24/11/07

Prediciendo El Futuro


La ciencia es, entre otras cosas, una manera eficiente de predecir los hábitos de la naturaleza.

Una teoría científica a menudo es capaz de vislumbrar el mundo físico con más efectividad que sus creadores.

Las teorías físicas frecuentemente están formuladas en términos de ecuaciones matemáticas. Las soluciones de estas ecuaciones bajo condiciones determinadas, permiten conocer propiedades del sistema físico que se quiere modelar, prever la evolución de dicho sistema, o mejor aún, predecir la existencia de objetos de cuya existencia ni siquiera se sospechaba antes de resolver las ecuaciones.

Luego las observaciones o los experimentos, se encargarán de verificar esas predicciones. Si resultan ciertas, la teoría habrá ganado un round en su confrontación con el mundo.

Las soluciones a la teoría de gravitación universal de Newton aplicada al sistema solar permitieron comprender las propiedades de las órbitas de los planetas, y predecir eclipses y cometas. Toda la ingeniería de vuelos espaciales se basa en la predicción del futuro que nos permite la teoría de Newton. El planeta Neptuno fue predicho teóricamente por el comportamiento de la órbita de Urano. Leverrier dijo a los astrónomos: apunten sus telescopios en tal dirección y observarán un planeta.

Las simetrías de la tabla periódica permitieron predecir la existencia de nuevos elementos químicos. La existencia del neutrino, una particular elemental, fue postulada teóricamente por Pauli, antes de detectarla experimentalmente. La antimateria fue primero una solución matemática de una ecuación propuesta por Dirac, luego se descubrió el positrón, el antiprotón y el resto de las antipartículas.

Cuando se descubrió el neutrón, algunos teóricos como Lev Landau conjeturaron la existencia de estrellas neutrónicas. Al poco tiempo se observaron con los radiotelescopios: son los púlsares.

En los años cuarenta, el grupo de George Gamow, apoyándose en el modelo del Big Bang, predijo la existencia de un fondo de microondas que debía plenar uniformemente el universo. Como no existía la tecnología adecuada para detectarla, la predicción fue olvidada. En los años sesenta la radiación cósmica de fondo se descubrió accidentalmente.

Einstein pudo haber predicho la expansión del universo. Las soluciones a las ecuaciones de la relatividad general sugerían la expansión. Pero pudo más el prejuicio de un universo inmutable y Einstein modificó las ecuaciones. Cuando Hubble descubrió la expansión, Einstein se arrepintió con amargura de haber modificado sus ecuaciones.

Definitivamente la ciencia es más eficaz prediciendo el mundo, que las bolas de cristal, la borra del café o la astrología.

La Noche de San Lorenzo


El 10 de agosto del año 258, el cielo se iluminó de estrellas fugaces que parecían venir de la constelación de Perseo, las estrellas cayeron del cielo como luces de bengala, era la Noche de San Lorenzo.
Dice la Historia que ese día, un prefecto de Roma ordenó a un diácono cristiano llamado Lorenzo, que entregara los objetos valiosos de la iglesia. Lorenzo se presentó a la prefectura con un grupo de pobres y mendigos, mostrándolos como los tesoros de la iglesia. El prefecto indignado mandó a matar a Lorenzo. San Lorenzo fue atado a una parrilla de metal y asado en las brasas mientras el cielo ofrecía su baño de estrellas. Cada 6 años por la misma época se veía la misma lluvia de estrellas fugaces, que la gente llamó las “lágrimas de San Lorenzo”.
Una lluvia de estrellas fugaces es polvo de la cola de un cometa. Son partículas con tamaños tan grandes como una frambuesa y tan pequeños como un grano de arena, que al entrar en contacto con la atmósfera de la Tierra se encienden.
Cuando un cometa pasa por el interior del Sistema Solar los gases y materiales de la superficie del cometa salen despedidos al espacio, y pasan a orbitar al Sol. Así se forma una corriente o anillo de partículas, denominado técnicamente enjambre de meteoros. La órbita terrestre cruza algunos enjambres de cometas de periodo corto, produciendo lluvias de meteoros. Cuando la actividad de una lluvia de meteoros sobrepasa los 1000 meteoros por hora, se le denomina tormenta de meteoros.
Los cometas tienen órbitas regulares y su paso cerca de la Tierra es periódico. El cometa Biela dio origen a las lágrimas de San Lorenzo. El cometa Temple-Tuttle se acerca a la Tierra cada 33 años y nos deja ver el espectáculo de las llamadas Leonidas, ya que se ven cerca de la constelación de Leo. Las Leonidas fueron vistas por Alexander von Humboldt en 1799 y su última aparición fue en 1999.
Los babilonios fueron los primeros en dejar la huella de su observación de lluvias de meteoros. Se encontraron tablillas con escritura cuneiforme que datan del año 747 a.C. donde se refleja esa observación.
El cometa Biela, reapareció en 1845 pero ya partido en dos pedazos. Cada trozo tomó un rumbo distinto, y con ellos se fueron las lágrimas de San Lorenzo.

La Fuente De La Eterna Senectud


¿Por qué envejecemos? Esta inquietante pregunta ha acosado a la humanidad desde la más remota antigüedad, y ha dado lugar en muy diversas culturas a un sinnúmero de mitos y leyendas sobre la quimera de la eterna juventud.
También la ciencia se ha interesado por el asunto. Es así como en los años sesenta el investigador Hayflick descubrió que las células humanas no pueden dividirse más de unas ochenta o noventa veces. Posteriormente, dejan de funcionar, dañando incluso a las células circundantes y, aunque vivan algún tiempo más, se dirigen inexorablemente a la muerte.
Este comportamiento, llamado límite de Hayflick, no es exclusivo de las células humanas. Todos los organismos conocidos tienen tiempos de vida genéticamente limitados.
Se piensa que el límite de Hayflick se estableció en el curso de la evolución porque en la división celular es siempre posible que se produzcan errores en el copiado del ADN, que pueden causar enfermedades y otras anomalías. Con cada división la probabilidad de una mutación problemática es mayor, por lo que es conveniente que la división celular no sea infinita.
¿Cómo saben las células cuando detener la división? Los cromosomas, es decir, las cadenas de información genética contenidas en el núcleo de la célula, tienen en sus extremos una larga región de ADN repetitivo llamado telómero. El telómero no contiene información genética y su función esencial es la de proteger los cromosomas de la degradación.
Durante la división celular cada célula duplica su material genético y lo distribuye en las dos células hijas, que son, en teoría, genéticamente idénticas a la célula madre. Pero esta copia nunca es perfecta. El agente que duplica el ADN es como una impresora que no copia el final de una página. En cada división se pierde una parte del telómero, que protege así a los genes, de manera que no se pierda información genética. A medida que el telómero se agota disminuye su función protectora. El cromosoma se hace inestable y la célula deja de dividirse. Con la disminución de la longitud del telómero se reduce también una el metabolismo celular. Se cree que este mecanismo explica el límite de Hayflick.
De manera que el telómero, al tiempo que protege la información genética, hace las veces de reloj celular de la vida. Podríamos decir a ciencia cierta que es en el mejor de los sentidos, la fuente de la eterna senectud.

La Energía Del Vacío


En 1917 Einstein dejó escapar la oportunidad de hacer la predicción del siglo: nada más y nada menos que anticipar teóricamente la expansión del universo.
En efecto, las ecuaciones de la relatividad al ser aplicadas al universo, sugerían que debía expandirse o contraerse. Era una época en la que no existían demasiadas observaciones cosmológicas y Einstein sucumbió al prejuicio milenario de un universo inmutable y estático. Modificó sus ecuaciones originales para que fueran compatibles con su prejuicio, agregándoles un término que se llamaría la constante cosmológica.
La constante cosmológica se encargaría de contrarrestar la atracción gravitacional produciendo un modelo de universo estático en equilibrio.
Una década después, en 1929, los telescopios poderosos comenzaban a mostrar evidencias contundentes de que las galaxias se alejan unas de otras en una gigantesca estampida cósmica. El universo no era estático como Einstein creía, sino en expansión como sus ecuaciones originales sugerían. Fue entonces cuando Einstein abjuró de la constante cosmológica, la estigmatizó como el mayor error de su vida y volvió a las ecuaciones originales. Ese fue el segundo mayor error de su vida. La constante cosmológica, como en la fábula del aprendiz de brujo, una vez invocada, no era fácil desaparecerla.
Corresponde a las observaciones determinar si existe o no, y cuál es su valor.
Y las observaciones llegaron. En 1998 estudiando la luz de supernovas muy distantes, dos grupos de investigadores consiguieron evidencias de que el universo no sólo se expande sino que lo hace de una manera acelerada: la expansión es cada vez más rápida.
La explicación más plausible de esta aceleración es la repulsión gravitacional producida por la constante cosmológica.
La masa asociada a la constante cosmológica representa alrededor del 70% de la masa del universo.
¿Qué forma esta “energía oscura” que controla actualmente la expansión del universo?
No lo sabemos. Sabemos que no es materia ordinaria como la que nos forma a nosotros y a las estrellas. Se le asocia con el esotérico nombre de “energía de las fluctuaciones cuánticas del vacío”, pero los cálculos teóricos y las observaciones difieren abismalmente.
La constante cosmológica, abjurada por Einstein, está en el centro de una crisis sin precedentes en la física teórica. La resolución de esta crisis clama por una adecuada comprensión de la gravedad en las más pequeñas escalas imaginables, para poder entender mejor la mayor de las escalas: el inconcebible universo.

La Flecha del Tiempo


Usted se quedaría perplejo si viera que los trozos de un vaso que se ha hecho pedazos al caer de una mesa, se juntan espontáneamente y rehacen el vaso, que luego salta a la mesa a su posición inicial, como en una película proyectada al revés. ¿Qué impide que estos y otros hechos similares se produzcan en la naturaleza?
La mano invisible que gobierna este esencial comportamiento de la naturaleza es la segunda ley de la termodinámica, una de las leyes fundamentales de la física.
Según esta ley, en la naturaleza la energía tiende a fluir espontáneamente (si no hay impedimentos), desde el sitio en que se halla concentrada, para dispersarse irreversiblemente en el medio que la rodea.
La segunda ley prohíbe los procesos en los que la energía se concentra en vez de dispersarse: como el de los trozos de vidrio ya mencionados, que concentran energía del medio para desplazarse armoniosamente, reconstruir el vaso, y elevarlo a la mesa, donde la energía se concentra en forma de energía potencial.
La tendencia natural de los sistemas ordenados y complejos es la de hacerse más simples y desordenados con el tiempo
La segunda ley fue establecida a mediados del siglo diecinueve por Rudolf Clausius y William Thompson, a partir de los trabajos de Sadi Carnot de 1822 sobre la eficiencia de las máquinas de vapor.

Rudolf Clausius introdujo en 1865 el concepto de entropía, magnitud definida de tal manera que ella siempre crece en todo proceso espontáneo que realice un sistema cerrado. De modo que decir que la energía tiende espontáneamente a esparcirse, es lo mismo que decir que la entropía tiende siempre a crecer.
La segunda ley proporciona una “flecha del tiempo”, dado que la tendencia de los procesos naturales que ella indica, impone una dirección al flujo del tiempo. La dirección positiva del tiempo está relacionada con el crecimiento de la entropía, es decir, con el flujo espontáneo de la energía de concentrada, a difundida y esparcida.
Pero ¿qué explica entonces la aparición espontánea en la naturaleza de sistemas altamente complejos y ordenados como los seres vivos? ¿No contradice esto la segunda ley de la termodinámica? Las investigaciones de las últimas décadas muestran que la naturaleza, en su afán de hacer crecer la entropía, se inclina a veces por la producción de orden, debido a que el flujo ordenado de energía produce entropía más rápidamente que el flujo desordenado.