidrógeno. Deplección del hidrógeno. Contracción del núcleo. Expansión del envoltorio. Fusión del helio. Fusión del carbono, oxígeno y silicio. Producción de hierro. Implosión. Explosión de supernova. Formación de estrellas. Condensación. Acrección de planetesimales. Diferenciación planetaria. Solidificación de la corteza. Expulsión de gases volátiles. Condensación del agua. Disociación del agua. Producción de ozono. Absorción del UV. Organismos fotosintéticos unicelulares. Oxidación. Mutación. Selección natural y evolución. Respiración. Diferenciación celular. Reproducción sexual. Fosilización. Conquista de la tierra firme. Extinción de los dinosaurios. Expansión de los mamíferos. Glaciación. Aparición del Homo Sapiens. Domesticación de animales. Producción de excedentes alimentarios. Civilización. Innovación. Exploración. Religión. Naciones beligerantes. Creación y destrucción de imperios. Exploración. Colonización. Impuestos sin representatividad. Revolución. Constitución. Elección. Expansión. Industrialización. Rebelión. Abolición de la esclavitud. Invención. Producción en masa. Urbanización. Inmigración. Guerra mundial. Liga de naciones. Extensión del sufragio universal. Depresión. Guerra mundial. Explosiones por fisión atómica. Naciones Unidas. Exploración espacial. Asesinatos. Expediciones lunares. Dimisión. Computerización. Organización Mundial del Comercio. Terrorismo. Expansión de Internet. Reunificación. Disolución. Creación de la red mundial. Composición. ¿Extrapolación?”
Un saludo a tod@s
PD: Jose Ig, dentro de mi absoluta ignorancia física, confío y espero que corrijas implacablemente cualquier error que encuentres.
PD: Por cierto que ya que hoy es 27 de agosto, y que el artículo va sobre física, la imagen que encabeza este post es sobre el famoso cuento que parece que cada agosto circula por Internet de que Marte se acercará tanto a la Luna que lo veremos esta noche sobre las 00:30h como si hubiera dos lunas. Me he informado y parece ser que fue en el año 2003 la vez que Marte más se aproximó a la Luna y, que si eso pasara como para verlo del tamaño de otra Luna, habría tal cambio de mareas que ya lo habrían avisado y dicho en todos los telediarios. Siento decir que, hoy, el Planeta Rojo estará aproximadamente a 250 millones de km de distancia de la Tierra y completamente ausente del cielo al anochecer...y lo siento de verdad, ¡porque me hubiera gustado verlo!
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