Teoría de la relatividad de Einstein

Breve explicación de la teoría de la relatividad de Einstein

Agujeros de gusano

El símbolo matemático de "raiz" es una letra r

El símbolo √ comenzó en el año 1525 como una letra r, abreviatura de radix, que es “raíz” (o “radical”) en latín. La operación matemática, sin embargo, es tan antigua que era conocida por los egipcios al menos desde 1650 AC.

El cerebro tiene 100 mil millones de neuronas y consume solo 20 watts.

Nuestro cerebro tiene cerca de cien mil millones de neuronas (trescientas mil veces más que un cerebro de mosca) que están continuamente generando pulsos de electricidad. Sin importar qué hora es ni qué estamos haciendo, esta actividad eléctrica -impulsada principalmente por el azúcar de la comida-, alcanza unos 20 watts de potencia, tanto como una lámpara pequeña.

Hay entre 1.000 y 10.000 conexiones (sinapsis) entre cada neurona, lo que posibilita una cantidad inagotable de posibles caminos para esos impulsos eléctricos, que en conjunto fabrican nuestra compleja vida mental. Diversos cálculos estiman que el cerebro humano podría almacenar entre 3 y1.000 terabytes de información.

Google lee todas las páginas web del mundo en 0,5 segundos

En contraste, si un ser humano extremadamente habilidoso debiera hacer manualmente el trabajo del buscador, tardaría alrededor de 38.026 años.

Además:

• Si hubiera que imprimir en papel la cantidad de datos que Google procesa, se necesitarían talar 1,2 millones de árboles por día.
• La capacidad de almacenamiento de Google se está acercando a 1 hexabyte, equivalente a 50.000 años de video en DVD.
• Si alguien escribiera todas las direcciones web unas tras otra, obtendría una línea de 51 millones de kilómetros (un tercio de la distancia hasta el Sol).
• En 10 años, la cantidad de páginas indexadas por Google creció 1.600 veces (de 25 millones a 40 mil millones).
• Un monitor que pudiera mostrar todos los sitios web al mismo tiempo debería tener 380.160 millones de pulgadas (14 veces el radio del Sol; 241 veces el ecuador terrestre).

La unidad mínima de tiempo

Existe una unidad mínima de tiempo posible, y es

0,0000000000000000000000000000000000000000001 seg.

Es el tiempo de Planck, el intervalo más pequeño que puede ser medido.

Ese tiempo se determina midiendo cuánto tarda la luz (lo más rápido del universo) en recorrer la longitud de Planck (la distancia más pequeña posible entre dos puntos del espacio en que las fuerzas del universo pueden actuar).

Esa distancia es la cienmillonbillonbillonésima parte de un metro, es decir, 1 metro dividido cien millones de billones de billones de veces, es un tamaño cien mil millones de millones de veces más pequeño que un protón.

Por debajo de esa longitud, las leyes de la física conocida (desde Newton hasta Einstein) dejan de cumplirse, por lo que no tiene sentido hablar de movimiento ni, por lo tanto, de tiempo.

Además:

• Según los cálculos actuales, al Big Bang le tomó 2 tiempos de Planck crear todas las fuerzas del universo.

La banana es radioactiva

Muchas frutas son naturalmente radioactivas, porque contienen el elemento Potasio-40 (⁴⁰K), un radioisótopo del potasio normal. Pero la banana es la más radioactiva de todas, lo suficiente como para causar falsas alarmas en los sensores de radiación usados para detectar armas nucleares, lo cual ocurrió más de una vez.

La Tierra gira a 1.674 km/h

Eso significa que, si uno se para en cualquier punto del ecuador, se estará desplazando hacia el Este a 465 metros por segundo, mucho más que la velocidad del sonido. Afortunadamente, el aire de la atmósfera se mueve junto con la Tierra a la misma velocidad; si no fuera así, todos estaríamos peinados hacia el Oeste.

La teoría del Big Bang fue creada por un sacerdote católico

Monseñor Georges Lemaître fue cura y astrofísico belga. No sabemos bien cuál de las dos profesiones era la fachada, pero el hecho es que dio origen a la teoría más importante de la cosmología moderna: el Big Bang.

Se cuenta que fue la única persona del auditorio en comprender una charla de Einstein. Para entonces (1933), él ya había esbozado la original idea de que el universo era producto de una explosión ocurrida hace unos 10 o 20 mil millones de años, en contra de toda suposición católica incluso hoy en día.

No se contentó con la teoría y fue él mismo quien encontró la prueba: laradiación de fondo de microondas (foto), vestigios de aquella explosión primordial que hoy sabemos sin duda alguna que dio origen al universo conocido. ¿Qué ironía, no?

¿Cuánta masa crea un agujero negro?

Utilizando el Telescopio Muy Grande (VLT) de ESO en el norte Chile, astrónomos europeos han demostrado por primera vez que un magnetar – un inusual tipo de estrella de neutrones – se formó a partir de una estrella de al menos 40 veces la masa del Sol. El resultado desafía las actuales teorías sobre evolución estelar pues se esperaba que una estrella tan masiva como ésta se convirtiera en un agujero negro, no en un magnetar. Esto genera una pregunta fundamental: ¿cómo de masiva tiene que ser realmente una estrella para convertirse en un agujero negro?

Para llegar a estas conclusiones, los astrónomos miraron en detalle el extraordinario cúmulo estelar Westerlund 1, ubicado a 16 000 años-luz de distancia, en la austral constelación de Ara (el Altar). A partir de estudios anteriores, los astrónomos sabían que Westerlund 1 es el súpercúmulo de estrellas más cercano conocido, con cientos de estrellas muy masivas en su interior – algunas que brillan con un resplandor similar a casi un millón de soles – y una extensión de unas doscientas veces el diámetro del Sol (similar a la órbita de Saturno).

“Si el Sol estuviese ubicado en el corazón de este notable cúmulo, nuestro cielo nocturno estaría lleno de cientos de estrellas tan brillantes como la Luna llena”, dice Ben Ritchie, autor principal del artículo que presenta estos resultados.

Westerlund 1 es un fantástico zoológico estelar, con una población de estrellas diversa y exótica. Las estrellas del cúmulo tienen algo en común: todas alcanzan la misma edad, estimada en entre 3,5 y 5 millones de años, debido a que el cúmulo se creó en un solo evento de formación estelar.

Un magnetar es un tipo de estrella de neutrones con un campo magnético tremendamente fuerte – 10¹⁵ veces más fuerte que el de la Tierra-, que se forma cuando ciertas estrellas explotan como supernovas. El cúmulo Westerlund 1 alberga uno de los pocos magnetares conocidos en la Vía Láctea. Gracias a que se encuentra en el cúmulo, los astrónomos pudieron llegar a la notable deducción de que este magnetar debe haberse formado a partir de una estrella al menos 40 veces más masiva que el Sol.

Como todas las estrellas en Westerlund 1 tienen la misma edad, la estrella que explotó y dejó un remanente de magnetar debió tener una vida más corta que las estrellas sobrevivientes en el cúmulo. “Como el tiempo de vida de una estrella está directamente relacionado a su masa –mientras más masiva sea una estrella, más corta será su vida-, si podemos medir la masa de cualquier estrella sobreviviente sabremos con seguridad que la estrella de vida más corta que se convirtió en el magnetar debió ser incluso más masiva”, dice el coautor y líder del equipo Simon Clark. “Esto tiene gran importancia pues no existe una teoría aceptada sobre cómo se formaron estos objetos extremadamente magnéticos”.

Los astrónomos, por tanto, estudiaron las estrellas que pertenecen al sistema doble eclipsado W13 en Westerlund 1, utilizando el hecho de que en un sistema como éste las masas pueden ser calculadas directamente a partir del movimiento de las estrellas.

Al comparar con estas estrellas, descubrieron que la estrella que se convirtió en un magnetar debió tener al menos 40 veces la masa del Sol. Esto prueba por primera vez que los magnetares pueden desarrollarse a partir de estrellas que, por su gran masa, se esperaría que formen agujeros negros. Hasta ahora se suponía que las estrellas con masas iniciales de entre 10 y 25 masas solares se convertían en estrellas de neutrones, mientras que aquéllas sobre 25 masas solares producían agujeros negros.

“Estas estrellas deben deshacerse de más de 9 décimos de su masa antes de explotar como supernova, o de otra forma crearían un agujero negro”, dice el coautor Ignacio Negueruela. “Pérdidas de masa tan enormes antes de la explosión presentan grandes desafíos a las actuales teorías de evolución estelar”.

“Esto genera la inquietante pregunta de cuán masiva tiene que ser una estrella para colapsar y formar un agujero negro, si estrellas que son más de 40 veces más masivas que nuestro Sol no pueden conseguir esta proeza”, concluye el coautor Norbert Langer.

El mecanismo de formación preferido por los autores de este estudio postula que la estrella que se convirtió en magnetar – la progenitora – nació con una compañera estelar. A medida que ambas estrellas se fueron desarrollando, comenzaron a interactuar, consumiendo la energía derivada del movimiento orbital en eyectar grandes cantidades de masa desde la estrella progenitora. Si bien la compañera no es actualmente visible en la zona del magnetar, ello puede deberse a que la supernova que formó el magnetar provocó el quiebre del sistema binario, eyectando a ambas estrellas a alta velocidad desde el cúmulo.

Si este es el caso, los sistemas binarios jugarían un rol clave en la evolución estelar, provocando pérdidas de masa cósmica perfecta para estrellas de gran peso, que permite perder hasta un 95% de la masa inicial.

Se usan lentes cósmicas para estudiar la energía oscura!

Los astrónomos han ideado un nuevo método para medir el que tal vez sea el mayor misterio del universo – la energía oscura. Esta misteriosa fuerza, descubierta en 1998, separa nuestro universo a velocidades cada vez mayores.

Por primera vez, los astrónomos que usan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA fueron capaces de aprovechar una gigantesca lente de aumento en el espacio – un cúmulo masivo de galaxias – para investigar la naturaleza de la energía oscura. Sus cálculos, cuando se combinan con datos de otros métodos, incrementan significativamente la precisión de las medidas de la energía oscura. Esto puede finalmente llevar a una explicación sobre qué es realmente este esquivo fenómeno.

“Tenemos que abordar el problema de la energía oscura desde todos lados”, dijo Eric Jullo, astrónomo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. “Es importante tener varios métodos, y ahora tenemos uno nuevo y muy potente”. Jullo es el autor principal de un artículo sobre los hallazgos que aparece en el ejemplar del 20 de agosto de la revista Science.

Los científicos no tienen claro qué es la energía oscura, pero saben que forma un gran trozo de nuestro universo – aproximadamente el 72 por ciento. Otro trozo, de aproximadamente el 24 por ciento, se cree que es debido a la materia oscura, también de naturaleza misteriosa pero más fácil de estudiar que la energía oscura debido a su influencia gravitatoria sobre la materia que podemos ver. El resto del universo, apenas un 4 por ciento, es la materia que forma a la gente, las plantas, planetas, estrellas y todo lo que está hecho de átomos.

En su nuevo estudio, el equipo científico usó imágenes del Hubble para examinar un cúmulo masivo de galaxias, llamado Abell 1689, el cual actúa como lente de aumento, o gravitatoria. La gravedad del cúmulo provoca que las galaxias que hay tras ella lancen múltiples imágenes de formas distorsionadas, de la misma forma que el reflejo en una casa de los espejos curva tu cara.

Usando estas imágenes distorsionadas, los científicos fueron capaces de calcular cuánta luz de las lejanas galaxias de fondo había sido curvada por el cúmulo – una característica que depende de la naturaleza de la energía oscura. Su método también depende de precisas medidas terrestres de la distancia y velocidad a la que viaja el fondo de galaxias alejándose de nosotros. El equipo usó estos datos para cuantificar la fuerza de la energía oscura que provoca que el universo acelere.

“Lo que me gusta de nuestro nuevo método es que es muy visual”, dice Jullo. “Literalmente, puedes ver a la gravitación y la energía oscura curvar en arcos las imágenes de las galaxias de fondo”.

De acuerdo con los científicos, su método requiere de múltiples y meticulosos pasos. Pasaron los últimos años desarrollando modelos matemáticos especializados y mapas precisos de la materia – tanto oscura como “normal” – que constituyen el cúmulo Abell 1689.

“Ahora podemos aplicar nuestra técnica a otras lentes gravitatorias”, dice el coautor Priya Natarajan, cosmólogo en la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut. “Estamos aprovechando un fenómeno maravilloso de la naturaleza para aprender más sobre el papel que desempeña la energía oscura en nuestro universo”.

Otros autores del artículo incluyen a Jean-Paul Kneib y Carlo Schimd de la Universidad de Provence en Francia; Anson D’Aloisio de la Universidad de Yale; Marceau Limousin de la Universidad de Provence y la Universidad de Copenhague, en Dinamarca; y Johan Richard de la Universidad de Durham en el Reino Unido.

Fluctuaciones termodinámicas podrían haber generado la vida

En el campo de la abiogénesis, los científicos actualmente investigan varias formas en las que la vida podría haber surgido a partir de la materia inerte. Generalmente, cualquier teoría de la abiogénesis debería tener en cuenta dos aspectos importantes de la vida: la replicación (la capacidad de transmitir mutaciones a su descendencia) y el metabolismo (las reacciones químicas requeridas para actividades vitales, tales como romper el alimento). Aunque estas dos características ayudan a proporcionar una definición de trabajo para la vida, más recientemente los científicos han enfatizado la importancia de otra característica clave requerida por la evolución Darwiniana: la selección, o la replicación de las mutaciones que proporcionan una ventaja evolutiva.

“El problema básico de la abiogénesis es encontrar la primera entidad viva que se generó a partir de la materia inerte”, dice Doriano Brogioli, físico de la Universidad de Milán-Bicocca, aPhysOrg.com. “Pero, ¿cuál es la definición de la vida: es la replicación, o el metabolismo, o simplemente la auto-catálisis? Creo que no es simplemente una cuestión de definición: lo que es necesario es “evolución”, incluso si la entidad que sufre (o realiza) la evolución no es una entidad viva clásica. Una vez que empieza la evolución, puede alcanzar estructuras de cualquier complejidad: a partir de una célula, la evolución crea árboles, pájaros, ballenas, hormigas y todo el actual prodigio que es el mundo vivo”.

Los sistemas puramente químicos pueden poseer la capacidad de replicarse y metabolizar, pero los científicos han encontrado que los sistemas químicos no pueden realizar selección por sí mismos; las moléculas más activas no se replican más que otras, y las mutaciones individuales útiles no se heredan a la descendencia. Por tanto, los investigadores han sugerido que probablemente se requiere algún tipo de proceso físico para introducir la competición entre los sistemas químicos y generar la presión selectiva requerida para la evolución.

“Se necesitan tres características para la evolución: herencia, mutación y selección”, dice Brogioli. “Las moléculas simples pueden replicar otras moléculas, incluyendo copias de sí mismas, y pueden sufrir mutaciones. Pero en una solución con replicasas, cada una de ellas repite  lo que encuentre, incluyendo moléculas no activas o replicasas menos activas. No está activa la selección. La razón es que la química (tradicional) favorece a las moléculas egoístas: la molécula que es más probable que se replique incrementa su concentración. Para que la selección tenga lugar, debe haber un proceso físico. La confinación mediante membranas es la forma actual usada por los organismos vivos. Pero es difícil creer que una estructura compleja como una célula pueda formarse espontáneamente, dado que los polímeros de replicación deben formarse junto con las propias membranas. Este problema se encuentra en todas las teorías de abiogénesis, incluyendo el mundo de ARN y las teorías de primero metabolismo”.

Brogioli ha adoptado una aproximación única para satisfacer los requisitos de selección proponiendo que la respuesta puede estar en las fluctuaciones termodinámicas. Estas fluctuaciones, que son cambios en el número de moléculas en un volumen dado debido a los movimientos térmicos, puede permitir que la selección se haga efectiva, llevando al incremento de las moléculas con una ventaja evolutiva. Investigando algunos sistemas químicos que poseen una característica a la que llama “estabilidad marginal química”, Brogioli ha demostrado que las fluctuaciones termodinámicas inducen no sólo un camino aleatorio, sino una deriva dirigida hacia el incremento de la eficiencia en la replicación.

Brogioli sugiere que esta deriva representa una forma inicial de evolución que tuvo lugar antes de que las membranas empezaran a englobar sistemas químicos; tras esta época, las membranas habrían asumido la responsabilidad de definir entidades en competición entre sí, permitiendo que tuviese lugar la selección. Si las fluctuaciones termodinámicas desempeñaron un papel en la selección de la vida inicial, se solventaría el problema del requisito de que surjan a la vez los replicantes químicos y las membranas que los encierran.

En su artículo, Brogioli mira a la replicación desde una perspectiva cinética, en la cual el homólogo cinético de la herencia de mutaciones es la presencia de múltiples estados estacionarios, es decir, distintas líneas de mutación pueden estar presentes a la vez, y su descendencia hereda las mutaciones. Demuestra que los sistemas químicos que son capaces de pasar mutaciones a su descendencia pueden imaginarse como sistemas con múltiples estados estacionarios, dando de esta forma la propiedad de la estabilidad química marginal. Estos sistemas difieren de un sistema “auto-catalítico” simple (por ejemplo, un sistema químico puro) en que simplemente produce descendencia sin transmitir mutaciones; el homólogo cinético serían estados iniciales que todos  llevarían a un estado estacionario.

Como analogía de un sistema marginalmente estable, Brogioli considera el ejemplo mecánico de una canica en una superficie plana, donde cualquier punto de la superficie es un punto estacionario. Si se perturba la canica, alcanza un punto estacionario distinto en lugar de retornar a su posición original, dado que no hay fuerza de restauración. De la misma forma, fluctuaciones de concentración espontánea pueden permitir que un sistema químico herede una variedad de mutaciones a partir de su sistema padre, y cualquiera de estas mutaciones puede considerarse como estable.

Brogioli descubrió el movimiento de deriva estudiando matemáticamente las fluctuaciones termodinámicas a lo largo del tiempo. Encontró que, si hay presentes dos replicasas R1 y R2, la replicasa más eficiente, digamos R2, empieza a incrementar su número y hacerse dominante. En volúmenes con una mayor concentración de R2, tendrá lugar más replicación, y habrá una fracción aún mayor de R2. Después, puede surgir una replicasa incluso más eficiente debido a mutaciones aleatorias, y su concentración aumentará, y así continuamente.

Por el momento, la deriva se ha confirmado únicamente mediante cálculos numéricos, y debe considerarse aún como teoría. Brogioli señala que la mayor parte de los sistemas químicos que tienen una replicasa no poseen estabilidad marginal química, y por tanto no se ven afectados por las fluctuaciones termodinámicas. No obstante, su estudio demuestra que es posible la existencia de un sistema químico que es marginalmente estable y puede pasar por una evolución espontánea. Investigar estar teoría podría llevar a revelaciones muy importantes. La demostración de un sistema químico marginalmente estable en el laboratorio no sólo sería el primer experimento en el que un sistema químico sufre una evolución espontánea, sino también el primer modelo in vitro de reacción química que lleva a la vida.

“Actualmente, no se ha creado ninguna replicasa que pueda auto-mantener su replicación, pero la replicación de polímeros de ARN pueden obtenerse mediante la unión de oligonucleótidos cortos”, dice Brogioli. “Esta es una forma [de encontrar un sistema químico que podría tener estabilidad marginal]. Otra posibilidad es crear un sistema más abstracto, en el cual la replicación se logre mediante una enzima, y la actividad de la enzima se vea afectada por la presencia de uno de los polímeros replicados. Obviamente, esto es sólo una prueba de concepto de la estabilidad marginal y la deriva evolutiva, pero no es una reproducción realista del origen de la vida. La posibilidad más interesante es considerar las reacciones propuestas por las teorías de primero metabolismo. En esas teorías, ningún polímero replicante estuvo implicado en la abiogénesis, sino sólo pequeñas moléculas que constituyen algún tipo de red metabólica. El objetivo es encontrar una reacción muy simple que pueda ser marginalmente estable”.

Stephen Hawking asegura que Dios no creó el Universo

El científico británico Stephen Hawking afirma en su nuevo libro, The Grand Design (El Magnífico Diseño), que el Big Bang fue una consecuencia inevitable de las leyes de la física, que Dios no creó el Universo y que las teorías científicas más actuales convierten en redundante la figura de un creador. El libro, del que el periódico británico The Times adelanta hoy algunos extractos, señala: “Dado que existe una ley como la de la gravedad, el Universo pudo crearse a sí mismo -y de hecho lo hizo- de la nada. La creación espontánea es la razón de que exista algo, de que exista el Universo, de que nosotros existamos”. Por tanto, añade, “no es necesario invocar a Dios” para que haya cosmos. 

La Teoría de las Cuerdas en los metales extraños

Se encuentra un vínculo entre los agujeros negros teóricos y unos misteriosos materiales.

La Teorías de Cuerdas, que algunos físicos esperan que sea capaz de unificar la gravedad con la mecánica cuántica, puede haber encontrado una aplicación en el mundo real. Un tipo de agujero negro predicho por la Teoría de Cuerdas puede ayudar a explicar las propiedades de una misteriosa clase de materiales conocidos como “metales extraños”.

La resistencia eléctrica en los metales extraños se incrementa linealmente con la temperatura en lugar de con el cuadrado de la temperatura, como en los metales normales. También tienen otras excitaciones de energía que pueden verse como partículas de vida especialmente corta.

Los metales extraños incluyen a los superconductores de alta temperatura, que no tienen resistencia eléctrica por debajo de una temperatura crítica que normalmente se define como por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido (−196 °C). Sus propiedades han desconcertado a los físicos de materia condensada durante 20 años debido a que los metales extraños no pueden explicarse mediante el modelo líquido de Fermi, el cual capta las propiedades de los metales normales.

En 2003, el físico de materia condensada Subir Sachdev de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, y sus colegas, propusieron un nuevo modelo conocido como líquido de Fermi fraccionalizado (FFL) que parecía tener en cuenta algunas de las propiedades de los metales extraños, incluyendo la variación de su resistencia con la temperatura¹. Al contrario que el modelo líquido de Fermi, los espines mecánico-cuánticos de algunos electrones del material están unidos entre sí en un FFL.

Ahora, en un artículo publicado en Physical Review Letters² el 4 de octubre, Sachdev muestra que las características del modelo FFL encajan con las de un tipo de agujero negro de la Teoría de Cuerdas. “Aún nos queda un largo camino para poder decir que la Teoría de Cuerdas explica la materia extraña, pero tenemos una esperanza”, señala Sachdev. “Es muy emocionante debido a que es una perspectiva completamente nueva”. Añade que ha estado aprendiendo sobre la Teoría de Cuerdas a toda velocidad.

Difuminándose en la retícula

El resultado de Sachdev se basa en el trabajo del físico teórico John McGreevy del MIT y sus colegas, que en 2009 aplicaron una conjetura de la Teoría de Cuerdas conocida como correspondencia AdS/CFT a los metales extraños. La correspondencia AdS/CFT establece una equivalente matemática entre sistemas cuánticos y objetos gravitatorios. McGreevy admite que los sistemas cuánticos que sus colegas y él estudiaron eran muy abstractos debido a que tenían propiedades que se difuminaban continuamente en el espacio en lugar de variar escalonadamente, de forma cuántica.

El de Sachdev es un modelo más realista, dice McGreevy, aplicando un objeto gravitatorio, un tipo de agujero negro, a un sistema cuántico con propiedades que varía escalonadamente a lo largo de una retícula, como en la estructura reticular de los metales extraños. “Aún no es un modelo del material real, pero es un progreso en esa dirección”, señala McGreevy.

No es la primera vez que la Teoría de Cuerdas se aplica a un problema de física de materia condensada. En 2004, Pavel Kovtun, ahora en la Universidad de Victoria en British Columbia, Canadá, y sus colegas, usaron la Teoría de Cuerdas para describir una sopa de partículas fundamentales conocidas como plasma de quark-gluón creada en colisiones en el acelerador RHIC en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Upton, Nueva York. Pero esto se considera un ejemplo bastante aislado, y otros intentos de aplicar la correspondencia AdS/CFT a los sistemas de materia condensada, incluyendo los superconductores, no han logrado conectar con un modelo realista, comenta Joe Polchinski, teórico de cuerdas en la Universidad de California en Santa Barbara.

Frontera física

La esperanza es que puedan usarse los trucos de la Teoría de Cuerdas para hacer progresos en la mejora del modelo FFL. Uno de sus aspectos problemáticos es la predicción de un estado de la materia que aún tiene algún nivel de orden (entropía no cero) en el cero absoluto (0 Kelvin). Esto viola la tercera ley de la termodinámica, la cual dice que , para los FFLs, la entropía debería tender a cero cuando el sistema se enfría al cero absoluto. Sachdev dice que siempre ha considerado esto como una pega de la teoría, pero otros físicos toman la aproximación de que en lugar de eso, nos podría estar diciendo algo profundo sobre los materiales reales. “Nunca supimos si era un defecto o una característica”, dice Polchinski.

En su último trabajo, Sachdev demuestra que la versión del modelo FFL basado en Teoría de Cuerdas también viola la tercera ley de la termodinámica en el cero absoluto. El surgimiento del mismo problema en un marco de trabajo matemático completamente distinto señala a algo en el mundo real, comenta Polchinski. Sachdev dice que se necesita realizar más trabajo para establecer esto con seguridad.

McGreevy sugiere que la teoría está señalando su propia inestabilidad, por lo que el material real cambiará a otra fase a una temperatura mayor que 0 K. En un comentario al artículo de Sachdev³, McGreevy dice que se sabe que los superconductores de alta temperatura cambian de un comportamiento de metal extraño a superconducción cuando son enfriados, y evitando entrar en el estado de entropía cero.

Incluso si la Teoría de Cuerdas tiene éxito en su ayuda a los físicos de materia condensa respecto a los metales extraños, eso no significa necesariamente que la teoría sea la descripción de las partículas fundamentales y de la gravedad. No obstante, significará que la Teoría de Cuerdas ha sido útil para algo. “Ésta es una frontera importante”, dice McGreevy.

Buckybolas espaciales

Las buckybolas, también conocidas como fullerenos, son moléculas con forma de balón de fútbol que constan de 60 átomos de carbono unidos. Toman su nombre por su semejanza con las cúpulas geodésicas del arquitecto Buckminster Fuller, un ejemplo de las cuales puede encontrarse en la entrada del parque temático Epcot de Disney en Orlando, Florida. Las esferas en miniatura se descubrieron por primera vez en un laboratorio en la Tierra hace 25 años, pero no fue hasta el pasado julio cuando Spitzer fue capaz de proporcionar la primera muestra confirmada de su existencia en el espacio. En ese momento, los científicos no sabían si habían tenido suerte de encontrar un extraño suministro, o si tal vez las bolas cósmicas estaban por todos los sitios.

“Resulta que las buckybolas son mucho más comunes y abundantes en el universo de lo que inicialmente se pensada”, dice la astrónomo Letizia Stanghellini del Observatorio Nacional de Astronomía óptica en Tucson, Arizona. “Spitzer las había encontrado recientemente en una posición específica, pero ahora las hemos visto en otros entornos. Esto tiene implicaciones para la química de la vida. Es posible que las buckybolas del espacio exterior proporcionaran las semillas para la vida en la Tierra”.

Stanghellini es coautora de un nuevo estudio que aparece on-line el 28 de octubre enAstrophysical Journal Letters. Aníbal García-Hernández del Instituto de Astrofísica de Canarias en España, es el autor principal del artículo. También se publicó recientemente otro estudio de Spitzer sobre el descubrimiento de buckybolas en el espacio en la revistaAstrophysical Journal Letters. Fue liderado por Kris Sellgren de la Universidad Estatal de Ohio en Columbus.

El equipo de García-Hernández encontró las buckybolas alrededor de tres estrellas moribundas similares al Sol, conocidas como nebulosas planetarias, en nuestra Vía Láctea. Estos nebulosos objetos, formados de material arrojado desde las estrellas moribundas, son similares a aquel donde Spitzer encontró las primeras pruebas de su existencia.

La nueva investigación demuestra que todas las nebulosas planetarias en las que se han detectado buckybolas son ricas en hidrógeno. Esto va en contra de lo que los investigadores pensaron durante décadas – habían supuesto que, como sucede en el caso de la fabricación de buckybolas en el laboratorio, el hidrógeno no podría estar presente. El hidrógeno, teorizaron, contaminaría el carbono, provocando que se formasen cadenas y otras estructuras en lugar de esferas, las cuales no contienen hidrógeno en absoluto. “Ahora sabemos que el hidrógeno y los fullerenos coexisten en las nebulosas planetarias, lo cual es realmente importante para decirnos cómo se forman en el espacio”, comenta García-Hernández.

García-Hernández y sus colegas también localizaron buckybolas en una nebulosa planetaria dentro de una galaxias cercana conocida como Pequeña Nube de Magallanes. Esto es particularmente emocionante para los investigadores, debido a que, al contrario que en la nebulosa planetaria en la Vía Láctea, la distancia a esta galaxia es conocida. Saber la distancia a la fuente de las buckybolas significa que los astrónomos podrían calcular su cantidad – un dos por ciento de la masa de la Tierra, o 15 veces la masa de nuestra Luna.

El otro estudio, de Sellgren y su equipo, demuestra que las buckybolas están presentes en el espacio entre las estrellas, pero no demasiado lejos de los jóvenes sistemas solares. Las bolas cósmicas pueden haberse formado en una nebulosa planetaria, o tal vez entre las estrellas.

“Es emocionante encontrar buckybolas entre las estrellas que aún están formando sus sistemas solares, como los restos de un cometa”, señala Sellgren. “Éste podría ser el vínculo entre los fullerenos en el espacio y los que se hallan en meteoritos”.

Las implicaciones son de gran alcance. Los científicos han especulado en el pasado con las buckybolas, las cuales pueden actuar como cestas para otras moléculas y átomos, podrían haber transportado sustancias a la Tierra que iniciasen la vida. Las pruebas para esta teoría proceden del hecho de que se han encontrado buckybolas en meteoritos portando gases extraterrestres.

“Las buckybolas son una especie de diamantes con agujeros en el centro”, dice Stanghellini. “Son unas moléculas increíblemente estables y difíciles de destruir, y podrían transportar otras moléculas interesantes en su interior. Esperamos aprender más sobre el importante papel que probablemente desempeñan en la muerte y nacimiento de estrellas y planetas, y tal vez de la propia vida”.

Las pequeñas bolas de carbono son importantes también en la investigación tecnológica. Tienen potenciales aplicaciones en superconductores, dispositivos ópticos, medicina, potabilización del agua, blindaje y muchas más.

¿Por qué Saturno emite más energía que la que recibe del Sol?

Saturno emitió menos energía cada año desde 2005 a 2009, de acuerdo con observaciones realizadas por la nave Cassini de la NASA, pero el hemisferio sur de Saturno emitió consistentemente más energía que el norte, y esos niveles de energía cambiaron con las estaciones.

El que Saturno emita más del doble de energía de la que absorbe del Sol, ha sido un misterio científico desde hace décadas, pero los datos a largo plazo del Espectrómetro Infrarrojo Compuesto (CIRS), cuando se combinan con información sobre la energía que llega a Saturno desde el Sol, podrían ayudar a los científicos a comprender la naturaleza de la fuente de calor interna de Saturno.

Los planetas de nuestro Sistema Solar pierden energía en forma de radiación térmica en longitudes de onda que son invisibles al ojo humano. El instrumento CIRS capta longitudes de onda en la región térmica infrarroja, más allá de la luz roja donde las longitudes de onda se corresponden con emisiones de calor.

“En la ciencia planetaria, tendemos a pensar que los planetas pierden energía equitativamente en todas direcciones y a un ritmo constante”, dice Liming Li de la Universidad de Houston. “Ahora sabemos que Saturno no hace eso”.

En lugar de esto, el flujo energético de salida de Saturno está desequilibrado, con su hemisferio sur emitiendo aproximadamente un sexto más de energía que el hemisferio norte, explica Li. Este efecto encaja con las estaciones de Saturno: durante esos cinco años terrestres, fue verano en el hemisferio sur e invierno en el norte. Una estación de Saturno dura aproximadamente siete años terrestres.

Como en la Tierra, Saturno tiene estas estaciones debido a que el planeta está inclinado sobre su eje, por lo que un hemisferio recibe más energía del Sol y pasa por el verano, mientras que el otro recibe menos energía y está rodeado por el invierno. El equinoccio de Saturno, cuando el Sol está directamente sobre el ecuador, tuvo lugar en agosto de 2009.

En el nuevo estudio, las estaciones de Saturno parecían como las de la Tierra también por otra cosa: en cada hemisferio, su temperatura efectiva, la cual caracteriza su emisión térmica al espacio, empezó a calentarse o enfriarse conforme se aproximaba el cambio de estación. La temperatura efectiva proporciona una forma simple de rastrear la respuesta de la atmósfera de Saturno respecto a los cambios estacionales, lo cual es complicado debido a que el clima de Saturno es variable y la atmósfera tiende a retener calor. Las observaciones de Cassini revelaron que la temperatura efectiva en el hemisferio norte cayeron gradualmente desde 2005 a 2008 y empezaron a aumentar de nuevo en 2009. En el hemisferio sur, la temperatura efectiva bajó de 2005 a 2009.

La energía emitida para cada hemisferio aumentó y disminuyó junto con la temperatura efectiva. Incluso así, durante este periodo de cinco años, el planeta mostró globalmente un lento enfriamiento y emitió menos energía.

Para ver si sucedían cambios similares hace un año de Saturno, los investigadores observaron datos recopilador por la nave Voyager en 1980 y 1981 y no observó el desequilibrio entre los hemisferios norte y sur. En lugar de esto, las dos regiones eran mucho más consistentes entre sí.

¿Por qué Voyager no vio la misma diferencia entre verano e invierno en los dos hemisferios? Una explicación es que los patrones de nubes a gran profundidad podrían haber fluctuado, bloqueando y dispersando la luz infrarroja de forma diferente.

“Es razonable pensar que los cambios en la energía emitida por Saturno están relacionados con la cobertura de nubes”, dice Amy Simon-Miller, que dirige el Laboratorio de Sistemas Planetarios en Goddard y es coautora del artículo. “Conforme cambia la cantidad de cobertura de nubes, la cantidad de radiación que escapa al espacio también cambia. Esto podría variar durante una única estación y de un año en Saturno a otro. Pero para comprender completamente lo que está pasando en Saturno, necesitaremos la otra mitad del cuadro: la cantidad de energía absorbida por el planeta”.

Los científicos darán este siguiente paso comparando los hallazgos de los instrumentos con los datos obtenidos por ñas cámaras de Cassini y el instrumento espectrómetro de cartografía infrarroja. El espectrómetro, en particular, mide la cantidad de luz reflejada por la luz solar por Saturno. Debido a que los científicos conocen la cantidad total de energía solar enviada a Saturno, pueden derivar la cantidad de luz solar absorbida por el planeta, y discernir cuánto calor está emitiendo el propio planeta. Estos cálculos ayudan a los científicos a abordar cuál puede ser la fuente real de calentamiento, y si cambia.

Una mejor comprensión del flujo interno de Saturno mejorará significativamente nuestra comprensión del clima, estructura interna y evolución de Saturno y otros planetas gigantes.

Partículas subatómicas con dibujitos..

Para comprender mejor los 3 tipos de partículas subatómicas