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nuestro sistema solar. / Texto: Marta Iglesias

 Vida más allá de la Tierra

Las conferencias de Pérez Mercader son una prolongación de sí mismo: amenas, divertidas e interesantes, salpicadas de anécdotas y algún que otro taco que suaviza tanto conocimiento científico. El público se ríe, aprende y vuelve a casa preguntándose si alguna vez encontraremos vida en Venus o en Marte que nos dé pistas sobre nosotros mismos. Paralelamente, este científico investiga si la vida es una consecuencia de la evolución del Universo y desarrolla nueva instrumentación para detectar vida en otros planetas. De momento ya ha conseguido que la NASA lleve un instrumento de tecnología española a bordo de su misión a Marte de 2009.

-En su caso, como astrobiólogo, ¿qué tendría que encontrar en otro planeta para considerarlo vida?
-Un objeto o un sistema químico muy complejo que tenga una serie de propiedades asociadas a lo que hoy en día entendemos por vida, que todavía no sabemos qué es realmente. Para eso hay que estudiar todas las propiedades de los sistemas vivos en condiciones extremas que hay en nuestro planeta. En particular entendemos por sistemas vivos aquellos con unas determinadas propiedades: un sistema químico complejo adaptativo. Es decir, un sistema con muchos componentes, basados en la química, que tiene la propiedad de metabolizar, reproducirse, transformar en energía la información y que puede evolucionar, cambiar de forma adaptativa. De eso tú eres un ejemplo y una palmera otro.

-Pero todavía no se ha encontrado fuera de nuestro planeta...

-¿Qué podemos descubrir en otros planetas del sistema solar sobre nuestros propios orígenes?

-Hay un montón de cosas que podemos descubrir, que van desde cuál es el origen del inventario de productos químicos que están en la base de la vida, a saber de dónde vienen los aminoácidos que están en tus pestañas. Entender cómo se formó el planeta Tierra y cuál era el aporte inicial de compuestos químicos, y también descubrir la evolución de los cuerpos planetarios. Por ejemplo necesitamos saber cómo Marte ha llegado a ser un frigorífico exponencial o cómo Venus ha evolucionado hacia el horno que es ahora. Y con eso veremos qué le espera a la Tierra en un futuro, mediante planetología comparada.

-Cuando habla de los cambios que se producirán en el planeta, ¿se refiere a hechos que sucederán en miles de años?

-Una cosa es esperar a que se vaya a producir en miles de años un cambio a muy frío o muy caliente, y otra conocer los procesos que tienen lugar hoy en día. No entendemos realmente por qué nuestro planeta está cambiando tan rápidamente, aunque sí sabemos que se debe a un calentamiento global producido casi en un 100% por la acción del hombre. Pero, ¿qué mecanismos son los que se han puesto en marcha? ¿cómo es la evolución del sol? ¿cuál es la dinámica de nuestra atmósfera? La única manera que tenemos de entenderla es conociendo otras atmósferas y comparándolas con la nuestra.

Fragmento de la revista con Juan Pérez Mercader, director del centro de Astrobiología (CAB)

El texto completo se puede encontrarAquí

1.¿Qué opinión tienes de la investigación espacial? ¿cres que ayudara a entender los principios físicos y químicos que funcionan en la Tierra? ¿Piensas en que la realidad que conocemos sobre la vida extraterrestre se corresponde con las novelas y las películas de ciencia ficción?

• Que nos puede dar información sobre como se origino nuestro planeta, sobre como evolucionara y como poder cuidarlo sin antes llegar al desastre.
• Si ya que podemos comparar la tierra con otros planetas de otras galaxias, observar como se forman otras galaxias, etc..
• Creo que no se corresponde con la realidad, aunque por qué no puede haber vida en otro planeta de los millones de galaxias que estan sin explorar, y es más quizás puede que hubiere visto otro big bang hace muchos millones de años como si fuera un ciclo.....

Sir Fred Hoyle (1915-2001). el astrónomo descontento

En 1993, la revista de divulgación sobre astronomía Sky & Telescope promovió un concurso entre sus lectores para dar un nuevo nombre a la teoría cosmológica actualmente aceptada, que es conocida desde los años 40 como “BIG BANG”, es decir, “la Gran Explosión”. Entre otras razones, decían los promotores del cambio, la teoría no postula una explosión tal y como se entiende esa palabra en el lenguaje cotidiano. Además en el argot juvenil estadounidense, “Big Bang” tiene más connotaciones sexuales de lo que parece oportuno para un término que se explica en las clases de bachillerato (algo así como “polvazo”). Para colmo, este nombre venía de uno de los principales detractores del modelo, quien lo había usado en tono sarcástico.

El hombre que nombró al Big Bang acaba de morir, a los 86 años de edad. Se llamaba Fred Hoyle, Sir Fred Hoyle, británico y uno de los principales astrofísicos del siglo XX, no sólo por ese bautizo, sino por sus muchos méritos y, curiosamente, también por sus deméritos, algo que puede resultar curioso para el profano en el mundo de la ciencia. Lo que era casi obvio es que la iniciativa de cambiarle el nombre a la teoría cosmológica no cuajó: un año después, Sky & Telescope declaraba desierto el premio, porque, reconocían, la popularidad del término “gran explosión”, el éxito que había tenido la broma de Fred Hoyle, hacía inviable cambio alguno.

Lo cierto es que Hoyle fue uno de los grandes críticos del modelo cosmológico aceptado, un conjunto de teorías que parten de la relatividad general y la física cuántica para dar una visión de conjunto al origen y la evolución del Universo. En los primeros años tras la II Guerra Mundial, los físicos desarrollaron las ecuaciones de la teoría de la gravitación de Einstein, generando modelos que pudieran explicar cómo era el Universo en conjunto. Las soluciones matemáticas explicaban la expansión del Universo, un fenómeno que había sido comprobado en los años 20 por astrónomos como Humason y Hubble. Y, cabía imaginarse, si todo se expandía, era porque antes había sido muy denso (y muy caliente) y en un momento inicial había comenzado a crecer. La teoría de Gamow y otros cosmólogos era sorprendente: ponía un origen determinado en el tiempo para el Universo. Y esto chocaba con una idea bien extendida en la física de que el Universo tenía que ser eterno. Fred Hoyle, que aparte de ser un gran investigador era un no menos grande divulgador científico, acuñó el término “big bang” para referirse a esta teoría, descartándola por impropia, en una serie de charlas por la radio británica.

Hoyle creía que el Universo era eterno y que, por lo tanto, el Big Bang venía de malinterpretar los datos. Frente a este modelo, el astrónomo apoyaba un modelo eterno, en el que la expansión se justificaba con una especie de creación continua y limitada de átomos de hidrógeno. La teoría desarrollada por Gold y Bondi, junto a Hoyle, tuvo cierto éxito en los años 50, y fue conocida como “el estado estacionario”. El debate entre ambos modelos tuvo mucho de científico, y de hecho el descartar finalmente al estado estacionario se debió a la acumulación de pruebas observacionales que iba teniendo el Big Bang; pero también era ideológico. Se suele contar la anécdota de que el primer congreso sobre el Big Bang lo patrocinó el Vaticano, frente al primer congreso sobre el estado estacionario que se hizo bajo los auspicios del Kremlin soviético. En la actualidad, sin embargo, y aun reconociendo que el modelo cosmológico del Big Bang sigue dando algún que otro problema para poder explicar lo que observamos del Universo, se reconoce como el estándar sobre el que se trabaja, mientras que la teoría que fue rival hace medio siglo ha quedado como curiosidad histórica. Sin embargo, Hoyle mantuvo su adhesión a un Universo eterno hasta su muerte, aunque admitiendo periodos de expansión y periodos de contracción en su desarrollo.

Javier ARMENTIA

(Adaptación)
El texto completo se puede encontrar en: Pincha aquí

1. El nombre de Big Bang fue puesto como una broma por uno de los detractores de esa teoría. ¿Te parece adecuado ese nombre para una teoría científica sobre el origen del universo? ¿Qué forma te gusta más en español: "Gran explosión" o "Gran estallido"...?

No, no me parece adecuado, aunque dicho en ingles suena mejor. La Gran explosión.

2. En el artículo se cita una teoría que fue rival de la del Big Bang a mediados del sigloxx. ¿ cuál es?

El estado Estacionario.

Con galaxias y a lo loco

Un sorprendente descubrimiento sobre el universo y su dinámica, las claves del sistema inmunitario y una simetría de cristales que tiró por tierra las teorías vigentes, merecen este año los galardones de mayor prestigio en ciencias. Cinco especialistas españoles explican los méritos de sus distinguidos colegas en física, química y medicina

En el horno la masa de un pan de nueces se expande, pero las nueces no. Del mismo modo, observamos que el universo está en expansión: las galaxias tienen tamaños estables, pero el espacio entre ellas se estira. Mirando el universo desde cualquier galaxia, astrónomos de aquí o de allá podrían pensar que ellos están en reposo mientras que los demás se alejan, más velozmente cuanto más lejos estén. Pero esta velocidad es solo aparente: las nueces no se desplazan, es la masa la que se hincha. Edwin Hubble, en 1928, se hizo famoso por descubrir la expansión universal, aunque lo más novedoso de su publicación fuese el bello título: El Reino de las Nebulosas (o galaxias). En su favor diré que era un gran futbolista... pero eligió ser astrónomo. Los salarios relativos no eran lo que son.

Si pidiera un litro de futura supernova le darían una botella de dos toneladas Lo único capaz de acelerar la expansión del universo es su energía oscura

Para comentar el descubrimiento premiado este año con el Nobel conviene ir pasito a paso. La expansión del pan es algo más fácil de visualizar que la del cosmos. La entendemos (esta última) en el contexto de la teoría de la gravitación de Einstein, o Relatividad General, comprobada -a escalas menores que el universo- con precisión asombrosa. El pan se expande en el espacio que lo circunda, pero el universo no. El espacio y el tiempo son propiedades intrínsecas del universo y nacieron con él. La frase "al norte del Big Bang" es aún más indefendible que la de "antes del mismo".

Otros pasitos: una supernova es una estrella que explota; su luminosidad aumenta hasta competir con la de una galaxia entera. Las supernovas más luminosas -visibles hasta mayor distancia- son de tipo Ia, apodadas SN Ia. Tienen masas tan grandes como la del Sol pero, antes de explotar, son tan pequeñas como la Tierra. Consecuentemente, son muy densas: diga "póngame un litro de futura SN Ia" y le darán una botella de dos toneladas de masa.

Al parecer, las SN Ia explosionan al volverse inestables tras haberse zampado parte de otra estrella muy cercana. No está demasiado claro por qué, pero una virtud de estas supernovas es que su luminosidad es (con pequeñas correcciones) fija o estándar. Si tuviéramos un tren estándar (que pitase siempre con la misma nota e igual de fuerte) podríamos saber cómo está de lejos y a qué velocidad va, midiendo la intensidad y frecuencia de su pitido; lo oímos más flojo cuanto más lejos está, más grave cuanto más raudo se aleja. Pues con la luz de las supernovas, igualito. Uno puede medir la distancia y la velocidad aparente de las galaxias en las que las SN Ia están. Midiendo docenas de ellas, desde cercanas a muy lejanas, se consigue reconstruir buena parte de la historia de la expansión del universo. Historia porque mirando lejos miramos al pasado, la luz tarda en llegar.

La mitad del Nobel de Física de 2011 le ha tocado a Saul Perlmutter, líder de un grupo de cazadores de supernovas y sendos cuartos a Brian Schmidt y Adam Riess, del grupo competidor. No se hubieran repartido el Gordo si el resultado no fuese inesperadamente loco: el universo no solo se expande, sino que está acelerando. Cuando lo anunciaron, en 1998, hasta a ellos les costaba creérselo.

Más pasos: a una bola de billar le basta su inercia para moverse a velocidad constante, un cohete necesita algo que lo acelere. Evitando discutibles imitaciones, lo único capaz de acelerar la expansión del universo es su energía oscura, que Einstein inventó bajo el nombre de constante cosmológica. Esa energía sería la del vacío, lo que quedaría en el cosmos si pudiéramos sustraerle toda la materia y radiación que contiene. Que el vacío sea distinto de la nada es fascinante, que pueda ejercer sobre sí mismo un efecto gravitacional repulsivo que acelere el universo... lo es más. Pero la mayor sorpresa surge de la combinación de los datos de las SN Ia con otros, en particular los de la radiación cósmica de fondo, que nos llega de cuando el universo era un jovencito de 379.000 años de edad, unas 36.000 veces más joven que ahora. En promedio, la energía del vacío contribuye un 75% de la densidad de energía del universo, el resto es materia, de la cual solo 1/5 es la ordinaria, de la que nosotros y las estrellas estamos constituidos.

También le atribuimos al vacío, por el llamado mecanismo de Higgs, la generación de la masa de las partículas elementales, solo las partículas de luz tienen masa nula. Una vibración de la sustancia del vacío sería el tan buscado bosón de Higgs, que algunos madridistas llaman la partícula de Mou. Pero el valor medido de la constante cosmológica y el que uno sospecharía a partir del mecanismo de Higgs discrepan enormemente, paso atrás.

Ultimo paso: el universo visible es una parte del universo, puesto que solo podemos ver hasta el horizonte: allá desde donde le ha dado tiempo a la luz a llegarnos desde que el cosmos nació. Por eso, el año pasado el universo visible era un año-luz más pequeño que hoy (incluso más, ya que se está expandiendo). La parte del universo que aún no vemos se está alejando de nosotros a una velocidad (¡aparente!) mayor que la de la luz, que es la máxima a la que podemos enviar información de un lugar a otro. ¡Pero del universo hoy invisible no nos llegará información hasta que lo veamos!

Si los neutrinos pudiesen viajar más rápido que la luz, como los autores del experimento Opera han anunciado recientemente, la explicación más razonable -de lejos- sería que las leyes de la relatividad fueran válidas para todo ente... menos el vacío. Pero los resultados de Opera, si así fuera, serían inconsistentes consigo mismos. Por ahora, opino, Einstein puede reposar tranquilo, aunque su energía oscura aún no esté del todo clara.

Álvaro de Rújula es científico del Instituto de Física Teórica del CSIC en la Universidad Autónoma de Madrid y del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN).

1. ¿Qué es una supernova y una SINa? Explícate.

Son las estrellas más luminosas que hay, con masas tan grandes como la del sol, en un principio fuerón tan pequeñas como la Tierra, por lo que se suponen que eran bastante densas. Estás Absorben parte de otra estrella y por lo tanto se vuelven inestables y explotan, generando una luminosidad que llega a competir con la de galaxias enteras.

2. Que dicen las estrellas SNIa del universo?

Al estudiarse las ondas de luz que desprenden nos proporcionan gran información sobre la expansión del universo y el nacimiento del mismo.

3. ¿Cuándo se ralentizó y cuando se aceleró la expansión del Universo?

4. ¿Quién se opone a la expansión del Universo y qué es lo que acelera?

5.¿Es visible todo el Universo desde la Tierra? ¿cómo varía?

No es visible la totalidad del universo pues solo podemos ver hasta donde llega la luz, si el universo se expande a una velocidad mayor no podemos llegar a verlo solo hasta donde la luz llega.

6. ¿Realmente las galaxias se alejan más rápidamente cuanto más lejos se encuentran?

Sí por que se por lo que hemos estudiado el universo se expande aceleradamente, por lo tanto cuanto mas lejos se encuentran mayor será su velocidad.

7. ¿El universo, el espacio y el tiempo siempre han existido?

No pues son propiedades intrínsecas del Universo, antes de existir el universo no habría espacio ni tiempo.

Cuasicristales, osadía, tesón y belleza

Belleza es sinónimo de simetría, de orden, y de eso va la cristalografía. Los cristales no son otra cosa que apilamientos ordenados de pedacitos idénticos de materia (átomos, moléculas, macromoléculas ...). No vemos ese orden íntimo porque esos pedacitos de materia son demasiado pequeños para nuestros ojos, e incluso para nuestros microscopios, pero podemos reconocer el resultado de ese orden regular en las subyugantes y angulosas formas externas de los cristales. Y podemos notarlo a diario por las propiedades derivadas de ese orden interno: en alimentos que comemos, en medicinas que tomamos, en dispositivos tecnológicos que usamos, o en los huesos que nos mantienen erguidos. Casi todo está basado en cristales.

El mundo que tenemos ahí afuera cada vez se revela menos clasificable

¿Cuántos tipos de cristales existen? Es decir, ¿de cuantas formas distintas puede ordenarse la materia? Aunque parezcan ilimitadas, lo cierto es que son muy pocas las opciones para rellenar ordenadamente un espacio repitiendo periódicamente una misma pieza. Por ejemplo, si queremos rellenar una superficie lo podemos hacer con rectángulos, con triángulos, con cuadrados o con hexágonos, pero no con pentágonos. Por eso no venden losetas pentagonales, o si las venden, se combinan con los rombos necesarios para rellenar los inevitables huecos entre pentágonos. Desde el siglo XIX, la cristalografía goza de una preciosa demostración de que hay únicamente 17 formas distintas de alicatar una superficie, formas que se pueden disfrutar visitando la Alhambra, ya que eran conocidas por los geómetras árabes. Y también se demuestra que sólo existen 230 formas distintas de empaquetar periódicamente un volumen con unidades idénticas. Ni una más, ni una menos.
Los cristalógrafos comprobamos ese orden cuando iluminamos un cristal con un haz de electrones, neutrones o rayos X. Entonces el cristal genera (difractando la luz) bellas constelaciones de puntos que muestran la simetría del ordenamiento. Y siempre esas constelaciones coinciden, como manda la teoría, con una de las 230 formas distintas de empaquetamiento. Siempre con simetría de orden uno, dos, tres, cuatro o seis. Nunca con ejes de rotación de orden cinco, ni más de seis.
Hace 29 años, durante una estancia sabática en Estados Unidos, el israelí Daniel Shechtman realizaba uno más de los estudios de difracción que se hacen a diario, cuando observó que su constelación de puntos tenía una simetría de orden cinco: ¡pentágonos! Un científico que no mereciera un Nobel habría pensado que había cometido un error, y se hubiera olvidado de ello. Dan Shechtman no. Lo revisó una y otra vez y se lo contó a sus colegas de laboratorio. Ellos le dijeron que eso era imposible y que él debería saberlo. Repitió los experimentos, comprobó una y otra vez los resultados y trató de publicarlos sin éxito. Los publicó dos años después con ayuda de otros colegas.
Les asaetearon con duras críticas, incluyendo la de cristalógrafos y químicos tan excelsos como Linus Pauling, dos veces laureado con el Nobel. ¡Cómo iba a ser errónea una teoría cerrada y probada durante más de un siglo! Le resultó difícil seguir investigando, pero no cejó en el empeño.
Más tarde, otros colegas descubrieron muchos más casos similares que también rompían la simetría canónica de la cristalografía. La explicación estaba en algo que los matemáticos habían encontrado unos años antes: que las superficies y los volúmenes pueden rellenarse completamente siguiendo pautas regulares pero no necesariamente, periódicamente perfectas. Por ejemplo, pueden hacerlo con simetría de dilatación, siguiendo pautas como la serie de Fibonacci, ligada al famoso número de oro, para algunos el canon geométrico de belleza.
Lo que Shechtman había encontrado eran los primeros materiales que -contra todo pronóstico- estaban ordenados cuasi periódicamente, es decir, los cuasicristales. Ya se le busca a este descubrimiento aplicaciones como materiales antiadherentes, aislantes y en la fabricación de aceros de alta tecnología. Pero eso cuenta poco en este caso. Lo que importa es que la tenacidad de este israelí ha roto una teoría considerada cerrada, intachable e intocable, mostrando que aún le queda larga vida a la cristalografía y que el mundo que tenemos ahí afuera, cada vez se revela menos discreto, menos compartimentado y clasificable y más continuo de lo que parecía.
Este Nobel de Química es un premio a la mera curiosidad, el motor de todo descubrimiento. Y también una llamada de atención para los jóvenes científicos. Como el propio Shechtman aconseja, "si encuentras algo radicalmente nuevo, defiéndelo". Te lloverán las críticas, y serán más duras cuanto más heterodoxo sea tu hallazgo. Si estás en lo cierto, al final te darán la razón. Y si no, todos habremos aprendido mucho en el camino.
es investigador del CSIC y director del Master on Crystallography and Crystallization del CSIC y la Universidad Internacional Menéndez Pelayo.
Juan Manuel García Ruiz

1. ¿Como se estudian los cristales si no podemos verlos?

Por la forma externa de lo cristales, sus ángulos y su apariencia externa.

2. ¿Qué descubrió Daniel Shehtman y como se lo tomó?

Que los átomos estaban ordenados en forma pentagonal cosa que era imposible, pues se oponía a la hermética teoría de la cristalografía. Pero Shetman lo reviso, y al no ver cambios lo intento publicar, hasta que lo consiguió

3.¿Como se explica su descubrimiento?

A que las superficies y los volúmenes pueden rellenarse completamente siguiendo pautas regulares pero no necesariamente, periódicamente perfectas.

4. ¿Cual es la importancia de su descubrimiento?

El descubrimiento de nuevos materiales con propiedades diferentes como aislantes, antiadherentes, y que los materiales son mas continuos de lo que parecia con su anterior teoría.

5. ¿Qué le recomienda a los jóvenes investigadores?

Que si encuentran algo radicalmente nuevo, que lo defienda aunque lluevan las críticas.

Las casualidades son así

En ocasiones, el proceso de cambio evolutivo de una especie está determinado por el azar. Este proceso es conocido como deriva genética y se manifiesta sobre todo en poblaciones de peuqeño tamaño.

En nuestro experimento partimos de una población de 6 individuos (numerados del 1 al 6). Cada individuo es de un color diferente.

Imagina que un individuo transmite su color a la siguiente generación solo por azar. Supón también que tenga tantos descendientes como veces salga su número tras lanzar el dado 6 veces.

1. Lanza el dado y marca el ejemplar que se corresponde con el número obtenido, repite el lanzamiento hasta un total de 6 tiradas.

2. Colorea la nueva columna con los colores de su progenitor según las veces que haya salido su número tras lanzar el dado.

Por ejemplo, imagina que los resultados obtenidos tras lanzar el dado 6 veces son los siguientes: 1, 5 3, 2, 2, 1.

Esto significa que los colores 1 y 2 han salido dos veces, mientras que los colores 3 y 5 han salido una vez cada uno. Por el contrario, los colores 4 y 6 no han salido ninguna vez.

Los colores de la generación siguiente quedarán así:

Repite 10 veces el ensayo y rellena en tu cuaderno una tabla como la que aparece en la parte inferior de esta página.

a) ¿A qué crees que se debe el cambio en las frecuencias de cada color en la población?

Se debe al azar

b) ¿Qué piensas que ocurriría si la población inicial fuera de 100 individuos? ¿ y si fuera de 1000 individuos? ¿ y si realizaras el experimento 100 veces?

ocurriría lo mismo lo único que habría más variedad e incluso algunas repeticiones, pero muy poco frecuentes.

c) ¿Qué conclusiones puedes extraer de tus resultados sobre lo que podría ocurrir en una población natural?

Que probablemente estos cambios se deba primariamente al azar pero después la selección natural es la encargada de ir dificultandole la reproducción de los que no pasan dicho filtro.

d) ¿Qué significado biológico crees que tiene que toda la población pase a ser solo de un color

La selección natural es la que ha influido en el proceso evolutivo del ser humano siendo la responsable de esta diferenciación de la población.

e) ¿Qué papel crees que juega el azar en el proceso evolutivo?

Puedes encontrar más información en :pincha aquí