Sunday, January 15, 2017

EL LIBRO DE LA ASTRONOMÍA



En este libro se mencionan 250 hitos en la historia de la astronomía y de la era espacial resumidos en una página y cada uno de ellos ilustrado con una fotografía ocupando toda la página contigua a la del resumen.


El Libro de la AstronomIa
Portada del libro:"El Libro de la Astronomía" escrito por Jim Bell



Este libro esta dividido en cuatro secciones. Además, para intentar mostrar el contenido del libro he agrupado a grosso modo la mayoría de estos hitos en temas o categorías.




Nacimiento del Universo



Desde el Big Bang hasta la creación de los primeros átomos, estrellas, el Sol, los planetas del Sistema Solar, la aparición de la vida en la Tierra y la evolución del ser humano hasta el Homo Sapiens.


Fusion nuclear
Proceso de fusión nuclear por el que se fueron creando los elementos químicos más ligeros en las primeras etapas del Universo. El modelo del Big Bang predice correctamente las proporciones de cada elemento observadas en el Universo


Observando el Cielo


Esta sección empieza, entre otros hitos, con un poco de historia comentando las astronomías egipcia, china, griega, árabe, maya, la revolución de Copérnico y los avances y descubrimientos de Galileo.


Algunos de los astrónomos más importantes de la historia han sido:


  • Aristarco de Samos intuye el modelo heliocéntrico a diferencia del modelo geocéntrico de Platón y Aristóteles.
  • Eratóstenes mide la Tierra.
  • Ptolomeo y el geocentrismo.
  • Copérnico y su revolución heliocéntrica.
  • Tycho Brahe y sus detalladas observaciones del movimiento de los planetas.
  • Galileo y sus descubrimientos con un telescopio fabricado por el mismo.
  • Kepler y sus tres leyes del movimiento de los planetas del Sistema Solar.
  • Newton y la Ley de Gravitación Universal.
  • Hubble y su ley de expansión del Universo
  • Hawking y la evaporación de los agujeros negros.

En esta sección se van comentando todos los descubrimientos astronómicos así como la aparición de nuevas técnicas y teorías científicas que han permitido obtener información adicional del Universo a la conseguida mediante la luz visible capturada por los telescopios.

Los cuerpos celestes de nuestro Sistema Solar de los que se ha podido obtener más información son por ejemplo:

  • El Sol.
  • Los Planetas y sus satélites destacando algunos de sus accidentes geográficos como anillos, cráteres, valles, cañones y ríos secos, océanos, volcanes o manchas.
  • Cinturón de asteroides destacando alguno de los más importantes como Ceres, Palas, Juno y Vesta.
  • Cometas como el Halley.
  • Cinturón de Kuiper y Nube de Oort.
  • Meteoritos.



Los planetas del Sistema Solar
El Sol y los planetas del Sistema Solar


A medida que fueron mejorando los instrumentos, se fueron descubriendo objetos astronómicos más lejanos y asombrosos como:


  • Estrellas (enanas blancas, enanas marrones, secuencia principal, supernovas,  etc).
  • Galaxias como la vecina Andrómeda.
  • Nebulosas como la de Orión.
  • Púlsares.
  • Cuásares.
  • Estrellas de neutrones.
  • Agujeros Negros.


Galaxia espiral
Galaxia en forma de espiral


Agujero negro
Agujero negro en rotación


La Era Espacial


Con el lanzamiento del Sputnik como punto de partida de la era espacial, se comentan todos los hitos de la exploración espacial como lanzamiento de satélites, sondas y naves espaciales, la llegada del hombre a la Luna o las primeras misiones robotizadas a Marte.


El satélite Sputnik puesto en órbita en 1957 marcó el inicio de la carrera espacial


Algunas de las sondas, misiones y proyectos más importantes de la exploración espacial han sido:


  • Misiones rusas Venera a Venus.
  • Misiones Apolo a la Luna.
  • Sondas Pionner y Voyager para estudiar los planetas exteriores del Sistema Solar.
  • Misiones Mariner 9 y Viking a Marte.
  • Satélite COBE y sonda WMAP para estudiar el Fondo Cósmico de Microondas.
  • Puesta en órbita de los 4 observatorios de la NASA: el Hubble, el Compton, el Chandra y el Spitzer.
  • Construcción de la Estación Espacial Internacional.
  • Misiones a Marte Mars Pathfinder, Mars Global Surveyor, Mars Express, Mars Reconnaissance y el Laboratorio Científico Curiosity.


Nuestro Futuro



El hipotético impacto del asteroide Apofis contra la Tierra en 2029, la posibilidad de las primeras colonias humanas en Marte a partir de 2035, la evaporación de los océanos de la Tierra de aquí a 1000 millones de años, el final del Sol, el final de la última estrella del Universo o la evaporación de los agujeros negros son algunos de los temas algo especulativos abordados en esta sección.



Finalmente, también se explican algunas de las técnicas y la tecnología utilizadas en astronomía como:

  • La paralaje: Cálculo de distancias de objetos lejanos mediante su ángulo de observación desde los extremos de la órbita de la Tierra alrededor del Sol.
  • Espectrografía: Estudio de las líneas de absorción del espectro de la luz recibida de los astros.
  • Efecto Doppler: Variación de la frecuencia de una señal emitida por un objeto con velocidad relativa respecto al observador. Si el objeto se aleja, la frecuencia medida es inferior a la emitida, produciéndose un corrimiento hacia el rojo. Así descubrió Edwin Hubble la expansión del Universo.
  • Radioastronomía: Rama de la astronomía que utiliza grandes antenas, normalmente parabólicas, a modo de radar para estudiar los cuerpos celestes. El radiotelescopio más famoso es el de Arecibo en Puerto Rico.
  • Astronomía ultravioleta: Análisis de la luz ultravioleta emitida por los cuerpos celestes para obtener más información sobre ellos.
  • Astronomía de rayos gamma: Análisis de los rayos gamma que alcanzan la Tierra para obtener más información del Universo y objetos astronómicos energéticos como Púlsares o Estrellas de Neutrones.
  • Astronomía de neutrinos: Los neutrinos generados por reacciones de fusión nuclear en el Sol y resto de estrellas los abandonan fácilmente con lo que su estudio en la Tierra nos permiten comprender mejor estas reacciones nucleares que ocurren en el interior de las estrellas, supernovas, agujeros negros e incluso en el Big Bang.
  • Lente gravitacional: Utilizar la curvatura de la luz al pasar cerca de un objeto masivo como lente para permitir que los telescopios vean incluso más lejos.
  • Telescopios de espejo segmentado: Construcción de grandes telescopios mediante múltiples espejos pequeños controlados electrónicamente por software para obtener un espejo parabólico perfecto. Con una única lente hay un límite al diámetro máximo del telescopio determinado por su peso y resistencia del material.


Opinión Personal


Este libro es una buena introducción a la astronomía. Un buen punto de partida para seguir aprendiendo sobre aquello que despierte más interés, pues en este libro no se profundiza en ningún tema.

A mi personalmente lo que más me ha gustado ha sido la sección de la era espacial, de la que se acaba proporcionando una buena idea aproximada.

Finalmente es un libro bien ilustrado con muchas imágenes que complementan el texto y lo hacen mucho más agradable.



Tuesday, January 10, 2017

SONDAS Y SATÉLITES ESPACIALES


La era espacial comenzó con el lanzamiento del satélite ruso Sputnik. Siguió con el lanzamiento de sondas a la Luna y Venus. En 1969 se produjo uno de los hitos de la exploración espacial con la llegada del hombre a la Luna en las misiones Apolo. Posteriormente se cambió el objetivo hacia Marte, el cinturón de asteroides, los planetas grandes como Júpiter y Saturno y los cometas.

En la década de los 90 se puso en órbita el telescopio Hubble y se comenzó la construcción de la Estación Espacial Internacional. También en esta época empezaron la misiones a Marte con pequeños robots tipo rover y el lanzamiento de sondas como COBE y WMAP para obtener información precisa del Fondo Cósmico de Microondas.


A continuación tenéis algunas de las misiones más importantes de la era Espacial que amplían el resumen anterior ordenadas por orden cronológico:



1957 Se lanzan los satélites Sputnik I en octubre y el Sputnik II en noviembre, este último llevando a la perrita Laika. Fueron lanzados con un cohete R-7 diseñado por el ingeniero soviético Sergei Korolev cuya base era un misil balístico intercontinental ICBM. La Unión Soviética se adelantaba en la carrera espacial.



Satelite Sputnik

El Sputnik (satélite en ruso) fue el primer satélite artificial en orbitar la Tierra




Sergei Korolev

Sergei Korolev fue el ingeniero líder del programa espacial soviético y el artífice del primer satélite y del primer hombre en el espacio



1958 El Explorer I fue el primer satélite artificial puesto en órbita terrestre por los Estados Unidos.

1961 En abril el cosmonauta ruso Yuri Gagarin se convierte en el primer hombre en el espacio. Fue gracias al programa Vostok con cohetes R-7. La cápsula en la que orbitó la Tierra era la Vostok I.


Yuri Gagarin


Yuri Gagarin fue el primer hombre en el espacio



1961 Tres semanas después Alan Shepard es el primer astronauta norteamericano en hacer un vuelo suborbital. El programa era el Mercury, el cohete un Redstone basado en el cohete V2 y la capsula la Freedom 7.

1961 La Unión Soviética lanzó sondas lunares como Luna 3 y Zond 3 que exploraron la cara oculta de la Luna. 

1959-1965 Se lanzan las sondas norteamericanas Ranger 7, 8 y 9 hacia la Luna con el objetivo de obtener información de su superficie. Obtuvieron las primeras imagenes de la Luna por una sonda estadounidense.

En esta época se cambia el objetivo de las sondas espaciales de la Luna a los planetas Venus y Marte.

1962 La nave Mariner II fue la primera sonda robótica que sobrevoló el planeta Venus.

1966 La sonda soviética Venera 3 (las dos primeras fracasaron) se estrella contra Venus sin obtener datos. Fue el primer artefacto que alcanzó otro planeta.

1967-1969 Las Naves Venera 4, 5 y 6 y Mariner 5 llegan a Venus para estudiar su atmósfera y su campo magnético proporcionando mediciones directas de su composición química, temperatura, presión atmosférica o la velocidad del viento.

1969 Primer hombre en la Luna con la misión Apolo 11. Antes en la misión Apolo 8 3 hombres entraron en órbita lunar. En la misión Apolo 10 se quedaron a solo 16km de la superficie. La misión Apolo 12 4 meses más tarde volvió a llevar otros tres astronautas a la luna.


Modulo lunar Eagle
Modulo Eagle de la misión Apolo 11 en órbita lunar



Modulo lunar Eagle

Modulo lunar Eagle de la misión Apolo 11 sobre la superficie de la Luna


1970 La  Venera 7 es la primera nave espacial en aterrizar de manera controlada en Venus y la primera en enviar datos desde la superficie de otro planeta.

Desde los años 60 la exploración planetaria mediante sondas robotizadas ha ido progresando, con misiones espaciales cada vez más osadas y tecnológicamente más difíciles.


Al principio el objetivo era aprender como manejar sondas en el espacio mediante control remoto y hacer que sobrevolaran (o aterrizaran en) la Luna y otros planetas, recogiendo datos en forma de fotografías y mediciones.

El siguiente pasa era poner satélites en órbita en torno a otros planetas para poder pasar más tiempo estudiando un entorno extraterrestre, así como cartografiar su superficie o su atmosféra. Este salto cualitativo en la exploración espacial lo dio la sonda Mariner 9.

1971 La Mariner 9 se convierte en el primer satélite que orbitó otro planeta (Marte). Unas semanas más tarde entraron en órbita los satélites rusos Mars 2 y Mars 3. Aunque ninguno de los módulos de aterrizaje de las Mars aterrizó con éxito, se convirtieron en los primeros artefactos terrestres en estrellarse contra la superficie de Marte.



Sonda Mariner 9

Sonda Mariner 9


1971 En la misión Apolo 15 se produce un paseo motorizado por la Luna.



Vehiculo en la Luna

Vehículo sobre la superficie de la Luna en la misión Apolo 15


1972 La misión Apolo 17 fue el último viaje a la Luna. Sus astronautas fueron los últimos que pisaron la Luna y también las últimas personas que viajaron más allá de una órbita terrestre baja, en un viaje que tuvo lugar hace más de 40 años.

Hasta la década de 1970, la exploración robótica fel Sistema Solar se limitó a su parte más interior, y más específicamente a la Luna, Venus y Marte. Júpiter, era obviamente el siguiente objetivo.



Las misiones de las Pioneer 10 y 11 respectivamente se diseñaron para realizar el primer reconocimiento del Sistema Solar exterior y aún más allá.


A diferencia de las sondas enviadas a Mercurio, Venus o Marte, las Pioneer y las Voyager no llevaban paneles solares pues estos tendrían que ser muy grandes. En su lugar, llevaban pequeños reactores nucleares alimentados con plutonio en soportes alejados del cuerpo de la nave para no interferir los sistemas electrónicos de esta.


Otra característica era una antena parabólica mucho mayor, de unos 3 metros de diámetro, lo máximo permitido por el espacio disponible en el cohete de lanzamiento.

1972 Se lanza, con un cohete Atlas-Centaur, la nave Pioneer 10 que llegó a Júpiter en 1973 y a Neptuno en 1983. Actualmente viaja fuera del Sistema Solar alimentada con energía nuclear. Otros de sus objetivos fue navegar con seguridad a través del cinturón de asteroides además de explorar su naturaleza. Transporta la conocida placa diseñada por Carl Sagan  con información de nuestra civilización y el origen de la sonda.



Sonda Pionner 10

Sonda Pionner 10 con su gran antena parabólica de más de tres metros de diámetro para transmitir datos desde distancias muy lejanas


1973 La nave Pioneer 11 llega a Júpiter en 1974 y a Saturno en 1979. A diferencia de la Pioneer 10, la Pioneer 11 viajaba en una trayectoria que le permitió emplear la gravedad de Júpiter como una honda para alcanzar por primera vez Saturno en 1979.

Las misiones Pioneer abrieron el camino  en el Sistema Solar exterior a las más ambiciosas sondas Voyager.

1973 La nave Mariner 10 lanzada con un cohete Atlas llega a Mercurio.

1975 En agosto y en septiembre se lanzan las sondas Viking I y II con un cohete Titan III. Las Viking Lander aterrizaron con éxito en Marte en 1976. El objetivo de estas misiones era ampliar nuestro conocimiento de la superficie y la atmósfera del planeta rojo y de su potencial para albergar vida.



Sonda Viking

La Sonda Viking tenía 9 metros de envergadura. En la,parte inferior estaba el modulo de aterrizaje, la Viking Lader, de 3 metros de largo por 2 metros de alto


1977 La sonda Voyager 2, lanzada con un cohete Titan III, pasa cerca de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno en 1979, 1981, 1986 y 1989 respectivamente aprovechando una alineación histórica de los cuatro astros (esta alineación no volvería a repetirse hasta 176 años más tarde).  Esta alineación permitió que una única sonda, aprovechando la gravedad, visitara los cuatro planetas gigantes entre las décadas de 1970 y 1980. La idea de este grand tour hizo que se planificaran las misiones Voyager. Actualmente navega fuera del Sistema Solar y es la única en haber ido a Urano.



Sonda Voyager

Sonda Voyager. La pieza,que se extiende hacia la esquina inferior derecha, de 13 metros de longitud, es el soporte del medidor magnético


1977 La sonda Voyager 1 pasa cerca de Júpiter en 1979 y cerca de Saturno en 1980 modificando posteriormente su trayectoria hacia Titán, una luna de Júpiter. Se lanzó unos días más tarde que la Voyager 2 pero llegó antes a Júpiter al seguir una trayectoria más rápida. El viaje de la Voyager 1 incluía tan solo una aproximación a Júpiter y Saturno porque pretendía realizar un vuelo cercano sobre la mayor luna de Júpiter, Titán, lo que requería una correccion de la trayectoria que hacía imposible el posterior encuentro con Urano y Neptuno. La Voyager 1 es la sonda que más lejos ha llegado hasta ahora habiendo abandonado el Sistema Solar hace años.

Las misiones de las Voyager 1 y 2 se hallan entre las aventuras más exitosas de la historia de la exploración espacial. Estas sondas permitieron a los científicos realizar nuevos descubrimientos sobre los planetas gigantes, sobre sus atmósferas, campos magnéticos, sistemas de anillos y lunas. Posibilitaron los posteriores hallazgos en Júpiter y Saturno por parte de las sondas Galileo y Cassini, respectivamente, y proporcionaron los datos necesarios para eventuales misiones orbitales a Urano y Neptuno en el futuro.




Trayectorias de las sondas Voyager

Trayectorias por el Sistema Solar de las sondas Voyager 1 y Voyager 2


Al igual que las Pioneer, ambas Voyager incluyen un disco de oro con imágenes, voces y música codificadas.

Actualmente cinco sondas han alcanzado la velocidad de escape del Sistema Solar:

  • Pioneer 10: que transmitió por última vez en 2003 cuamdo se encontraba a 80 unidades astronómicas (UA) del Sol. Actualmente viaja a más de 12km/s a más de 100UA del Sol.
  • Pioneer 11: cuyo último mensaje fue en 1995 cuando estaba a 85 UA del Sol. Actualmente se encuentra en trayectoria de salida del Sistema Solar en dirección al centro de la Vía Láctea.
  • Voyager 2: aún transmite de vez en cuando y se encuentra a 100 UA del Sol.
  • Voyager 1: transmite frecuentemente desde 120 UA  de distancia. Es la única que saldrá del Sistema Solar. Es el objeto que más lejos ha enviado el ser humano a través del cosmos.
  • La sonda New Horizons, lanzada en 2006 con un cohete Atlas V, llegó a Plutón en 2015 y está previsto que llegue al cinturon de Kuiper en 2020.


1978 Se lanza un  satélite para estudiar la radiación ultravioleta llamado International Ultraviolet Explorer (IUE).

1981 Primer lanzamiento de la lanzadera espacial con el transbordador Columbia en la misión STS-1. El tanque externo dejó de pintarse de blanco para poder transportar más carga útil. Fueron cruciales para la construcción de la Estación Espacial Internacional, para la reparación y puesta en servicio del Telescopio espacial Hubble, para el lanzamiento de numerosos satélites terrestres y planetarios y para importantes investigaciones en astronomía y biología.



 Lanzadera espacial con el transbordador Columbia
Primera misión del Space Shuttle STS-1 con el transbordador Columbia



1985 La ESA lanza al espacio la sonda Giotto para estudiar el cometa Halley al que alcanza en 1986.

1989-1990 La sonda Magallanes lanzada por el transbordador Atlantis cartografía Venus.



Los mayores telescopios sobre la Tierra sufren dos limitaciones básicas:

  • El inevitable resplandor y parpadeo de nuestra atmósfera limita la resolución a mucho menos del límite teórico del telescopio.
  • Nuestra atmósfera bloquea muchas partes del espectro (sobre todo en los rangos ultravioleta e infrarrojo).


Esto impulsó el lanzamiento de un telescopio espacial que superara estas limitaciones.

1990 La lanzadera espacial Discovery pone en órbita baja (a unos 570km de altitud) el Telescopio Espacial Hubble, un proyecto fruto de la colaboración entre NASA y ESA. Este telescopio se construyó ante todo para ser una máquina del tiempo, que emplea imágenes captadas con CCD y espectrografía para determinar la naturaleza e incluso la edad del Universo. Cuanto más a fondo escudriña el Universo, más atras viaja en el tiempo, detectando luz que emitieron galaxias y estrellas hace miles de millones de años. Con este telescopio los astrónomos han refinado la ley de Hubble y calculado el ritmo de expansión del cosmos. Después de una década de observaciones, los científicos del Hubble han propuesto que el Big Bang ocurrió hace 13.700 millones de años.


Telescopio Espacial Hubble

Telescopio Espacial Hubble de unos 2,5 metros de diámetro y unos 13 metros de longitud


1991 El Space Shuttle Atlantis pone en órbita el Compton Gamma Ray Observatory (CGRO), el segundo de los grandes observatorios espaciales de la NASA después del telescopio espacial Hubble.

1992 El satélite COBE (Cosmic Background Explorer) lanzado em 1989 con la lanzadera espacial cartografía el Fondo Cósmico de Microondas.


Antena de los laboratorios Bell

Con esta histórica antena en forma de cuerno o bocina de los laboratorios Bell, los ingenieros Penzias y Wilson descubrieron el Fondo Cósmico de Microondas predicho por la teoría del Big Bang


1993 La sonda Galileo lanzada en 1989 por el transbordador Atlantis con destino a Júpiter (donde llega en 1995) descubre además en su paso por el cinturón de asteroides que estos tienen lunas. Estuvo orbitando alrededor de este planeta durante casi 8 años (cosa que no hicieron ni las Pioneer ni las Voyager) obteniendo gran cantidad de información.


1993 Comienza a operar el primero de los telescopios Keck en Hawai. Estos telescopios fueron los primeros con espejos segmentados de 10m de diámetro, cada uno consistente en 36 segmentos hexagonales de 1,8m controlados individualmente para moverse formando un reflector parabólico casi perfecto. Además, con dos telescopios se pueden combinar sus datos respectivos mediante electrónica y software para obtener resoluciones angulares equivalentes a un telescopio tan grande como la separación entre ambos.



Telescopios gemelos Keck

Telescopios gemelos Keck cerca de la cima del volcán extinto Mauna Kea de Hawai a más de cuatro mil metros de altura que comenzaron a operar en 1993 y 1996



1995 Observatorio solar SOHO en colaboración de la NASA con la ESA.

1997 La misión Mars Pathfinder de la NASA pone el primer Rover en Marte: el Sojourner. Para ello usó un innovador sistema de ateririzaje con airbags. Este pequeño rover se movía a 1 cm/s y recorrió 100 metros en 83 días marcianos que duró la misión. Fue una notable demostración del valor de la movilidad en la exploración robótica, ya que pudo fotografiar y analizar químicamente una variedad de rocas y suelos mucho mayor de lo que hubiera podido hacer solo el módulo de aterrizaje fijo (como en el caso de las Viking). Tanto el diseño como los principios operativos, muy básicos, para moverse por Marte con éxito demostrados con el Sojourner se perfeccionaron para los siguientes rovers de exploración, el Spirit y el Opportunity, que aterrizaron en Marte en 2004. Esta fue una de las primeras misiones «mejores, más rápidas y mas baratas», con un coste de entre un 10-20% del de las misiones Viking.



Rover Sojourner en Marte

El pequeño rover Sojourner en Marte


1997 La Mars Global Surveyor (una sonda orbital) cartografía y toma datos de Marte durante 9 años. Fue un trabajo previo para las misiones Mars Express de la ESA en 2003, Mars Exploration en 2004 y Mars Reconnaisance en 2006 de la NASA.



Mars Global Surveyor

La sonda Mars Global Surveyor en órbita alrededor de Marte


1998 Se inicia la construcción de la Estación Espacial Internacional (ISS) que, una vez finalizada, se convertiría en el mayor satélite artificial. El primer módulo fue el Zarya de fabricación rusa y lanzado por un cohete Proton. El segundo módulo fue el Unity, de fabricación estadounidense, y lanzado por el transbordador Endeavour. La ISS es ante todo un laboratorio espacial internacional, diseñado con objeto de aprovechar su entorno orbital unico de microgravedad para permitir investigaciones médicas, de ingeniería y de astrofísica. Pero también desempeña un importante papel como ubicación permanente de seres humanos en el espacio que permita prepararnos para eventuales viajes de exploración del espacio profundo.


Estacion Espacial Internacional

Estación Espacial Internacional orbitando a 370 km de altura con sus grandes paneles solares y sus módulos presurizados


1999 Se lanza el observatorio espacial de Rayos X Chandra. Este observatorio forma parte de los 4 grandes observatorios de la NASA junto con el Hubble, el Compton y el Spitzer.

2000 Se lanza la misión robótica NEAR para orbitar alrededor del asteroide Eros.



2001 La sonda Genesis recoge muestras del viento solar.

2003 Entra en funcionamiento el telescopio espacial Spitzer, un observatorio de rayos infrarrojos. Este telescopio emplea Helio líquido para enfriar su instrumentación por debajo de los 4 K, lo que lo hace ultrasensible a fuentes de energía muy tenues.


2003 El satélite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) fue lanzado por un cohete Delta II y confirmó y amplió los resultados del COBE. Los datos de  la WMAP también arrojaban una estimación de 13.700 millones de años para la edad del Universo.


Teoria del Big Bang

La sonda WMAP obtuvo unos datos que apoyan la Teoría del Big Bang


2004 Las rovers Spirit (en funcionamiento hasta el 2010) y Opportunity (en 2012 seguía funcionando) llegan a Marte en la misión Mars Exploration. Dos fracasos de misiones a Marte en 1999 llevaron a la NASA a minimizar los riesgos y enviar dos rovers. El objetivo de ambos rovers era realizar mediciones cuantitativas, geológicas, geoquímicas y mineralógicas que proporcionaran pruebas irrefutables de que Marte podria haber sido un entorno habitable en el que la vida podría haber prosperado como en nuestro planeta.





Rover Opportunity en Marte

Rover Opportunity en Marte



2004 La sonda Cassini (resultado de un proyecto conjunto de la NASA y la ESA) lanzada en 1997 por un cohete Titan IV llega a Saturno aprovechando el impulso gravitacional de Venus, la Tierra y Júpiter.

2004 La sonda Stardust pasa cerca del cometa Wild 2 y trae muestras de vuelta.

2005 La sonda Huygens transportada por la Cassini aterriza en la luna Titán mediante aerofrenado con ayuda de paracaídas, convirtiéndose en la primera misión en lograr aterrizar en un objeto del Sistema Solar exterior.

2005 La sonda Deep Impact lanza un proyectil sobre el cometa Tempel I.

2009 El satélite Kepler es lanzado por un cohete Delta II para orbitar alrededor del Sol con el objetivo de hallar planetas extrasolares parecidos a la Tierra.

2009 La ESA lanza el Observatorio Espacial Herschel mediante un cohete Ariane V para estudiar objetos lejanos mediante la observación de la banda infrarroja. Estuvo operativo hasta 2013. Junto con el Herschel se lanzó el satélite artificial Planck para estudiar las anisotropias del Fondo Cósmico de Microondas.

2010 La sonda Rosetta (ESA) lanzada con un cohete Ariane V sobrevuela el asteroide Lutecia y una sonda que transporta aterriza en el cometa.

2011 La sonda Messenger llega a Mercurio.

2011 La sonda Dawn lanzada en 2007 llega a los asteroides Ceres y Vesta.

2011 Se completa la Estación Espacial Internacional tras 15 lanzamientos más mediante la lanzadera espacial, el cohete Proton y la nave de carga rusa Progress. 

2012 El rover Curiosity, lanzado con un cohete Atlas V, con un tamaño tres veces mayor que el Opportunity, llega a Marte. Su objetivo es buscar trazas de moléculas orgánicas, y potencialmente, de vida en el pasado.

2015 La sonda New Horizons, lanzada en 2006 con un cohete Atlas V, llega a Plutón.



Sonda New Horizons

Imagen artística con la sonda New Horizons delante de Plutón y su satélite Caronte


2018 Previsto el lanzamiento del telescopio James Webb para sustituir al Hubble. Este telescopio combinará ciertas capacidades del Hubble (toma de imágenes de alta resolución), del observatorio Keck (diseño de espejo segmentado controlado con precisión) y del telescopio espacial Spitzer (sensibilidad a infrarrojos). Su espejo segmentado principal, de 6,5 metros, tiene seis veces más superficie de captación de luz que el del Hubble. Entre los objetivos de estudio de este telescopio están la materia oscura o la búsqueda de planetas extrasolares que puedan albergar vida.


Telescopio espacial James Webb

Simulación del telescopio espacial James Webb



Tuesday, January 3, 2017

SIETE LECCIONES BREVES DE FÍSICA



Este pequeño libro escrito por el científico italiano Carlo Rovelli, experto en Gravedad Cuántica de Bucles, consta de siete lecciones:

1) La teoría más bonita
2) Los cuantos
3) La arquitectura del cosmos
4) Partículas
5) Granos del espacio
6) La probabilidad, el tiempo y el calor de los agujeros negros
7) Nosotros


Lección 1: La Teoría más bonita


Con su Teoría de la Relatividad General Einstein dio un salto hacia adelante en nuestro conocimiento que no se puede comparar con nada porque esta teoría es de una simplicidad asombrosa.

En la Teoría de Gravitación Universal de Newton había dos cuestiones conceptuales que oscurecian su brillante capacidad predictiva: la acción a distancia y la estructura del espacio.

Durante el siglo XIX, Faraday y Maxwell introdujeron el concepto de campo electromagnético en las famosas Leyes de Maxwell, una entidad real y difusa que llena el espacio, que es el sustrato de la onda electromagnética y que puede vibrar y ondularse.


Ecuaciones de Maxwell

Ecuaciones de Maxwell


Ecuación de Onda Electromagnetica
Ecuación de onda para el campo eléctrico y magnético



Einstein entendió que la gravedad, como la electricidad, también la debe transportar un campo: tiene que haber un campo gravitatorio.

Por tanto, la idea extraordinaria de Einstein es que el campo gravitatorio no esta esparcido por el espacio, el campo gravitatorio es el espacio. Esta es la idea de la Teoría General de la Relatividad.

Es una simplificación del mundo: el espacio ya no es diferente de la materia, es uno de los componentes materiales del mundo. Los cuerpos se mueven rectos en un espacio que se curva. No existen fuerzas que modifican trayectorias.

Para describir esta curvatura del espacio Einstein se dio cuenta de que los espacios de Riemann se adaptaban perfectamente a su teoría. En sus ecuaciones de campo Einstein escribió que la curvatura de Riemann (más concretamente el tensor de Ricci menos la mitad del producto de la curvatura escalar de Riemann por el tensor métrico) es proporcional a la distribución de materia y energía.



Ecuaciones de la Teoria General de la Relatividad

Ecuaciones de la Teoría General de la Relatividad


Poco a poco todas las predicciones de esta teoría, por inverosímiles que parecieran, se han ido comprobando experimentalmente:

  • Cómo se curva el espacio cerca de una estrella. Debido a esta curvatura, incluso la luz se desvía de la línea recta.
  • Curvatura del tiempo: pasa más despacio donde el potencial gravitatorio es más intenso (paradoja de los gemelos).
  • Predicción de los agujeros negros.
  • La expansión del Universo predicha por la solución de Friedmann (teoría del Big Bang).
  • Existencia de las ondas gravitatorias.


Ecuaciones de Friedmann

Ecuaciones de Friedmann obtenidas como solución de la Relatividad General



Lección 2: Los Cuantos


Los dos pilares de la física del siglo XX no podrían ser más diferentes, además de incompatibles.

La Relatividad General es una teoría compacta concebida por una única mente. Una teoría simple y coherente de gravedad, espacio y tiempo.

Sin embargo, la teoría cuántica, a pesar de haber obtenido un éxito experimental incomparable, sigue envuelta de un halo de misterio e incomprensibilidad.

Se suele decir que la Mecánica Cuántica nació en el año 1900 con la propuesta de Planck de que la energía solo podía radiarse o absorberse en pequeños paquetes llamados cuantos. Era un truco matemático para resolver el problema del cuerpo negro sin llegar a interpretar lo que significaba físicamente. Fue Einstein en 1905 quién le dio una interpretación al explicar el efecto fotoeléctrico: la luz es un flujo de paquetes de energía indivisibles. Es en este momento en el que realmente nace la teoría de los cuantos.


Energia de un cuanto de Planck

Energía de un cuanto de Planck


A continuación fue Niels Bohr quien marcó el camino con su modelo del átomo. En el modelo de Bohr la energía de los electrones puede tomar solo ciertos valores cuantizados y solo pueden saltar de una órbita a otra con energías permitidas, emitiendo o absorbiendo un fotón.

En 1925 aparece la Ecuación de Schrõdinger que explica, por ejemplo, la estructura de la tabla periódica de los elementos y el por qué estos tienen las propiedades que tienen. Toda la química surge de esta ecuación.



Ecuacion de Schrodinger

Ecuación de Schrödinger


No obstante antes Heisenberg escribió unas ecuaciones equivalentes pero más complicadas de usar. En ellas Heisenberg asumía que los electrones solo existen cuando interaccionan. Es decir, cuando saltan de órbita. En ese momento se materializan en un lugar con una probabilidad calculable. Para calcular esta probabilidad se utiliza la función de onda, gobernada por la Ecuación de Schrödinger. No se puede saber dónde aparecerá un electrón tras una interacción, solo se puede calcular la probabilidad de que aparezca aquí o allá.

Einstein nunca aceptó esta extrañeza de la teoría cuántica que el mismo comenzó. Esto condujo a intensos debates entre Einstein y Bohr, un acérrimo defensor de la Mecánica Cuántica.

Tras un siglo el misterio todavía continúa. Las ecuaciones funcionan. Sin ellas no existiría, por ejemplo, el transistor, que es la base de toda la electrónica moderna. Este misterio podría ser el indicio de alguna cosa profunda que tiene que ver con la estructura del mundo y que no hemos digerido bien. O podría significar también que tenemos que aceptar la idea de que la realidad es solo interacción.



Lección 3: La Arquitectura del Cosmos


En la segunda mitad del siglo XX los físicos construyeron sobre los cimientos de la Teoría de la Relatividad y la Mecánica Cuántica aplicando las dos nuevas teorías a los dominios más diversos de la naturaleza: del macrocosmos de la estructura del Universo al microcosmos de las partículas elementales.

Para el autor la ciencia son sobretodo visiones antes que experimentos, medidas, matemáticas o deducciones rigurosas. La ciencia es una actividad visionaria. El pensamiento científico se nutre de la capacidad de ver las cosas diferentes de como las veíamos antes.

Durante milenios se concibió la tierra abajo y el cielo arriba. La primera revolución científica de Anaximandro hace 26 siglos sustituye esta imagen por la del Sol, la Luna y las estrellas girando alrededor de la tierra.

Posteriormente, Parménides o Pitágoras se dan cuenta de que la forma más razonable para la Tierra es esférica. Aristóteles expondrá, en su libro «Del Cielo», argumentos científicos de esta idea y del cielo que la envuelve.

Al final de la edad media Copérnico realiza el siguiente salto conocido como "la gran revolución científica" o "giro copernicano". Este cambio consiste en colocar el Sol en el centro siendo la Tierra un planeta como los demás que gira a gran velocidad sobre sí mismo y alrededor del Sol.



Planetas del Sistema Solar

Los planetas del Sistema Solar girando alrededor del Sol


Con la mejora de los instrumentos como los telescopios aprendímos que nuestro sistema solar no es único y que nuestro Sol es una estrella como las demás. Una de las cien mil millones de estrellas que forman una galaxia ordinaria como la Vía Láctea.

En los años 30 del siglo XX se descubre que nuestra galaxia es una de los cien millones de galaxias existentes hasta donde nuestros telescopios más potentes llegan a ver en un espacio uniforme e ilimitado (homogéneo e isótropo) en expansión. Y en estas galaxias existen muchos soles y planetas como el nuestro.

Sin embargo el espacio no es completamente uniforme porque esta ondulado por la presencia de masa y energía, e incluso colapsado en algunos puntos en los conocidos agujeros negros. Además estas ondulaciones pueden moverse como las ondas del mar debido a las ondas gravitacionales.

Si vamos hacia atrás en el tiempo esta expansión sugiere que nuestro Universo comenzó hace unos quince mil millones de años en una explosión conocida como el Big Bang.



Big Bang

Expansión del Universo según el modelo del Big Bang


Pero, ¿Hay algo más?¿Hubo algo antes del Big Bang?¿Existen otros Universos como el nuestro o diferentes?


Lección 4: Partículas


En el Universo descrito en la lección anterior se mueven la luz y los cuerpos. La luz está constituida por fotones. La materia está hecha de átomos. Cada átomo es un núcleo formado por protones y neutrones en torno al cual giran los electrones. Tanto los protones como los neutrones están hechos de quarks, unidos mediante gluones.



Particulas formadas por quarks

Bariones y mesones formados por tres y dos quarks respectivamente


Electrones, quarks, fotones y gluones son los componentes de todo lo que se mueve por el espacio a nuestro alrededor. Son las partículas elementales. A estas se pueden añadir los neutrinos, los bosones gauge débiles o el bosón de Higgs recientemente descubierto en el Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra.



Particulas del Modelo Estandar

Partículas del Modelo Estándar


Gran Colisionador de Hadrones
Detector en el Gran Colisionador de Hadrones



La manera cómo estas partículas se mueven y su naturaleza la describe la Mecánica Cuántica. Estas partículas son realmente cuantos de los campos elementales correspondientes, así como los fotones son los cuantos del campo electromagnético.

Son excitaciones elementales de un sustrato parecido al campo de Faraday y Maxwell. Son ondas minúsculas que se desplazan, desaparecen y reaparecen según las extrañas reglas de la Mecánica Cuántica basadas en el Principio de Incertidumbre, donde lo que existe nunca es estable, solo son saltos de una interacción a otra.



Principio de Incertidumbre

El Principio de Incertidumbre formulado por Werner Heisenberg en 1927


No existe el vacío. Aunque no haya átomos, proliferan mínimamente estas partículas. Los campos que forman el mundo fluctuan a pequeña escala, creándose y destruyéndose por este temblor gracias a la equivalencia entre masa y energía de la Relatividad Especial, viviendo vidas breves y efímeras.



Equivalencia entre masa y energia
Equivalencia entre masa y energía


Los detalles de la teoría de partículas fueron construidos lentamente durante los años cincuenta, sesenta y setenta del siglo XX. Participaron los grandes físicos de la época como Feynman y Gell-Mann. El resultado fue una teoría rebuscada, basada en la Mecánica Cuántica llamada «El Modelo Estándar de las partículas elementales». Esta teoría ha sido confirmada ampliamente por los experimentos, como recientemente fue el descubrimiento del Bosón de Higgs en 2013.



Diagrama de Feynman

Diagrama de Feynman, una de las grandes aportaciones del genial físico norteamericano a la Electrodinámica Cuántica y al Modelo Estándar


Sin embargo el Modelo Estándar no satisface plenamente a los científicos porque tiene la pinta de estar hecha a pedazos, formada con ecuaciones juntadas sin un orden claro.




Lagrangiana del Modelo Estandar

Lagrangiana del Modelo Estándar de Partículas



Un cierto número de campos (¿Por qué precisamente estos?) que interaccionan entre sí con ciertas fuerzas (¿Por qué precisamente estas?), cada una de las cuales determinada por ciertas constantes (¿Por qué precisamente con  estos valores?) que respetan ciertas simetrías (¿Por qué precisamente estas?). Queda lejos la simplicidad de la Relatividad General y de la Mecánica Cuántica.

Así mismo, la manera como las ecuaciones del Modelo Estándar dan las previsiones es absolutamente retorcida. Utilizadas directamente, estas ecuaciones llevan a previsiones insensatas, donde toda cantidad calculada resulta infinitamente grande. Para obtener resultados sensatos hay que imaginar que los parámetros de entrada son a su vez infinitamente grandes, para compensar los resultados absurdos y proporcionar otros razonables. A este procedimiento retorcido se le llama renormalización. Funciona pero es insatisfactorio.

Por ejemplo, Dirac, el científico más importante del siglo XX después de Einstein, gran arquitecto de la Mecánica Cuántica y autor de la primera y principal ecuación del Modelo Estándar, siempre mostró su descontento.



Ecuacion de Dirac
La ecuación de Dirac es la base de la Electrodinámica Cuántica y del Modelo Estándar


El Modelo Estándar también tiene un defecto que llama la atención: la materia oscura. Esta materia revela su existencia por los efectos gravitatorios porque no la podemos ver al no interaccionar con la luz. Parece ser que el Modelo Estándar no describe este tipo de materia.



Indicios de materia oscura

La Ley de Gravitación Universal no predice correctamente la velocidad orbital de las estrellas periféricas de las galaxias debido a la presencia de materia oscura


Sin embargo el Modelo Estándar es la mejor teoría de la que disponemos y todas sus predicciones han sido confirmadas. Salvo la materia oscura y la gravedad describe bastante bien todos los aspectos del mundo que vemos.

Se han propuesto teorías alternativas, pero todas han sido demolidas por los experimentos. Por ejemplo una teoría muy bella propuesta en los años 70, llamada SU(5), sustituía las ecuaciones del Modelo Estándar por una estructura mucho más bonita y sencilla. Sin embargo esta teoría predecía la desintegración del protón, cosa que nunca se ha observado.

Ahora vuelve a pasar algo parecido con las llamadas teorías supersimétricas que preveen la existencia de nuevos tipos de partículas que tampoco han sido descubiertas todavía.



Particulas supersimetricas de los bosones
Los bosones y sus posibles  compañeras supersimétricas


Particulas supersimetricas de los fermiones

Los fermiones, las partículas que constituyen la materia, y sus posibles supercompañeras


Así pues, de momento nos quedamos con el Modelo Estándar a la espera de descubrir una nueva teoría más satisfactoria que conserve su misma capacidad predictiva.




Lección 5: Granos de Espacio



Como se ha comentado en lecciones anteriores, nuestras dos mejores teorías de la física actual son incompatibles entre sí a pesar de que ambas proporcionan resultados extraordinarios en sus ámbitos de aplicación.

Actualmente hay un gran esfuerzo para intentar resolver este conflicto. Este campo de trabajo se llama Gravedad Cuántica y su objetivo es encontrar no solo una teoría, es decir, un conjunto de ecuaciones, sino también una nueva visión coherente del mundo.

En el pasado ya se han resuelto otros conflictos entre dos teorías aparentemente correctas. El resultado normalmente ha sido una nueva teoría que nos ha proporcionado una nueva imagen del mundo, como sucedió con la Relatividad Especial al solucionar el conflicto entre el electromagnetismo y la mecánica clásica o con la Relatividad General al resolver la incompatibilidad entre la Ley de Gravitación de Newton y la Relatividad Especial.

La línea de investigación principal centrada en el intento de resolver el problema es la Gravedad Cuántica de Bucles (Loop Quantum Gravity en inglés). Es un intento de combinar Relatividad General con Mecánica Cuántica sin otras hipótesis que estas dos teorías, oportunamente reescritas para hacerlas compatibles. Sin embargo sus consecuencias son radicales.

La Relatividad General nos dice que el espacio es dinámico, que puede comprimirse y retorcerse. Por otro lado la Mecánica Cuántica afirma que todo campo de este tipo esta hecho de cuantos: tiene una fina estructura granular. Se deduce en seguida que el espacio físico también está hecho de cuantos. El espacio no es continuo, no es divisible hasta el infinito, sinó que está formado de átomos de espacio.

La teoría describe, de forma matemática, estos átomos de espacio y las ecuaciones que gobiernan su evolución. Se llaman bucles porque no están aislados, sinó enlazados con otros parecidos, y forman una red de relaciones que van tejiendo el espacio.



Espacio en Gravedad Cuantica de Bucles

Espacio liso de la Relatividad General a la izquierda y, a la derecha, cuantos de espacio enlazados según la Gravedad Cuántica de Bucles


¿Dónde están estos cuantos de espacio? En ninguna parte porque ellos mismos son el espacio. El espacio se crea mediante la interacción de cuantos de gravedad individuales. Una vez más, el mundo parece que es relación, antes que objetos.

Pero la segunda consecuencia es todavía más extrema: también desaparece la idea de un tiempo elemental y primitivo que transcurre independientemente. Las ecuaciones que describen cuantos de espacio y de materia ya no contienen la variable tiempo.

Esto no significa que todo sea inmóvil y no exista el cambio. Al contrario, el cambio esta en todas partes, pero los procesos elementales no se pueden ordenar en una sucesión de instantes ordinaria. A la escala ultramicroscópica de los cuantos de espacio no hay un único tiempo: cada proceso baila independientemente con los más próximos, siguiendo un ritmo propio. El paso del tiempo es inherente al mundo, nace en el mismo mundo, de las relaciones entre sucesos cuánticos que son el mundo y son ellos mismos la fuente del tiempo.

Ya no hay espacio que contiene el mundo y ya no hay tiempo a lo largo del cual ocurren los sucesos. Solo hay procesos elementales en que cuantos de espacio y materia interaccionan entre sí sin parar. La ilusión de un espacio y tiempo continuos emerge a gran escala como la tranquilidad de la superficie de un lago a pesar del movimiento de las moléculas de agua.

Aún no se ha podido verificar experimentalmente la Gravedad Cuántica de Bucles. Pero hay predicciones, por ejemplo, sobre los agujeros negros. Según esta teoría, como hay una resolución mínima y finita del espacio, la materia no puede colapsar en un punto infinitesimal. Por eso un agujero negro se convierte en una «estrella de Planck» donde el enorme peso de la materia es equilibrado por la presión generada por las fluctuaciones cuánticas del espacio-tiempo.



Agujero negro

Espacio-tiempo curvo alrededor de un agujero negro 


El Sol formaría un agujero negro si se comprimiera a un radio inferior de un kilómetro y medio. En su interior la materia seguiría comprimiendose hasta convertirse en una estrella de Planck del tamaño de un átomo.

Una estrella de Planck no es estable. Una vez comprimida al máximo rebota y comienza a expandirse de nuevo. Esto lleva a una explosión del agujero negro. Este proceso visto por un observador en el interior del agujero negro y sobre la estrella de Planck es muy rápido: un rebote. Sin embargo este rebote visto desde fuera resulta un tiempo larguísimo. Por eso vemos que un agujero negro no varía durante mucho tiempo: un agujero negro es una estrella que rebota vista a cámara extremadamente lenta.

Podría ser que los agujeros negros que se formaron en el inicio del Universo estén explotando ahora, hecho que podríamos detectar en forma de rayos cósmicos de alta energía.

Otra de las consecuencias de la teoría y una de las más espectaculares concierne al inicio del Universo. Cuando el Universo está extremadamente comprimido, la teoría cuántica genera una fuerza repulsiva, con el resultado de que el Big Bang podría haber sido un Big Bounce o un gran rebote.

Nuestro mundo podría haber nacido de un Universo precedente que se debió contraer bajo su propio peso hasta comprimirse en un espacio muy pequeño. En ese punto rebotó, volvió a expandirse y se convirtió en el Universo en expansión que observamos a nuestro alrededor.

En el momento del rebote en el que el Universo está comprimido en una cáscara de nuez del tamaño de Planck no existen ni el tiempo ni el espacio. Nuestro Universo podría haber nacido de un rebote de una fase precedente, pasando por una fase intermedia sin espacio ni tiempo.



Lección 6: La probabilidad, el tiempo y el calor de los agujeros negros


En el siglo XIX se comprendió, gracias principalmente a Maxwell y Boltzmann, que una substancia caliente es aquella en la que los átomos se mueven más deprisa. La temperatura está relacionada con la energía cinética de las moléculas.

El calor va de las cosas calientes a las cosas frías y no al revés. Este hecho concierne a la propia naturaleza del tiempo. Si no se intercambia calor, o cuando el calor intercambiado es irrelevante, vemos que el futuro se comporta exactamente como el pasado. Por ejemplo, el movimiento de los planetas podría ser al revés (como si fueran hacia atrás en el tiempo) porque el calor es casi irrelevante.

Esto no ocurre si hay fricción porque esta produce calor y enseguida somos capaces de distinguir el futuro del pasado. Por ejemplo, un péndulo se ralentiza por fricción con su soporte. No se ha visto nunca un péndulo en reposo que comience a oscilar espontáneamente.

La diferencia entre pasado y futuro solo ocurre cuando hay calor. El fenómeno elemental que distingue el futuro del pasado es que el calor va de las cosas más calientes a las más frías.

El motivo lo encontró el físico austríaco Ludwig Boltzmann y es sorprendentemente sencillo: es el azar. La idea es sutil y pone en juego la noción de probabilidad. El calor no va de las cosas calientes a las frías obligada por una ley absoluta: va solo con gran probabilidad.

El motivo es que estadísticamente es más probable que un átomo de la substancia caliente, que se mueve deprisa, choque con un átomo frío y pierda un poco de energía que no al revés.

La energía se conserva en los choques, pero tiende a distribuirse equitativamente cuando hay tantos choques al azar. De este modo las temperaturas de los objetos en contacto tiende a uniformizarse. No es imposible que un cuerpo caliente se caliente más aún poniéndose en contacto con un frío: solo es altamente improbable.

Esta probabilidad tiene un origen diferente de la que aparece en la Mecánica Cuántica. En la ciencia del calor aparece por nuestra ignorancia mientras que en la teoría cuántica es algo inherente al funcionamiento de la naturaleza a escala microscópica.

La parte de la fisica que aclara estos fenómenos es la física estadística y uno de sus éxitos ha sido, gracias a Boltzmann, comprender el origen probabilístico del comportamiento del calor y de la temperatura, es decir, la termodinámica.

El que no podamos prever el comportamiento no es porque no exista una ley física que lo determine. Es porque debido a limitaciones varias nosotros solo podemos conocer fácilmente la evolución del estado macroscópico de los objetos. Sin embargo este conocimiento no es suficiente para prever con exactitud su comportamiento futuro, pero sí para estimar que con mucha probabilidad un objeto frío se calentará al contactar con uno más caliente.

A lo largo del siglo XX la termodinámica y la mecánica estadística se han extendido también al electromagnetismo y a los fenómenos cuánticos. Pero ha costado extenderlas al campo gravitatorio. Cómo se comporta el campo gravitatorio cuando se esparce el calor en él es un problema todavía no resuelto. En esta situación tienen que vibrar el espacio y el tiempo..., pero aún no tenemos las ecuaciones que describen la vibración térmica de un espacio-tiempo caliente.

Estas cuestiones nos llevan a la raíz del problema del tiempo: ¿Qué es pues el paso del tiempo?¿Por qué el tiempo transcurre inexorablemente y, sin embargo, podemos quedarnos quietos en un punto del espacio?¿Dónde está la diferencia?

Otra manera de plantearse es preguntarse que es el presente. Decimos que lo que existe es el presente: el pasado ya no existe y el futuro todavía no existe. Sin embargo, en el espacio todo existe ya sea delante o detrás. Además, en el caso del tiempo ni siquiera existe un presente objetivo pues la Relatividad Especial demostró que no existe el concepto de simultaneidad.

Entonces, ¿qué explica el hecho de que el tiempo fluya?¿De dónde sale la vívida experiencia del paso del tiempo? Somos conscientes del paso del tiempo en nuestros pensamientos y al expresarnos mediante el lenguaje.

La indicación para responder viene de la estrecha relación entre el tiempo y el calor, el hecho de que solo cuando hay flujo de calor el pasado y el futuro son diferentes, y del hecho que el calor está relacionado con las probabilidades en física, y estas, con el hecho de que nuestras interacciones con el mundo no distinguen los detalles finos de la realidad.

El paso del tiempo emerge, sí, de la física, pero no en el ámbito de la descripción exacta del estado de las cosas. Más bien emerge en el ámbito de la estadística y la termodinámica. Esta podría ser la clave del misterio del tiempo. Nuestra conciencia y nuestra memoria se construyen sobre estos fenómenos estadísticos, que no son invariables en el tiempo. Percibimos el tiempo porque vemos una imágen inexacta del mundo.

Un indicio para afrontar el problema viene de la Radiación de Hawking, que dice que los agujeros negros tienen temperatura, son un espacio-tiempo caliente. Son los cuantos individuales de espacio los que vibran y calientan la superficie de un agujero negro y generan calor. Pero este fenómeno involucra la Relatividad General, la Mecánica Cuántica, la mecánica estadística y la termodinámica a la vez y aún no disponemos de una teoría que las combine coherentemente.




Para acabar: Nosotros


¿Qué lugar ocupamos nosotros, los seres humanos, que percibimos, decidimos, reímos, y lloramos, en el mundo?¿Qué somos?¿Estamos hechos también de cuantos y partículas?¿De donde viene esa sensación de existir individualmente y en primera persona que tenemos cada uno de nosotros?¿Qué son nuestros valores, nuestros sueños, nuestras emociones, nuestro saber?

Nosotros los seres humanos somos en primer lugar el sujeto que observa el mundo. Pero también somos parte integrante, estamos dentro, no somos observadores externos. Estamos hechos de los mismos átomos que las estrellas y de las mismas señales de luz que estas se intercambian.

Sin embargo no somos especiales ni estamos en el centro del Universo. Somos unos seres ínfimos que han adquirido conciencia e inteligencia para hacerse determinadas preguntas.

¿Qué es la conciencia?¿De donde viene nuestra sensación de libertad y libre albedrío?¿Va nuestra libertad contra las leyes de la naturaleza?

Como agudamente vio y entendió el filósofo Spinoza, nuestra sensación de libertad viene del desconocimiento de nuestra complejidad. Nosotros somos el proceso formado por esta complejidad, no lo poco de lo que somos conscientes.

Nuestro comportamiento viene determinado por lo que sucede en nuestro interior. Están determinados por las leyes de la naturaleza que actuan dentro de nuestro cerebro, en nuestro interior. Las decisiones libres que tomamos están libremente determinadas por los resultados de las interacciones fugaces y riquísimas entre los miles de millones de neuronas de nuestro cerebro. No tenemos nada que escape a las regularidades de la naturaleza. El yo que decide es el yo que se forma a partir de nuestra conciencia y memoria.

Sin embargo, los valores morales que tenemos, las emociones, los amores, no son menos auténticos por el hecho de ser parte de la naturaleza. Al contrario, son más auténticos por eso mismo: porque son reales. Son la compleja realidad de que estamos hechos. Somos parte integrante de la naturaleza, somos naturaleza, en una de sus innumerables expresiones.

Aquello que es específicamente humano no nos separa de la naturaleza, es nuestra naturaleza. Es una forma que la naturaleza ha tomado en nuestro planeta. La vida en la Tierra no es mas que una muestra de lo que puede suceder en el Universo.

La naturaleza es nuestra casa y en la naturaleza estamos en casa. Este mundo extraño, variado y sorprendente que exploramos, donde el espacio se desgrana, el tiempo no existe y las cosas pueden no estar en ninguna parte, no es nada que nos aleje de nosotros: solo es aquello que nuestra curiosidad natural nos enseña de nuestra casa. Del tejido que estamos hechos nosotros mismos. Estamos hechos del mismo polvo de estrellas de que están hechas las cosas, y cuando sentimos la alegría, dolor o nos reímos, no hacemos más que aquello que no podemos evitar ser: una parte de nuestro mundo.

Por naturaleza amamos y somos honestos. Y por naturaleza somos curiosos, queremos saber más. Y continuamos aprendiendo. Nuestro conocimiento del mundo sigue aumentando. Hay fronteras, en las cuales estamos aprendiendo y quema el deseo de saber.

Estas fronteras están en las profundidades más pequeñas del tejido del espacio, en los orígenes del cosmos, en la naturaleza del tiempo, en el destino de los agujeros negros y en el funcionamiento de nuestro propio pensamiento.



Opinión Personal


Conocía al autor de este libro, Carlo Rovelli, por un artículo que había leído previamente sobre Gravedad Cuántica de Bucles o Loop Quantum Gravity. De hecho es uno de los investigadores destacados de esta teoría de gravedad cuántica.

Este hecho fue lo que me animó a leer el libro, porque al ser tan fino (no llega a las cien páginas) creía que sería muy básico y no me aportaría nada nuevo. No podía estar más equivocado.

En estas pocas páginas se introducen todas las principales teorías físicas actuales y se explican los avances en un campo tan complejo como el de la gravedad cuántica. Es un punto de partida perfecto para situarse y, a partir de aquí, profundizar en aquellos puntos que se desee.

Aunque todas las lecciones son interesantes, las que más me han gustado han sido la cuarta, la quinta y la sexta.

Finalmente también me gustaría destacar el enorme esfuerzo de síntesis que realiza el autor para hablar de tantas cosas en tan pocas páginas. Las lecciones de física serán breves, pero están llenas de contenido.