El sonido de la materia.

https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page

http://www.eumus.edu.uy/eme/ensenanza//acustica/apuntes/material-viejo/fisica_r/

¿Qué es un ordenador cuántico? Primera parte

Un ordenador, también llamado computador o computadora, es, como bien lo define wikipedia, una máquina electrónica que recibe y procesa datos para convertirlos en información conveniente y útil.

Pero esos datos, para cualquier ordenador, son en realidad números. Los ordenadores no entienden de literatura, ni de física, ni de música…, ni siquiera de matemáticas entienden. Ellos sólo entienden y manejan números, números muy grandes - eso sí -, números formados por muchas cifras y con muchos decimales.

Por otra parte al ordenador le suministramos información a través de “sus sentidos”, así como nosotros percibimos el mundo exterior a través de la vista, el oído, el gusto, el olfato o el tacto, el ordenador percibe sus datos a través del teclado, el lápiz óptico, el ratón, etc. Y se expresa mediante el monitor, la pantalla, los altavoces, etc.

Cuando tecleamos, por ejemplo, nuestro nombre sobre el teclado, al pulsar cada una de las letras y espacios lo que estamos haciendo es indicar a la computadora una secuencia de números (cada tecla, al ser pulsada, cortocircuita dos de las patitas de un pequeño circuito integrado, mediante la matriz de cables desnudos de cobre existente bajo las teclas de plástico). 

De igual modo cuando el ordenador nos quiere indicar un resultado, o simplemente escribir en la pantalla un pasaje del Quijote para nosotros, lo que hace es justamente lo contrario (en este caso envía señales eléctricas a algunos de los cables de cobre que se cruzan tras la superficie de la pantalla del monitor en pequeñas celdas que al recibir tensión se iluminan). Así, cada una de las celdas, en las que confluyan los pares de señales que el ordenador envió, se iluminarán para formar un pixel de imagen, que junto con otros muchos píxeles, o celdas iluminadas, conformarán y trazarán las imágenes visibles (en este caso las letras y palabras del párrafo mencionado).

Pero los números con los que el ordenador lo hace todo (desde escribir una poesía a realizar un complicado cálculo matemático, pasando por dibujar el esquema de una máquina, colorear una imagen o reproducir una canción, entre otros miles de cosas) no funcionan como los que usamos nosotros de forma cotidiana. Nosotros utilizamos diez dígitos, del cero al nueve, para representar cualquier cantidad posible, el ordenador, en cambio, sólo utiliza dos: el cero y el uno. 

Y es que con solo esos dos caracteres (cero o uno, blanco o negro, encendido o apagado, alto o bajo, con tensión o sin tensión…) se puede escribir cualquier número. 

Veamos un ejemplo:

Si yo quiero escribir el número 8, utilizando solo ceros y unos, puedo escribirlo así: 1000 (un uno seguido de tres ceros). 

El dígito más a la derecha vale 'uno' si está en 1 y 'cero' si está en 0. 

El segundo dígito vale 'dos' si está en 1 y 'cero' si está en 0.

El tercer dígito vale 'cuatro' si está en 1 y 'cero' si está en 0.

El cuarto dígito vale 'ocho' si está en 1 y 'cero' si está en 0. 

Por tanto el ocho se escribe encendiendo solo el cuarto dígito, comenzando a contar desde la derecha hacia la izquierda.

Para escribir el seis, por ejemplo, encendemos el tercer dígito (que vale cuatro) y el segundo (que vale dos), manteniendo los otros dos apagados, es decir 0110. 

Y para el siete encendemos el primero, el segundo y el tercero: 0111.

Si en vez de usar solo cuatro dígitos usamos 8, 16, 32, 64, 128... imaginad los números extensísimos que podemos llegar a representar, porque cada dígito que añadimos por la izquierda valdrá el doble que el que le precede.

Por ejemplo el número 15, en binario, sería 1111, para continuar con números más grandes añadimos dígitos. Así:

El 16   se escribe                0 0 0 1  0 0 0 0
El 32   se escribe                0 0 1 0  0 0 0 0
El 64   se escribe                0 1 0 0  0 0 0 0
El 65   se escribe                0 1 0 0  0 0 0 1
El 127 se escribe                0 1 1 1  1 1 1 1
El 255 se escribe                1 1 1 1  1 1 1 1
El 256 se escribe    0 0 0 1  0 0 0 0  0 0 0 0

De esta forma podemos ir aumentando dígitos hasta el infinito para conseguir cada vez números más grandes. La única limitación para seguir implementando dígitos es el espacio de almacenamiento que necesitamos, que aumentará conforme se haga más grande el número.

Como os decía al principio los números se pueden convertir en cualquier cosa, en letras por ejemplo, si a cada letra le asignamos un número específico.
Podemos empezar asignando a la “a” el “1”, y así hasta la “z” a la que asignamos el número “27”, luego volvemos a recorrer el abecedario desde la “A” a la que le asignamos el “28” y numeramos todas las mayúsculas hasta la “Z”, después asignamos número a los dígrafos: ch / ll / gu / qu / rr, también a cada uno de los signos de puntuación, etc., etc., etc.

Es evidente que para escribir la palabra “Casa”, al ordenador, para que nos entienda, tenemos que decirle que lo que vamos a escribir es una palabra, y luego deletrearle la palabra en cuestión. En vez de “Casa” le decimos: “30-01-20-01” (el 30 es "C" mayúscula, el 1 es "a" minúscula, el 20 "s" minúscula y el 1 es "a" minúscula) que en binario sería: 

00011110-00000001-00010100-00000001

Porque: 

DECIMAL            BINARIO

30 --> 0 0 0 1 1 1 1 0
01 --> 0 0 0 0 0 0 0 1
20 --> 0 0 0 1 0 1 0 0
01 --> 0 0 0 0 0 0 0 1

Así que nuestra palabra simple de cuatro letras para que el ordenador la entienda hay que convertirla a un número de 32 dígitos. Y así sucede para cualquier otro dato que queramos introducir al ordenador.
Imaginaos por ejemplo para escribir las obras completas de Cervantes, la cantidad de dígitos que se necesitan. 

Todos estos números se almacenan, en el interior de los ordenadores, en una especie de estanterías electrónicas a las que llamamos memorias. Una memoria de ordenador no es más que una pila de baldas con 8, 16, 32, 64… casilleros cada una.

Para almacenar nuestra palabra: “Casa” en una memoria digital, basta con poner una marca en cada una de las casillas que queremos que valga uno y no hacer nada en las demás. 

Así en la primera de las baldas, de nuestra estantería-memoria de treinta dos casilleros, tendríamos:

  0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

          _ _ _ X X X X _ _ _ _ _ _ _ _ X _ _  _ X _ X _ _ _ _ _ _ _ _ _ X

Con esas ocho celdas activadas (con tensión eléctrica) hemos escrito 'Casa' en la primera balda de nuestra memoria, y a esa balda en concreto le asignamos una dirección (la 00000111 por ejemplo) para que cuando queramos recuperar nuestra palabra solo tengamos que indicársela a la computadora y ella, automáticamente, después de leer los números en el casillero direccionado, envíe los datos a la pantalla en forma de números que encederán los píxeles necesarios para mostrar la palabra [Casa] en el display. 

De esta forma tan simple, con estanterías de datos (memorias) muy grandes (de muchas baldas apiladas, y muchos casilleros por balda), podemos guardar grandes cantidades de números (que representarán todo aquello que nosotros queramos codificar) que luego podemos recuperar cuando queramos para mostrarlos o para operar con ellos.

En realidad las memorias son circuitos electrónicos que, en vez de marcas o unos y ceros, lo que almacenan son niveles de tensión. Es tan simple como enviar y mantener 5 voltios de tensión, aplicados a las celdas del circuito integrado (memoria) que queremos que valgan 1, y no enviar nada, manteniendo esas otras por tanto a cero voltios, a las celdas que deben contener el valor 0.

No vamos a profundizar más en el ordenador clásico, pues sería preciso escribir varios libros para poderlo hacerlo seria y pormenorizadamente, pero creo que con lo expuesto hasta aquí se entiende básicamente su funcionamiento y es más que suficiente para ingresar en la segunda parte: en “lo cuántico”.

...Y ¿qué es cuántico?... Qué significa en realidad esta bonita palabra que suena a magia y que utilizan sin mesura y sin pudor todos aquellos que quieren “impresionar” al resto de los mortales intentando explicar lo que aún es inexplicable para la ciencia. 

Bueno… voy a intentar explicároslo como lo entiendo yo, sin magia ni meigas, pero esto será en una segunda entrega, pues esta ya se ha alargado en demasía. Os prometo que en unos días os sigo contando cosas sobre el intrigante ordenador cuántico. Hasta entonces gigasaludos y terabytes de gracias a todos y cada uno de mis apreciados lectores.

Neutrinos

Fuente: Wikipedia

Los neutrinos, después de los fotones, son las partículas más abundantes de todas las conocidas en nuestro Universo. Son partículas fundamentales, sin carga eléctrica y, aunque surgen y se propagan en las interacciones de la Fuerza Nuclear Débil mediante bosones W y Z, se crean, no obstante, en el ámbito exclusivo en el que domina la Fuerza Nuclear Fuerte, es decir, en el interior de los nucleones; donde residen quarks y gluones. Por esta razón, siempre que en un átomo se desintegra un neutrón, se produce un neutrino. 

Modelos atómicos

En el siglo V antes de Cristo, Leucipo de Mileto y Demócrito; su discípulo más aventajado, considerado por muchos como el padre de la ciencia moderna, ambos filósofos y matemáticos nacidos en Tracia, fundaron la escuela atomista, según la cual los átomos serían una colección de partículas materiales indestructibles y carentes de atributos, cuyas distintas mezclas, o aleaciones, compondrían la materia constituyente de los diferentes cuerpos existentes.

Esa fue la primera vez que, tras casi doscientos mil años de existencia, nuestra especie, el homo sapiens, se plantearía la necesidad filosófica de comprender la esencia material de los elementos naturales, desmenuzándolos en trozos, cada vez más pequeños, hasta alcanzar sus más ínfimos e indivisibles componentes, a los que llamaron entonces “a-tomon”, palabra griega que más tarde dio lugar al vocablo latino “atomum”, que significa “sin cortar”, “sin partes”, o más exactamente, “indivisible”.

El Spin de las partículas subatómicas.

Según Stephen Hawking, y lo explica en su libro Breve Historia del Tiempo, lo que indica realmente el espín de una partícula es "cómo ésta se muestra, vista desde distintas direcciones”.

Hay que tener en cuenta que el spin no puede tomar cualquier valor, sino que está cuantizado, y siempre ha de ser múltiplo entero de la mitad de la Constante Reducida de Plank (h con barra / 2), lo que significa que, al medirlo, solo se pueden dar determinadas proyecciones de la partícula observada sobre una dirección concreta. 

CONSTRUYENDO EL COSMOS. EL TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS.

Imagen: http://recursostic.educacion.es/bancoimagenes/web/

Todas las cosas que percibimos en la naturaleza son susceptibles de ser divididas en trozos muy pequeños. Esos trozos, los más diminutos que seáis capaces de conseguir, están hechos de moléculas, que son los pedacitos más chicos en los que podéis trocear cualquier objeto que tengáis a la mano y que, aunque os resulten invisibles a simple vista, mantienen todas las propiedades químicas de la sustancia de la que proceden. Si machacáis por ejemplo un grano de sal común hasta convertirlo en polvo finísimo, observaréis (al microscopio) las moléculas que lo componen; esto es, los fragmentos más pequeños de sal común machacada que pueden seguir llamándose cloruro de sodio porque aún son sal y, por tanto, mantienen todavía su capacidad de sazonar vuestra comida.

Existen infinidad de moléculas en la naturaleza, tantas como materiales seáis capaces de observar. Cualquier cosa que podáis ver, oír, oler, gustar o tocar, esté hecha de células, plásticos, maderas, gomas, minerales, metales, cartón… o de lo que sea, está construida, sin lugar a dudas, con infinidad de moléculas unidas las unas a las otras a modo de piezas de un lego miniatura.

El átomo. Quarks vs Partones.

Richard Feynman fue un insigne físico estadounidense que recibió el Nobel de física por sus trabajos en electrodinámica cuántica, en los que desarrolló un método para estudiar las interacciones y propiedades de las partículas subatómicas utilizando los llamados diagramas de Feynman.  Él postuló, a mediados de la década de 1960, que debían existir ciertas subestructuras en el interior de protones y neutrones a los que llamo partones.

Ejemplo de diagrama de Feynman

Por otra parte, en 1960, Murray Gell-mann, un físico del Caltech y Yuval Ne’eman, físico del Imperial College de Londres, desarrollaron, independientemente, una clasificación que fue considerada el primer intento con éxito de evidenciar la conexión básica existente entre partículas de diferentes familias. Ambos verificaron que muchas de las partículas conocidas podían ser agrupadas en familias de ocho partículas con características análogas. Esa manera de clasificar partículas fue llamada de clasificación octal. En cierta forma ellos hicieron con las partículas elementales lo que Mendeléyev había hecho casi un siglo antes con los elementos químicos, cuando creó su tabla periódica.

El átomo. Protones y Neutrones.

Henry Moseley, un joven científico inglés, graduado en física y química, brillante colaborador de Rutherford, enunció en 1913 una ley empírica que establecía una relación sistemática entre la longitud de onda de los rayos X emitidos por cualquier átomo y su número atómico. 

Este descubrimiento de Moseley, significó un gran avance para comprender la estructura de los átomos, y con toda seguridad habría sido galardonado con el premio Nobel por su descubrimiento de no haber sido abatido, lamentablemente para la ciencia, por una bala en la primera guerra mundial; cuando solo contaba con 27 años de edad.

El átomo de Rutherford y Bohr.

A pequeña escala todo se simplifica. Toda la materia del universo, las estructuras grandes y pequeñas, las montañas, nuestras viviendas, el aire que respiramos, los árboles, las rocas, los animales, el agua que bebemos… nosotros mismos, todo está hecho de átomos y de sus combinaciones.

Los átomos son objetos muy pequeños con masas igualmente minúsculas. Su diámetro es del orden de la diez millonésima parte de un milímetro, es decir en un milímetro caben diez millones de átomos alineados. Su masa también es casi inconcebible para nuestros sentidos, para que una balanza acuse una masa de un gramo, habría que colocar un cuatrillón de átomos de hidrógeno sobre el platillo de una balanza para que esta marque un gramo de peso en la Tierra.

El nombre «átomo» proviene del latín "atomum", y este del griego "ἄτομον", y significa: no divisible. El concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compone la materia del universo, fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia. Sin embargo, no fue considerado seriamente por los científicos hasta el siglo XIX, cuando fue introducido para explicar ciertas leyes químicas. Y No fue hasta el siglo XX, con el desarrollo de la física nuclear, que se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas.

¿Qué es la Fuerza Nuclear Fuerte? Quarks, Gluones y Piones.

Los componentes de la materia más pequeños que conocemos son los quarks y los electrones. Son partículas subatómicas a las que denominamos, de forma genérica, fermiones.

Los electrones pertenecen al grupo de los leptones (un leptón es un fermión fundamental sin carga hadrónica o de color, existen seis leptones y sus correspondientes antipartículas: el electrón, el muón, el tau y tres neutrinos asociados a cada uno de ellos). Los electrones son eminentemente asociales, incapaces de permanecer cerca los unos de los otros ni tan siquiera un instante, tanto es así, que si uno de ellos se ve obligado a invadir el espacio en el que vibra otro electrón, obligará al inquilino de aquel lugar a saltar ipso facto, de forma irremisible, a otro lugar. 

Solo existe una situación en la que los huraños electrones se prestan a acercarse y colaborar, a “danzar en pareja” con sus parientes clones, este sorprendente hecho sucede "solo" cuando el medio en el que se encuentran está a bajísima temperatura (Pares de Cooper).

El nacimiento de la Física Cuántica. Max Planck.

A finales del siglo XIX Rayleigh y Jeans, dos científicos británicos, habían unificado las leyes de radiación en una sola ley universal:

“La intensidad de la radiación emitida por un cuerpo calentado es directamente proporcional a su temperatura absoluta e inversamente proporcional al cuadrado de la longitud de onda de la luz que emite”

Aunque, en principio, parecía que esta ley se cumplía experimentalmente sin reservas, más tarde se comprobó que, en realidad, funcionaba únicamente en la parte del espectro visible en el que las ondas de luz son más largas, es decir en la zona de rojos y amarillos. 

El experimento de Young con partículas, átomos y moléculas.

El experimento de Young consiste en la formación de figuras de interferencia dejando pasar un haz de luz por dos orificios con una separación fija. Las bandas de interferencia que se forman son típicas de la teoría ondulatoria, pero al introducir la cuantificación de la energía radiante aparece una diferencia crucial entre la teoría ondulatoria y la interpretación corpuscular de lo ondulatorio: es posible utilizar una fuente tan débil que sea muy probable que en cada instante se encuentre un único fotón en el aparato. Si este se comportase como un corpúsculo, pasaría por uno u otro orificio y la imagen que obtendríamos en la placa fotográfica de los impactos de los fotones sería análoga a la que resulta si uno de los orificios se cierra de forma alternativa. Pero no es así, sino que se forma una figura de interferencia igual que en el caso de una fuente más intensa. Es inevitable concluir que el fotón se extiende como una onda, aun siendo indivisible, de modo que pasa simultáneamente por los dos orificios e interfiere consigo mismo. El fenómeno es análogo en todo al caso considerado en el experimento mental de Frisch, soló que allí hablamos de un sistema de detección como en el del experimento de MIchelson-Morley.

¿Por qué envejecemos?

A pesar de su complejidad, nuestro organismo está construido con sólo cuatro tipos de tejidos:

• El tejido nervioso. Formado por billones de neuronas, que captan y envían los potenciales de acción que construyen el pensamiento y coordinan los movimientos corporales voluntarios e involuntarios.

• El tejido muscular, encargado de generar movimiento y fuerza.

• El conjuntivo, que se presenta como tejido laxo, adiposo, elástico, reticular, mucoso, cartilaginoso u óseo. Y sirve para dar soporte, relleno y sostén al organismo. También ejerce funciones de almacenaje de las reservas de la grasa que puede ser convertida en energía según las necesidades del ser y, además, ejerce funciones de transporte y reparación, y otorga protección al cuerpo proporcionando inmunidad.

• Y el tejido epitelial, que cubre y recubre superficies separando compartimentos y formando los conductos y cavidades del organismo. Este tejido además conforma las glándulas, que son las encargadas de producir secreciones.

El tamaño de los átomos. O toda la humanidad contenida en un grano de arroz.

Todos hemos oído hablar del Big-Bang. Y de que toda la materia del universo (y por tanto también su energía) se encontraba al principio condensada en una singularidad, en un punto minúsculo (muchos científicos piensan que debió ser del tamaño de un pomelo) que comenzó a expandirse justo en el momento de la gran explosión, exactamente cuando el tiempo comenzó a contar para nosotros.

Supongo que muchos, alguna vez, os habréis preguntado cómo es posible que, siendo el espacio tan vasto como a nosotros nos parece hoy, todas las galaxias, estrellas, planetas y demás cuerpos celestes del cosmos cupieran entonces en aquella pequeña singularidad.

Fotones.

Al decir luz, en general, hacemos referencia a todo el espectro de ondas electromagnéticas, que abarca desde los fotones que conforman las ondas de radio, hasta los que son portadores de los rayos gamma (pasando por los de las microondas, los de luz infrarroja, los de luz visible, los ultravioletas y los de los de rayos X).

Clasificación de las partículas subatómicas. Interacciones fundamentales.

Las partículas resultantes de combinaciones de quarks se llaman todas hadrones. Los quarks no se encuentran libres en la naturaleza, siempre están en estados ligados con otros quarks, ya sea formando parte de un barión o de un mesón.

Grupos de tres quarks forman bariones (protón o neutrón) y combinaciones de un quark y un anti-quark dan lugar a los llamados mesones.

No es lo mismo calor que temperatura...

Es generalmente conocido que al calentar un objeto su temperatura aumenta, este hecho podría inducirnos a confundir calor con temperatura, pero aunque exista relación entre ambos, son conceptos diferentes.

Todos los átomos que componen la materia del universo, de los que estamos hechos nosotros mismos, nuestras casas, la comida que ingerimos o el aire que respiramos, se agitan continuamente en mayor o menor medida. Esa agitación perpetua, llamada energía térmica, es la que genera el calor de las sustancias.

Sin embargo la temperatura no es energía. La temperatura es realmente una medida. Una comparación entre la energía térmica de dos sustancias, sobre una escala graduada que determina el grado de calor de un cuerpo.

El calor de un cuerpo depende de su tamaño, y del tipo y número de partículas que lo componen. En cambio, la temperatura, no depende del tamaño del cuerpo, ni del de las partículas, si no de su velocidad.

Del Big Bang al ADN...

Después de la gran explosión a partir de la cual surgió el vasto universo en el que existimos, según la teoría del Big Bang, la materia, de la que todos nosotros estamos hechos, se encontraba en su estado atómico más simple. 

A partir de aquel momento inicial, el incipiente cosmos comenzó a expandirse y a saturar el extenso vacío poblándolo de infinidad de átomos de hidrógeno; formados a partir de asociaciones casuales de partículas subatómicas primigenias como los quarks, los electrones y otras.

Instantes después de la gran explosión, los progenitores de la materia actual, es decir, los los átomos primitivos de hidrógeno dispersos, compuestos cada uno de ellos por un par simple de protón y electrón, comenzaron a acumularse en pequeños grumos aislados que crecieron exponencialmente hasta formar grandes depósitos de material que pronto se convirtieron en los precursores de las primeras estrellas. 

Debida a la acumulación, y en consecuencia al tremendo sobrepeso de tan gran cantidad de materia depositada sobre aquellos cúmulos estelares, la presión y la temperatura comenzaron a aumentar en los núcleos de aquellas estrellas nuevas de forma exponencial, llegando a ser tan extremadamente altas (millones de toneladas y grados) que los átomos simples de hidrógeno comenzaron a fundirse entre ellos dando lugar a átomos de un material nuevo más elaborado: el helio; cuyos átomos están compuestos por dos protones, dos neutrones y dos electrones. 

Átomo de helio

De la unión de aquellos dos tipos de átomos; hidrógeno y helio, surgieron otros cada vez más complejos, como el litio, el berilio, el bromo, el carbono, el nitrógeno, el oxígeno, el fósforo, etc. De esta forma fueron apareciendo sucesivamente todos los elementos químicos hoy conocidos por el hombre; representados ordenadamente, con sus propiedades y características, en la consabida tabla periódica. 

Aquellas estrellas primigenias, surgidas hace ahora casi quince mil millones de años, se extinguieron con el tiempo o, dicho de otra forma “murieron”; como mueren todas las estrellas: explotando, y consiguientemente desperdigaron a lo largo y ancho del cosmos su materia estelar, la materia de la que estamos hechos todos los seres vivos: un sinfín de átomos de todos los elementos conocidos, los mismos que fraguaron (hace casi cinco mil millones de años) a nuestra estrella Sol y a sus ocho planetas, incluyendo a nuestra querida madre Tierra, e incluso a nosotros mismos.

ADN

Y… hablando de átomos, dispersos por el cosmos, o en cúmulos estelares y planetarios:

• Cuando un átomo simple de fósforo se enlaza con cuatro átomos de oxígeno, se produce un ion con estructura tetraédrica, conocido como grupo fosfato.

grupo fosfato

• Cuando cinco átomos de carbono se combinan con diez de hidrógeno y cinco de oxígeno, se forma algún tipo de isómero del grupo de las pentosas, como por ejemplo la ribosa, una aldopentosa que está presente en el ARN. Y, de ésta última, puede surgir de forma espontánea un glúcido insoluble, cuya disposición atómica da lugar a una molécula de un monosacárido (azúcar simple) muy especial, llamado desoxirribosa.

desoxirribosa

• Finalmente, cuando multitud de grupos fosfato se unen alineándose longitudinalmente, se forma una larga cadena cuyos eslabones son dichos grupos fosfato y de cada uno de los cuales penderá una pentosa que, a su vez, debe unirse por su lado libre a una base nitrogenada; la que en su momento le será asignada por la instrucción correspondiente del instructor mensajero encargado de realizar las copias de la vida. 

  

Las bases nitrogenadas son compuestos orgánicos. Existen tres tipos de ellas, pero nosotros sólo hablaremos de dos: las purinas y las pirimidinas.

A la primera clase pertenecen: la adenina, formada por cinco átomos de carbono, cinco de hidrógeno y cinco más de nitrógeno (C5 H5 N5) y la guanina, que es idéntica a la adenina pero con un átomo adicional de oxígeno (C5 H5 N5 O).

La segunda clase comprende: la timina, formada por quince átomos en total, cinco de carbono, seis de hidrógeno, dos de nitrógeno y dos de oxígeno (C5 H6 N2 O2), la citosina, de trece átomos: cuatro de carbono, cinco de hidrógeno, tres de nitrógeno y uno de oxígeno (C4 H5 N3 O), y el uracilo, con cuatro átomos de carbono, cuatro de hidrógeno, dos de nitrógeno y dos de oxígeno (4C 4H 2N 2O). (Adenina, guanina, timina y citosina, están presentes en las cadenas de ADN. En el ARN se sustituye la timina por uracilo).

De esta forma, la primitiva asociación espontánea de cuarenta átomos, (uno más si la base nitrogenada es la Guanina y uno menos si es la Citosina) que fueron horneados hace miles de millones de años en las entrañas de alguna de las innumerables estrellas que pueblan, o poblaron, el firmamento; átomos de elementos tan comunes como el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno y el fósforo, prodigiosamente reunidos en estructuras surgidas al azar en el pasado remoto, darán lugar a una organización más sorprendente aún y especialmente trascendental para la génesis de la vida; me estoy refiriendo al Nucleótido, (la pieza básica de la grandiosa molécula de ADN), que será utilizado como bit de información en el extenso código de instrucciones auto génicas que programan a cada célula para que se auto replique; e incluso, lo que aún es más milagroso, para que el organismo de la que es partícipe evolucione aprovechando esporádicos y escasísimos errores que se producen a veces en la copia del código, en beneficio propio y para perfeccionamiento y evolución de la especie de la que forma parte.

Estructura de un nucleótido

Como ya hemos dicho, en el ADN, cada bit de información está contenido en un nucleótido, y tendrá un valor entre cuatro posibles en función de la base nitrogenada que ese nucleótido lleve aparejada; a efectos de comprender el código representaremos esos valores por las letras, A, C, G, T, (correspondientes a las iniciales de cada una de las B.N.), de forma que la larga cadena de ADN estará escrita, toda ella, utilizando solamente las referidas cuatro letras, colocadas unas al lado de las otras como si de una línea de texto interminable se tratase.

Pues bien el código, en esa extensa línea de texto, consiste en formar bytes de tres bit o, lo que es lo mismo, palabras de tres letras.

Sabemos que con cuatro letras diferentes, tomadas de tres en tres. se pueden formar sesenta y cuatro grupos distintos. A cada uno de esos grupos de tres letras le llamaremos “triplete” (si hablamos de ADN) o “codón” (si se trata del ARN). 

Hay por tanto sesenta y cuatro codones posibles. El codón TAC es el codón de inicio, el que indica que en ese lugar comienza una frase, o instrucción de ADN, hay otros tres codones para representar el final de la secuencia, y el resto sirven para codificar cada uno de los veinte aminoácidos (Serina, Treonina, Cisteína, Asparagina, Glutamina, Tirosina, Glicina, Alanina, Valina, Leucina, Isoleucina, Metionina, Prolina, Fenilalanina,Triptófano , Ácido aspártico, Ácido glutámico, Lisina, Arginina e Histidina) cuya combinación da lugar a las proteínas.

Las proteínas son las biomoléculas más versátiles y diversas indispensables para la vida. Constituyen el ochenta por ciento de la materia viva de todas las células, además son imprescindibles para la génesis y el crecimiento del organismo por sus funciones biorreguladoras, ya que forman parte de las enzimas y de los anticuerpos.

Realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, como la estructural (ej.: colágeno), inmunológica (anticuerpos), enzimática (Ej: sacarasa y pepsina), contráctil (actina y miosina). homeostática: colaboran en el mantenimiento del pH (ya que actúan como un tampón químico), transducción de señales (Ej: rodopsina), protectora o defensiva (Ej: trombina y fibrinógeno), etc, etc.

Las proteínas de todos los seres vivos están determinadas mayoritariamente por su genética , es decir, la información genética determina en gran medida qué proteínas tienen nuestras células, nuestros tejido y, por tanto, todo nuestro organismo.

Pero si esta codificación de la que hemos estado hablando nos parece sorprendente, aún lo es más el increíble sistema inventado por la naturaleza para preservar ese código especial que porta la citada cadena de nucleótidos. 

Como cada una de las cuatro bases nitrogenadas (A,C,G,T) solo puede emparejarse con una de las otras en exclusiva, solo se pueden formar dos clases de parejas: la formada por la adenina al unirse con la timina, y viceversa (AT ó TA) y la de la citosina con la guanina (CG ó GC), sin embargo nunca pueden darse los emparejamientos AC, AG, TC, TG, CA, GA, CT ó GT.

Pues bien, en el ADN, no sólo existe la cadena de nucleótidos a la que hemos estado haciendo referencia hasta ahora, si no que para disponer de un sistema de seguridad y de corrección de posibles errores en el código, se forma otra cadena, idéntica a la primera, y ambas discurren paralelas y enrolladas entre sí en espiral, en una doble hélice formada por las dos hebras cuyos nucleótidos se enlazan, emparejándose de la única forma que pueden hacerlo, con sus parejas posibles; como explicamos anteriormente. De forma que, si se pierde o se destruye la base nitrogenada de un nucleótido cualquiera, es posible saber cual es el que se perdió, ya que a su nucleótido emparejado, el de la hebra paralela, sólo puede corresponderle una única pareja posible. 

Cuando cada una de las células de un organismo vivo se replica, las células hijas, en las que se divide, han de llevar en su interior una copia perfecta de las instrucciones de su célula madre. Para crear esa copia perfecta, la doble hélice de la célula madre se va separando trasversalmente de forma progresiva mientras un mecanismo especial de copia llamado ARN, el mensajero, va recorriendo una tras otra las bases nitrogenadas de uno de los dos filamentos desenrollados, dando, a la vez, las instrucciones necesarias a los organelos de la célula encargados de la replicación para que, utilizando los encimas y proteínas, materiales dispersos en el interior del citoplasma, se lleve a cabo la clonación bidireccional, en sentidos opuestos, de las dos nuevas cadenas, copias complementarias de las que están siendo leídas, que abandonarán la célula de la que han sido copiadas para constituir, a partir de la mitosis, el material genético de las nuevas células hijas, que a su vez repetirán el proceso de copia y división, una y otra vez, hasta que la célula se degenere y sea necesaria su apoptosis, o hasta que el organismo sea destruido.

Cada una de las células que conforman nuestros cuerpos son descendientes especializados de nuestra primera célula, la que surgió de la especialísima unión de dos ancestros sexuales que, tras fusionarse, reunieron en la cromatina de su núcleo un magistral manual de montaje compuesto por cuarenta y seis gruesos volúmenes de instrucciones (cromosomas) repletos de fórmulas y largas instrucciones (genes), veintitrés tomos provenientes de la colección materna y otros tantos heredados de la biblioteca paterna.
Esas particulares y personalísimas recetas de vida (alelos), están registradas en más de veinte mil parejas de fórmulas magistrales (genes), escritas en páginas a doble cara numeradas (locus).
En el proceso de fabricación de proteínas, durante la replicación de las células, el ARN lee esas recetas descritas en cada alelo del gen seleccionado en su locus correspondiente. Si la fórmula anotada para el proceso de fabricación es la misma en ambos alelos, sin duda la pondrá en práctica, pero si en cada alelo encuentra una fórmula diferente, en ese caso elegirá y pondrá en práctica siempre, la que esté escrita en mayúsculas, por ser ésta la dominante.

De esa forma tan especial está escrito y se perpetúa, copia tras copia, el manual de fabricación de cada ser vivo que existe en la naturaleza.

¿Qué es un agujero negro?

Los “agujeros negros”, también conocidos como “hoyos negros” (por su traducción del inglés “black holes”), son los objetos más extraños y espeluznantes de cuantos existen en nuestro universo conocido. De hecho, algunos científicos, los han llamado “estrellas congeladas”, e incluso de forma aún más terrorífica: “ojos del diablo”.

A finales del siglo XVIII, cuando estos objetos fueron predichos matemáticamente por John Michell y Pierre-Simón Laplaze, se les llamó “estrellas en colapso gravitatorio completo”. Y, seguramente aunque demasiado técnico, este es un nombre mucho más apropiado para referirse a ellos que aquellos otros que antes comentamos, incluyendo el de agujeros negros, que es el único que se usa en la actualidad. 

Veamos qué es, y en qué consiste realmente este objeto astronómico. Y, para comprenderlo, tendremos que recurrir a explicar algunos aspectos de las cuatro fuerzas fundamentales del Universo mediante las cuales interaccionan las partículas materiales, y que son: 

• La interacción gravitatoria, o gravedad, gracias a la cual las masas, u objetos, tienen peso; incluyéndonos a nosotros mismos. Y gracias a la cual también, cuando saltamos con fuerza sobre el suelo no salimos volando hacia el espacio exterior.

• El electromagnetismo, especialmente la teoría cuántica de la interacción electromagnética, (que incluye aquella ley famosa que todos conocemos: que los polos opuestos se atraen y los polos idénticos se repelen). Esta interacción es la responsable de que los electrones (con carga negativa) orbiten sin escapar, a cierta distancia de los protones, que con carga positiva los atraen hacia el núcleo. Gracias a esta fuerza, los átomos, constituyentes de toda la materia conocida, mantienen sus estructuras conformadas de núcleo y nubes de orbitales electrónicos a su alrededor, y gracias a lo cual, también, nosotros mismos existimos sin volatilizarnos. 

• La fuerza nuclear fuerte, gracias a la cual los quarks que conforman los protones y neutrones se mantienen unidos y pegados mediante gluones, otorgando estabilidad a los núcleos atómicos.

• Y, por fin, la fuerza nuclear débil, que es la responsable de que esos quarks, que conforman las partículas constituyentes de los protones y los neutrones, se manifiesten en forma de quark up, con carga +2/3, o en forma de quark down, con carga -1/3. (Los protones están formados por dos quarks arriba y uno abajo, por eso tienen carga positiva: +2/3+2/3-1/3=+1, en cambio los neutrones se componen de dos quarks abajo y uno arriba, es decir no tienen carga: -1/3 -1/3 +2/3=0, en función del cambio de una de estas cargas dentro de los nucleones y la consecuente mutación del tipo de quark up en down y viceversa, un neutrón es capaz de transformarse en un protón, y un protón en un neutrón).

Pero, hablemos primero de la fuerza de la gavedad, y de sus efectos sobre todas las masas:

Es bien conocido por todos que cuando lanzamos una piedra hacia arriba, sobre nuestra vertical en el terreno, esta ascenderá una determinada altura a través del aire de la atmósfera y, cuando haya perdido la energía que la impulsaba, volverá a caer. 

Esto sucede porque el planeta Tierra es mucho más grande y masivo que nuestra protagonista, la piedrecita que estamos lanzando, y por consiguiente la tierra la atraerá hacia su centro de gravedad; con una fuerza que le imprimirá una aceleración de descenso de unos 9,8 m/s2. 

Pero, si no nos damos por satisfechos con el primer resultado conseguido en nuestro experimento y volvemos a lanzar la piedra, esta vez con mucha más fuerza y, por tanto, con más velocidad, comprobaremos que nuestro proyectil rocoso alcanzará una altitud bastante mayor que antes. Y así sucederá cada vez que aumentemos la fuerza del lanzamiento, consiguiendo que la piedra llegue más y más arriba cada vez. 

Llegará un momento en el que, si conseguimos aplicar una fuerza tal en el lanzamiento, como para conseguir que la piedra alcance una velocidad de -algo más de once kilómetros por segundo-, esta vencerá la atracción de la tierra y escapará como una exhalación en dirección al espacio exterior, abandonándonos para siempre.

Pues bien, esta velocidad necesaria para que cualquier masa u objeto abandone la atracción de la gravedad se llama, como no podía ser de otra forma, “velocidad de escape”, y es mayor cuanto mayor es la masa del objeto atractor (en nuestro caso el planeta Tierra). 

Por ejemplo, en una estrella pequeña, como es nuestro Sol, la velocidad de escape es de aproximadamente setecientos kilómetros por segundo. En algunas gigantes rojas conocidas, como en Betelgeuse de la constelación de Orión, es mucho mayor aún, del orden de decenas de miles de kilómetros por segundo.

Bien, ahora que ya sabemos que es la velocidad de escape, y aprovechando que hemos citado a Betelgeuse, esa espectacular estrella roja que engalana los cielos del hemisferio norte en invierno, vamos a continuar explicando qué les sucede a estas colosales gigantes. 

Hablemos de las estrellas y de lo que sucede en su seno:

Llega un momento en la vida de algunas gigantes rojas (que cuentan con determinada cantidad de masa mínima), en que se hinchan tanto (su radio supera los cien millones de kilómetros) que explotan violentamente en forma de supernovas, consumiendo toda su energía. 

Esa tremenda explosión somete a elevadísima presión a los átomos que componen su núcleo estelar, los cuales se comprimen de forma exponencial hasta concentrar toda la masa del astro en un pequeño volumen formando así una “enana blanca”, la que quizás, si su masa final es menor que la del llamado límite de Chandrsekhar, es decir, tiene  menor masa que aproximadamente una vez y media la de nuestro Sol, se enfriará tras miles de millones de años, convirtiéndose en una enana negra que morirá cuando se apague completamente, y terminará por desaparecer.

O, por el contrario, si su masa supera dicho límite, la presión de escape de los electrones (por la fuerza electromagnética) de sus átomos supercomprimidos, no será suficiente para contrarrestar por sí sola la tremenda fuerza de gravedad producida por el peso que genera la extremada densidad, es decir por la colosal acumulación de masa en un espacio tan reducido, y finalmente la estrella colapsará en un cuerpo aún más denso y más pequeño, dando lugar a una “estrella de neutrones”. 

Una estrella de neutrones es un objeto tan masivo, y sus átomos están sometidos a tanta presión, que la temperatura en su interior asciende hasta alcanzar tres mil millones de grados centígrados, a esta temperatura las partículas subatomicas adquieren tal velocidad que comienza a producirse el fenómeno conocido como "fotodesintegración", en ese momento los fotones comienzan a romper los núcleos atómicos, la fuerza nuclear débil comienza a desestabilizarse, y los protones comienzan a absorber a los electrones para convertirse en neutrones, hasta que por fin no quedan protones, ni electrones libres en la estrella, porque todas las partículas han degenerado en neutrones. 

Y llegados a ese punto, si ese núcleo supermasivo de neutrones degenerados de la estrella es superior al equivalente a tres veces la masa de nuestro Sol, el astro entra en un colapso imparable que termina dando lugar a la formación de ¡un agujero negro!

Y aquí viene a colación aquel experimento del que hablábamos al principio, en el que explicábamos que la piedra lanzada al espacio debía alcanzar la velocidad de escape para conseguir escapar (valga la redundancia) de nuestro planeta Tierra ¿lo recordáis?..., pues bien, la luz, como todos sabemos, viaja a la incomprensible (para nuestro raciocinio) velocidad de 300.000 kilómetros por segundo y, gracias a esa tremenda velocidad, es capaz de escapar de las estrellas del firmamento y llegar hasta nosotros; en forma de luz solar durante el día, o en forma de puntitos brillantes que podemos observar en el cielo nocturno cuando miramos las estrellas. 

Sin embargo, a pesar de su alucinante velocidad, la luz no es capaz de escapar de un agujero negro, porque la velocidad de escape necesaria para abandonar un objeto tan masivo es aún más elevada que la velocidad a la que se propaga la luz. 

Por esta razón los agujeros negros son negros, porque la luz, que intenta escapar de esas aterradoras estrellas, después de alcanzar una cierta altura (lo que llamamos horizonte de sucesos) vuelve a caer dentro de la estrella, atraída por la monstruosa gravedad del agujero negro, que no sólo atrae poderosamente a la luz, si no a cualquier cosa material que se aproxime demasiado a su intenso campo de gravedad.

En determinadas zonas de los agujeros negros, siempre cerca de su borde exterior, los objetos absorbidos sufren tal grado de presión que, parte de la materia que los compone, convertida en plasma, es salpicada hacia a fuera a velocidades próximas a las de la luz, (como cuando se presiona un limón con los dedos y parte del líquido es expelido a gran velocidad), cuando en un agujero negro, estos chorros de plasma, son observables desde la tierra, al objeto se le llama entonces “blazar”.

En el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, existe un gran agujero negro supermasivo que ha sido bautizado con el nombre de <Sgr A> (o Sagittarius A), los cálculos apuntan a que su masa es unos cuatro millones de veces mayor que la de nuestro Sol contenidas en un espacio total de unas 45 UAs. Las observaciones parecen indicar que, en la actualidad, está en estado de semi-reposo, pues ya ha consumido casi toda la masa estelar que existía a su alcance en el centro de la galaxia.

A pesar de todo los científicos piensan que no todo es destrucción alrededor de los agujeros negros. Suponen que estos colosales titanes contribuyen a la formación de nuevas estrellas, pues cuando atraen a los grandes objetos con los que se alimentan, a la vez remueven y presionan gas y polvo estelar que flota desperdigado en sus inmediaciones, propiciando así la génesis de nuevos astros. 

Stephen Hawking ha demostrado, matemáticamente, que los agujeros negros también terminan muriendo, y lo hacen a consecuencia de lo que se ha dado en llamar radiación de Hawking. Hasta ahora se creía que nada podría escapar del interior de un agujero negro, pero el eminente científico ha demostrado matemáticamente que los pares de partícula-antipartícula que continuamente se crean y se destruyen por doquier, de forma espontanea en el universo, pueden surgir también justamente en el borde del horizonte de sucesos, en ese caso, una mitad del par sería absorbido por el agujero negro y la otra mitad escaparía a través del cosmos y esta disgregación evitaría que el par se auto-aniquilase devolviendo la energía al sistema, una parte de la partícula sobreviviría y por tanto consumiría parte de la energía del monstruo. Tras miles de millones de años, la consecuencia de la infinita división de pares de partículas en el horizonte de sucesos del agujero negro, haría que éste terminara por perder toda su energía evaporándose y desapareciendo al fin. 

El estudio de los agujeros negros es crucial para la ciencia porque para comprenderlos y explicarlos matemáticamente haría falta unificar los dos principios teóricos más importantes de la física moderna, hoy por hoy aún incompatibles, estos son: la física de partículas, con su mecánica cuántica que conjuga los fenómenos que tienen lugar en el mundo de lo muy pequeño y lo muy liviano, y la teoría de la relatividad general, que explica la física de lo muy grande y de lo muy pesado. 

Lamentablemente, para desesperación de los físicos, todavía ambas teorías se siguen contradiciendo (quizás, en el futuro, la incipiente “teoría M” consiga la ansiada unificación). Así, mientras la mecánica cuántica se basa en principios de indeterminación, estados superpuestos, probabilidades y cálculos estadísticos para intentar localizar, ubicar y explicar las propiedades de las partículas subatómicas, la teoría de la relatividad general, en cambio, si es capaz de expresar la velocidad y ubicación exactas de cualquier cuerpo sideral en el cosmos.

Así que todos somos reencarnaciones; aunque efímeras.

"Cada uno de los átomos que tú posees es casi seguro que ha pasado por varias estrellas y ha formado parte de millones de organismos en el camino que ha recorrido hasta llegar a ser tú. Somos atómicamente tan numerosos y nos reciclamos con tal vigor al morir que, un número significativo de nuestros átomos (más de mil millones de cada uno de nosotros, según se ha postulado), probablemente pertenecieron alguna vez a Shakespeare. Mil millones más proceden de Buda, de Gengis Kan, de Beethoven y de cualquier otro personaje histórico en el que puedas pensar (los personajes tienen que ser, al parecer, históricos, ya que los átomos tardan unos decenios en redistribuirse del todo; sin embargo, por mucho que lo desees, aún no puedes tener nada en común con Elvis Presley)."

"Así que todos somos reencarnaciones; aunque efímeras. Cuando muramos, nuestros átomos se separarán y se irán a buscar nuevos destinos en otros lugares; como parte de una hoja, de otro ser humano o de una gota de roció."

Fragmento del libro de BILL BRYSON: < Una breve historia de casi todo>.