Hasta mi puto cerebro necesita descansar...

50 soluciones a la paradoja de Fermi (38ª solución): La Tierra posee una "bomba de evolución" óptima

En ocasiones grandes meteoritos golpean la superficie de la Tierra. ¿De dónde proceden? ¿Vienen del cinturón de asteroides? Para que esto sucediese, un gran número de ellos deberían ser perturbados de alguna manera en sus órbitas estables y no se conocía hasta entonces mecanismo alguno capaz de provocarlo. Entonces, en 1985, George Wetherill señaló la importancia del "gap" o separación que existía en el cinturón de asteroides, en concreto a una distancia de 2,5 UA.

Estos "gaps" ocurren debido al fenómeno de las resonancias. En el caso que nos ocupa la resonancia se da porque cualquier asteroide a esa distancia orbita exactamente en 1/3 del tiempo que emplea Júpiter en describir una vuelta alrededor del Sol. Así, cada tres órbitas consecutivas del asteroide, Júpiter se encuentra en la misma posición relativa. El efecto gravitatorio producido tiene lugar siempre en la misma dirección y es acumulativo. De esta forma, los asteroides situados en el "gap" 3:1 acaban siendo expulsados, dejando limpia esta zona a 2,5 UA.

¿Adónde se dirigen los asteroides expulsados del gap de Kirkwood, que es como se conoce a esta región situada a medio camino entre el Sol y Júpiter? Los cálculos muestran una alta probabilidad de que sus órbitas atraviesen la de la Tierra, con las catastróficas consecuencias que podemos imaginar. Sin embargo, a pesar de que los efectos de un impacto puedan ser desastrosos para las criaturas vivas, a largo plazo pueden resultar beneficiosos. De hecho, así sucedió con los dinosaurios hace unos 65 millones de años. Si el asteroide que acabó con ellos no lo hubiera hecho, quizá los mamíferos no hubieran podido hacerse con el control y nosotros no estaríamos aquí ahora. Es, sobre todo, en estos puntos críticos donde el medioambiente cambia bruscamente, cuando la evolución "acelera" de forma brusca y nuevas especies surgen para aprovecharse de las nuevas condiciones.

John Cramer sugirió en 1986 que la evolución parece sufrir impulsos durante los sucesivos ciclos de crisis y posterior estabilidad, siendo el período óptimo de unos 20-30 millones de años. Los asteroides en el "gap" de Kirkwood 3:1 parecen cumplir estas premisas.

Las ideas de Cramer, a pesar de ser reconocidas por él mismo como especulativas, parecen constituir otra razón más para considerar que la Tierra es un sitio muy especial. Si la "bomba de evolución" funcionase demasiado rápido y los asteroides golpeasen el planeta con demasiada frecuencia la inteligencia no tendría posibilidad de desarrollarse. Por contra, si los impactos fuesen demasiado raros el proceso de la vida se estancaría y el planeta estaría dominado por trilobites, cucarachas, dinosaurios (u otras criaturas totalmente distintas). En todo caso, no necesitarían adoptar nuevos modos de comportamiento o adaptación ni, por supuesto, desarrollar radiotelescopios o naves espaciales.

La existencia del cinturón de asteroides se la debemos a Júpiter y la resonancia 3:1 también. Si existe algo como la "bomba de evolución" arriba descrita, debemos dar gracias, una vez más, a nuestro amigo y vecino Júpiter...

Futurama por un tubo...

Philip J. Fry es un atontado repartidor de pizzas a domicilio que tiene problemas en su trabajo y ha sido abandonado por su novia el mismo día de nochevieja de 1999. Cuando se dispone a hacer su última entrega del año, una broma pesada le lleva hasta unos laboratorios de criogenia. Allí se introduce accidentalmente en una de las cámaras preservadoras, quedando atrapado nada menos que mil años. Cuando se despierta se encuentra en la noche vieja del año 2999, en una ciudad completamente desconocida: los viajes espaciales se han convertido en algo habitual, las cabezas parlantes de personajes célebres se conservan en frascos, los robots pululan por doquier y la gente se desplaza por toda la ciudad gracias a unos tubos neumáticos la mar de eficientes.

Aunque en la actualidad los tubos neumáticos son utilizados para transportar objetos pequeños, como dinero en algunos hipermercados, lo cierto es que podríamos plantearnos si tal posibilidad sería realizable a la hora de "mover" personas de un punto a otro de una ciudad atestada de tráfico. Veamos cuál es el fundamento de uno de estos tubos neumáticos, más sencillo que el mecanismo cerebral que controla el ansia cervecera de Bender.

Si alguna vez habéis bebido un refresco, batido o cualquier otro líquido con ayuda de una pajita (Supermán ya lo intentó una vez) os habréis dado cuenta de que lo único que estáis haciendo es producir una diferencia de presiones entre los dos extremos de la misma. Así, al succionar el aire por uno de los lados, la presión aquí disminuye con respecto a la del opuesto, siendo la propia presión en el líquido, asistida por la inestimable ayuda de la presión atmosférica, la que empuja la bebida hacia nuestra boca, donde es recibida con entusiasmo. Pues bien, este mismo fundamento que os acabo de describir es el que explica la forma de operar de un tubo neumático como el que se emplea en la serie de animación Futurama, a la que se refiere, como ya habréis adivinado todos, el primer párrafo. Se trata, pues, de generar una diferencia de presiones entre la cabeza y los pies de una persona que sea capaz de contrarrestar el peso de ésta y la fuerza de fricción o rozamiento con el aire del interior del tubo. Veámoslo un poco más detenidamente y distingamos tres casos diferentes:

1.- Sube que te sube

Cuando Bender, por ejemplo, quiere viajar en sentido ascendente, actúan cuatro fuerzas sobre él. En primer lugar su propio peso, que tira hacia abajo de su brillante culo metálico; después la fricción con el aire, también hacia abajo; y, por último, la fuerza debida a la presión del aire, que actúa sobre los pies del robot (empujándole hacia arriba) así como sobre su cabeza (empujándole hacia abajo). Pues bien, llegados a este punto, la segunda ley de Newton nos dice que la suma total de esas cuatro fuerzas debe ser igual al producto de la masa de Bender por su aceleración en el sentido del movimiento. Y aquí conviene aclarar un punto.

En efecto, la fricción con el aire del interior del tubo es una fuerza que varía con la velocidad de la persona que se desplaza por él (además, también lo hace con el área del cuerpo enfrentada con el aire, la densidad de éste y la postura particular adoptada: no es igual estar de pie que en cuclillas, por ejemplo), hecho que dificulta el cálculo que pretendemos, que no es otro que el valor de la caída de presión necesaria para que se mueva nuestro pasajero. Pues bien, cuando un cuerpo se mueve en el interior de un fluido y está influenciado por una fuerza de rozamiento viscoso que depende de la velocidad, se puede demostrar que llega un momento en que dicho cuerpo alcanza una velocidad máxima, denominada velocidad límite o velocidad terminal, manteniéndola a partir de entonces. Gracias a este fenómeno se puede hacer nula la aceleración que aparece en la segunda ley de Newton aludida anteriormente, así como determinar el valor concreto de la velocidad terminal, que resulta ser de unos 310 km/h para una persona de 75 kg. No debe de resultar demasiado agradable pero, en fin, seguro que el profesor Farnsworth tiene alguna solución al respecto. En cuanto a la diferencia de presiones entre los pies y la cabeza del arriesgado pasajero, ésta alcanzaría nada menos que unos 10,9 kPa (la presión atmosférica normal es de 101,3 kPa). Esto significa que el extremo del tubo que nos succiona debe tener una bomba capaz de reducir la presión del aire hasta los 90,4 kPa.

2.- Baja que te baja

Este caso particular no requiere de física demasiado avanzada, pues simplemente hay que dejarse llevar por la gravedad, es decir, que no haría falta mantener diferencia de presiones alguna entre los dos extremos del tubo neumático.

3.- Manteniendo la horizontal

Si se procede de forma análoga al primer caso (siempre que admitamos que el pasajero no caiga en el interior del tubo y se golpee con la pared inferior del mismo) las restricciones no son tan severas, ya que ahora la succión no debe contrarrestar el peso de la persona, al estar ésta en posición horizontal. Así, la nueva diferencia de presiones sería únicamente la mitad de la requerida en el movimiento de ascenso vertical, unos 5,45 kPa o, equivalentemente, un valor absoluto de la presión de succión de 95,85 kPa.

Esperemos que la tecnología de dentro de mil años haya sabido resolver la cuestión de las curvas y cambios de sentido, con bombas suficientemente inteligentes. Las de ahora sólo matan...

Fuentes:

Tubular Travel. S. Clapton, C. Meredith and D. Boulderstone. Journal of Physics Special Topics, Vol. 9, No. 1, 2010.

50 soluciones a la paradoja de Fermi (37ª solución): Los planetas como Júpiter no abundan

Desde el primer exoplaneta descubierto en 1995 los astrónomos han encontrado hasta la fecha más de 500. Muchos de ellos poseen tamaños bastante mayores que el de la Tierra. Sin embargo, mientras que Júpiter orbita el Sol a unas 5,2 UA, los planetas extrasolares hallados suelen hacerlo mucho más cerca de sus estrellas, describiendo órbitas prácticamente circulares debido a las fuerzas de marea producidas por la interacción gravitatoria.

Tampoco resulta demasiado sorprendente que los planetas que descubren los astrónomos sean de tamaños similares o mayores incluso que Júpiter, ya que las técnicas conocidas no permiten el descubrimiento de cuerpos tan pequeños como la Tierra, al menos de forma tan eficiente. Pero lo realmente sorprendente es la gran proximidad de estos planetas tipo Júpiter a sus estrellas madres (de ahí que reciban el nombre genérico de Júpiters calientes). Nuestras teorías sobre la formación planetaria implican que los planetas gaseosos como Júpiter no pueden formarse a menos de 3 UA de una estrella como nuestro Sol (a esto se le conoce como el límite de nieve). Así pues, ¿son realmente gigantes de gas estos mundos? ¿Están equivocados nuestros modelos de formación planetaria? O simplemente ¿se formaron estos planetas más allá de la línea de nieve y han migrado después hacia el interior de la misma, acercándose a su estrella madre?

Una vez que el sistema planetario se ha formado ya no puede darse el acercamiento de los planetas de tipo Júpiter. En cambio, en las fases iniciales sí puede tener lugar. Si un gigante gaseoso migrase desde el exterior de la línea de nieve hacia las cercanías de su estrella, la perspectiva de otros planetas menores (de tipo terrestre) no sería demasiado buena. Las simulaciones por ordenador muestran que estos planetas más pequeños tenderían a precipitarse sobre el sol o incluso ser expulsados al espacio exterior.

Sin embargo, no todos los exoplanetas conocidos son Júpiters calientes y algunos de ellos se encuentran más allá de la línea de nieve. Un problema que suelen presentar estos cuerpos es su órbita enormemente excéntrica, en comparación con la de los planetas del sistema solar. Si un planeta como Júpiter tuviese una órbita mucho más elíptica de la que tiene realmente, la Tierra quizá no existiese.

Así pues, tanto si nuestro sistema solar ha tenido un Júpiter caliente como un Júpiter excéntrico, las probabilidades han sido altas de que la Tierra pudiese no haber albergado vida durante casi 4.000 millones de años, ya que su órbita habría sido alterada de forma catastrófica. De todas maneras hay que señalar que nuestras técnicas actuales de detección pueden ser algo sesgadas ya que tan sólo permiten detectar grandes planetas que orbitan cerca de sus estrellas o que poseen órbitas muy excéntricas. Por lo tanto, no se puede concluir que los "buenos" Júpiters sean raros. Por otro lado, puede que seamos muy afortunados y hayamos sido agraciados con un Júpiter adecuado, con una órbita estable y poco elíptica. Quizá los "malos" Júpiters sean la norma ahí fuera.

¿Y qué pasa con los sistemas planetarios? Al parecer no está claro si éstos pueden formarse sin dar lugar a gigantes gaseosos tipo Júpiter. Incluso aunque se formasen podría suceder que no fuesen más adecuados para el desarrollo de la vida que los que contienen "malos" Júpiters. Nuestro propio Júpiter ha jugado dos papeles decisivos en la aparición y desarrollo de la vida en la Tierra: como deflector y como proveedor de agua.

En el primer caso, la gran masa de Júpiter hace de escudo protector de la Tierra y otros planetas menores ya que provoca que objetos en órbitas muy elípticas como cometas o asteroides sean desviados y lanzados fuera del sistema solar o incluso colisionen contra el mismo Júpiter.

En el segundo caso, el papel de Júpiter en las primeras etapas de formación del sistema solar consistió en hacer que la gran cantidad de escombros y asteroides que abundaban se juntasen en otros objetos más grandes, del tamaño de Marte o similar, en órbitas excéntricas. Algunos de estos cuerpos protoplanetarios colisionarían con la Tierra y podrían haber dado lugar a nuestros océanos o incluso a la misma Luna.

Las simulaciones por ordenador muestran que un planeta de la masa de Júpiter situado en las regiones distantes de un sistema planetario permite la formación de cuerpos como la Tierra con gran cantidad de agua, pero únicamente a 4-5 UA, lo cual cae bastante lejos de la zona habitable. Parece, pues, que un sistema planetario no sólo necesita un "buen" Júpiter sino uno a la distancia correcta. De otra forma, el agua quedaría atrapada en un cinturón de asteroides o congelada en planetas de tipo terrestre, con lo cual no podría aparecer la vida.

¿Explica entonces la existencia de Júpiter la paradoja de Fermi? Dudoso, aunque muy bien podría haber otro factor causante de que la vida fuese un proceso raro. Podríamos pensar que a medida que vayamos mejorando nuestras técnicas de detección irán apareciendo más Júpiters "buenos". Incluso aunque así no fuese podrían existir otras disposiciones de objetos en un sistema planetario que condujesen a la existencia de zonas habitables. Al fin y al cabo, nuestro fracaso a la hora de descubrir dichas disposiciones puede ser simplemente un fallo de nuestra imaginación...

¿Y si el éter existiera, después de todo?

Es bien sabido que el sonoro fracaso del célebre experimento de Michelson y Morley, llevado a cabo en 1887, constituyó uno de los hechos que condujeron a Albert Einstein a prescindir del hipotético éter, un medio material extraordinariamente poco denso que ocupaba todo el espacio y en cuyo seno tenía lugar el movimiento de todas las entidades físicas (incluida la luz). La mecánica clásica (también denominada newtoniana, por estar regida por las leyes de Newton), que había explicado el movimiento de los cuerpos durante más de 200 años, sufrió una convulsión total con los postulados de la teoría especial de la relatividad, publicada en 1905, y, posteriormente, con las leyes de la relatividad general. Las nociones de espacio y tiempo absolutos e independientes del estado de movimiento del observador de la mecánica newtoniana se vinieron abajo completamente.

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Entrevista en "Fallo de sistema"

El pasado domingo los chicos de "Fallo de sistema", un programa que se emite los domingos entre las 16:00 y las 17:00 de la tarde en Radio 3 de RNE tuvieron a bien contar conmigo entre sus invitados. Charlamos de mi asignatura en la universidad y de mis libros. Pasamos un estupendo rato.

Si queréis escucharme, aquí os dejo el enlace al podcast de la emisión. ¡¡Disfrutadlo!!

Unas pocas lecturas veraniegas

A puntito ya de entrar en el deseado y ansiado período vacacional, os traigo, como ya es habitual por estos lares, unas cuantas recomendaciones literarias y/o divulgativas que han pasado por mis manos durante los últimos tres meses.


1.- Agujeros negros y tiempo curvo (Kip S. Thorne)

La historia del desarrollo de la teoría sobre los agujeros negros, contada con detalle por uno de sus mayores contribuyentes. Escrita con gran rigor, de forma muy amena, salpicada de anécdotas históricas vividas en primera persona por el autor, junto a otras grandes figuras en el campo de la física de los agujeros negros y la relatividad general.

Un poco antiguo, pues sólo llega hasta el año 1993. De todas formas, se aprende muchísimo leyéndolo y abre enormemente el apetito para aprender mucho más aún. Recomendable cien por cien.


2.- Entrelazamiento (Amir D. Aczel)

El fenómeno más extraño de la física, explicado desde los principios de la mecánica cuántica, en los años 20 del siglo pasado. Está contado en orden histórico de acontecimientos, pasando por la teoría, el experimento EPR, el teorema de Bell, los decisivos experimentos de Aspect, entre otros. Finaliza el libro con el asunto del teletransporte cuántico, una de las aplicaciones más asombrosas del entrelazamiento.

Recomendable, aunque algunos capítulos resultan un tanto duros de digerir.


3.- Los propios dioses (Isaac Asimov)

Impresionante novela, absorbente desde la primera página hasta la última. Y no digo más...


4.- La parapsicología ¡vaya timo! (Carlos J. Álvarez)

La parapsicología nació hace más de 100 años como una rama de la psicología. Por eso, al principio, utilizó los métodos propios de la ciencia. A lo largo de su historia se han investigado miles de casos supuestamente paranormales, desde el punto de vista de la ciencia más rigurosa. Sin embargo, unas veces por descuido, otras por falta de escrupulosidad en el diseño y control de los experimentos, nunca se han hallado resultados que corroboren la existencia (más allá del puro azar) de fenómenos como la percepción extrasensorial, la adivinación, visión remota, etc.

Desgraciadamente, en la actualidad, la parapsicología se considera, sin ningún género de dudas, una pseudociencia más, pues aunque en sus comienzos no fue así, adolece cada vez más de un total rechazo del sentido crítico por parte de sus practicantes y creyentes (de sobras son conocidos casos de fraude demostrado, como el del ya célebre Uri Geller y sus espectáculos televisivos). Si allende nuestras fronteras la cosa pinta mal, en España es aún peor, pues en nuestro país jamás ha habido intento alguno siquiera por disfrazar un tanto la parapsicología con el hábito de la ciencia.

No existen estudios oficiales de parapsicología, ni titulación universitaria alguna con tal denominación. Además, los fenómenos parapsicológicos parecen violar las leyes básicas de la física conocida.

Pero no sólo hay sitio en este libro para la parapsicología científica, sino también para la que el autor denomina "de la vida cotidiana", "para andar por casa", esos fenómenos que estamos hartos de ver en los medios de comunicación: premoniciones, sueños que se cumplen, telepatía, transmisión del pensamiento, intuición y sexto sentido, efecto de detección de la mirada, precognición, adivinación, déjà vu, experiencias extracorpóreas, cercanas a la muerte, etc. Todas ellas, sin excepción, sucumben a toda clase de pruebas y exámenes científicos adecuadamente dispuestos. En muchas ocasiones, no resisten ni el más elemental análisis lógico. Incluso algunos de estos fenómenos violan claramente las leyes bien establecidas de la física.

Como el propio autor indica, no se trata de un repaso ni análisis exhaustivo de todos los supuestos poderes mentales y fenómenos paranormales, sino de una pequeña muestra de que todos ellos tienen una explicación científica y, por tanto, cualquier otra cosa es, en efecto, un timo.


5.- Nucleares ¿por qué no? (Manuel Lozano Leyva)

Historia y física de la energía nuclear, contadas por uno de los grandes conocedores del tema en este país. Pros, contras y datos objetivos para ayudarnos a discernir entre ciencia y charlatanería en uno de los temas más controvertidos de la sociedad contemporánea. Sencillo y claro, se deja leer con gusto.


6.- Tommyknockers (Stephen King)

Se os caerán los dientes y menstruaréis a raudales si leéis esta bazofia del maestro del terror.