Todas las entradas de: Jordi Pereyra

Respuestas (LXXXIX): ¿Por qué la velocidad de la luz es la que es?

Luis Gonzales me envió un correo electrónico preguntando por qué la velocidad de la luz es la que es (299.792,458 kilómetros por segundo). Dicho de otra manera: ¿por qué existe la velocidad de la luz? ¿Por qué no se propaga más rápido o más despacio? ¿Existe alguna variable que determina que la velocidad de la luz sea precisamente esa?

Y me ha parecido una pregunta muy interesante, así que vamos (más o menos) directos al grano.

La luz es una onda electromagnética o, lo que es lo mismo, es una perturbación compuesta por un campo eléctrico y uno magnético que oscilan mientras se propagan por el espacio.

(Imagen original)

Por otro lado, la luz se propaga a velocidades diferentes a través de distintos medios. Por ejemplo, aunque en el vacío alcanza su velocidad máxima de 299.792,458 km/s, la luz atraviesa el agua y el vidrio a “sólo” 225.000 y 200.000 km/s, respectivamente. De hecho, como comentaba en esta otra entrada, se ha inventado un material que reduce su velocidad de propagación hasta los 7.766 km/s mientras pasa a través de él e incluso existen experimentos en los que se han conseguido capturar rayos de luz dentro de un objeto para luego volver a soltarlos.

¡Pero si yo pensaba que la velocidad de la luz era siempre la misma! 

Y lo es, voz cursiva. Las partículas que componen la luz, los fotones, siempre se mueven a su velocidad máxima de 299.792,458 km/s, incluso cuando se propagan a través de un medio que no es el vacío. Lo que ocurre es que, mientras los fotones pasan a través una sustancia, los átomos que se encuentran a su paso los absorben y los vuelven a emitir. Eso significa que la luz pasa unos instantes retenida por cada átomo que se cruza en su camino cuando no se propaga por el vacío y, como resultado, tarda más tiempo en llegar de un lugar a otro.
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Respuestas (LXXXVII): ¿Por qué todos los planetas orbitan el sol en el mismo sentido?

Alberto Caparrós me envió un e-mail hace un tiempo preguntándome por qué todos los planetas del sistema solar giran alrededor del sol en el mismo sentido y si sería posible que un planeta orbitase su estrella en dirección opuesta a los demás.

Es una pregunta muy interesante pero, para responderla, tendremos remontarnos unos 4.600 millones de años hasta la época en la que se estaba formando el sistema solar.

Las estrellas se forman en el interior de densas nubes de gas y polvo que flotan por el espacio. A medida que las regiones más densas de estas nubes se empiezan a colapsar bajo su propia gravedad, su velocidad de rotación va aumentando por la conservación del momento angular (del que hablaba en esta otra entrada). Por tanto, a medida que el gas se comprime para dar lugar a una estrella, ésta hereda la dirección de giro que seguía el material que componía su región de la nebulosa.

Cómo buscar METEORITOS (y, con suerte, encontrarlos)

Ciencia de Sofá vuelve a los vídeos para hablar de una de mis aficiones más infructuosas: buscar meteoritos. La idea de grabar este vídeo apareció tras publicar en Facebook unas fotos de un posible meteorito que había encontrado (que al final no lo era) y ver que muchos estabais interesados en este tema, así que he hecho una especie de “tutorial” para buscar meteoritos.

¡Espero que os guste y, si os aficionáis a buscar meteoritos, os deseo mucha suerte!

PD: De momento, la serie sobre el sistema solar que empecé a finales de año pasado queda parada indefinidamente por falta de tiempo. Esos vídeos necesitaban muchas más trabajo de las que pensé en un primer momento.

¿Existen evidencias sólidas de que Marte albergó vida en el pasado?

Hace poco se anunciaba que el rover Curiosity podría haber encontrado señales de que existió vida en Marte en el pasado. Siendo más concretos, lo que encontró fueron estas pequeñas formaciones rocosas:

Las estructuras tienen un grosor de alrededor de 1 mm y la más larga mide unos 5 mm de longitud. (Fuente)

Aaaah, sí, sí. Los indicios de vida se ven muy claramente.

Menos recochineo, voz cursiva. Las posibles señales de vida de las que hablo son esas estructuras tubulares de la imagen que tienen un color ligeramente distinto al resto de la roca y que recuerdan a unas marcas fósiles que, en la Tierra, son las “madrigueras” petrificadas de antiguos organismos que vivían enterrados bajo el suelo.

Restos “fosilizados” de los túneles excavados por algún organismo bajo la superficie de un océano antiguo. (Fuente)

¡Entonces por fin tenemos señales de que la Tierra no es el único planeta donde ha aparecido vida alguna vez! ¡Por fin podremos resolver la paradoja de Fermi! ¿Por qué esto no sale en todas las noticias? ¿Por qué no estamos todos celebrando que…?

Caaalma, caaalma, es verdad que los tubos de roca que ha encontrado el Curiosity se parecen a unos fósiles que son abundantes en la Tierra, pero eso no significa que una forma de vida ya extinta creara estas estructuras. De hecho, existen otros fenómenos que pueden dar lugar a formaciones geológicas parecidas sin que intervenga ningún organismo vivo en el proceso.
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¿Qué efecto tienen los agujeros negros súpermasivos sobre las galaxias?

En una de las últimas entradas que publiqué comentaba que casi todas las galaxias tienen un agujero negro súpermasivo en su núcleo, así que he pensado que hoy sería buena idea hablar el efecto que tienen estos monstruos gravitatorios sobre las galaxias que habitan.

Pero, para variar, vas a andarte por las ramas y empezar explicando cómo llegaron al centro de las galaxias esos agujeros negros.

Nada me haría más feliz, voz cursiva, pero, por desgracia, aún no se sabe con seguridad cómo se forman los agujeros negros súpermasivos del centro de las galaxias. Aunque eso no quita que existan varias hipótesis al respecto, claro.

Por un lado, se sabe que las estrellas muy masivas producen agujeros negros cuando su combustible se agota y estallan en forma de supernovas. Estos agujeros negros estelares son “pequeños”, con una masa hasta algo más de una decena de veces superior a la del sol, pero podrían se haber convertido en agujeros negros súpermasivos si consiguieron absorber suficiente material de su entorno mientras su galaxia tomaba forma, llegando a convertirse en las bestias que tienen una masa millones de veces superior a la del sol y que observamos hoy en día.

Otra hipótesis más exótica sugiere que, en vez de ser producidos por  las estrellas, estas “semillas” de los agujeros negros súpermasivos podrían haber sido los restos del colapso de gigantescas nubes de gas tan masivas que ni siquiera habrían pasado por la fase de estrellas. En este caso, unas bolas de gas tremendamente masivas llamadas quasi-estrellas habrían sucumbido a su propia gravedad, saltándose todos los pasos de la evolución estelar y formando directamente agujeros negros sin siquiera reventar primero en forma de supernovas.

De momento, las quasi-estrellas son cuerpos celestes hipotéticos pero, para hacernos una idea del tamaño colosal que hubieran tenido, en la siguiente imagen podéis ver uno de estos objetos comparado con UY Scuti, la estrella más grande conocida, que tiene un diámetro mil veces superior al del sol.

(Fuente)

Pero esta idea de que los agujeros negros de masa estelar pueden crecer hasta convertirse en agujeros negros súpermasivos tiene algunos problemas.
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Respuestas (LXXXVI): ¿Podríamos movernos más rápido por el espacio a bordo de asteroides interestelares?

Después de leer las últimas noticias sobre Oumuamua (el asteroide interestelar que está atravesando nuestro sistema solar) y enterarse de que este objeto se mueve a la vertiginosa velocidad de 26 kilómetros por segundo, Isaac González me envió un e-mail con la siguiente duda: ¿podríamos convertir Oumuamua en una “nave” para recorrer largas distancias a través de la galaxia sin tener que usar combustible?

Y resulta que la idea de movernos por el espacio a bordo de asteroides no es nueva pero, para responder a la pregunta de hoy, primero habrá que ver por qué viajar entre las estrellas es una tarea más complicada de lo que las películas sugieren.

Si tu intención es moverte libremente por el espacio, entonces necesitas tener muy en cuenta el concepto de velocidad de escape: la velocidad mínima a la que debes desplazarte para escapar de la influencia del campo gravitatorio de un objeto. Cuanto más cerca te encuentras de un planeta o una estrella, más intensa es la fuerza gravitatoria que actúa sobre ti y, por tanto, mayor es la velocidad necesaria para escapar de su tirón gravitatorio.

Dicho de otra manera: si la velocidad de tu nave es inferior a la velocidad de escape del planeta del que quieres huir, el tirón de su gravedad irá reduciendo tu velocidad a medida que te alejas de él hasta que te detenga por completo y luego te arrastre de nuevo hacia la superficie. Por ejemplo, una nave que despegue desde la superficie terrestre tendrá que alcanzar una velocidad mínima de 11 km/s para escapar del campo gravitatorio de nuestro planeta… Y, si no lo consigue, caerá de nuevo hacia el suelo.

Es un poco como cuando tiras un piedra hacia arriba y vuelve a caer, ¿no?

Exactamente, voz cursiva.
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Respuestas (LXXXV): ¿Es posible que nuestro universo esté dentro de un agujero negro?

Francesc Roig me envió un e-mail hace un tiempo (a jordipereyra@cienciadesofa.com) en el que preguntaba qué tamaño tendría un agujero negro que contuviera toda la masa del universo y he pens…

¡Vaya, entonces hoy puedes despachar rápido el asunto! Sólo tienes que buscar un dato, aplicar una fórmula y nos podemos ir todos a cas…

Parece mentira que aún no me conozcas, voz cursiva. Es cierto que la pregunta se podría responder en un párrafo, pero entonces no tendría la oportunidad de hablar sobre la (relativamente popular) idea de que nuestro universo existe en el interior de un agujero negro.

Es verdad, no sé en qué estaba pensando. Es obvio que el mundo está pidiendo a gritos una entrada sobre… Eso.

Exactamente. Empecemos hablando sobre la masa (y el tamaño) de los agujeros negros.

Existen dos tipos de agujeros negros: los que se forman a partir del colapso de una estrella muy masiva y los que se pueden encontrar en el centro de toda galaxia (exceptuando alguna que lo podría haber perdido durante una colisión con sus vecinas).

La principal diferencia entre los dos tipos de agujeros negros es su masa: mientras que los agujeros negros estelares apenas superan unas decenas de masas solares (el más grande que se ha descubierto tiene 62 masas solares), los segundos tienen una masa millones o incluso miles de millones de veces superior a la del sol. No es de extrañar, entonces, que a los agujeros negros que hay en el centro de las galaxias se les llame agujeros negros súpermasivos.

Espera, ¿me quieres decir que no hay agujeros negros con un tamaño intermedio?

Pues, por raro que parezca, aún no se ha encontrado ninguno, voz cursiva. De momento, los agujeros negros intermedios (con entre 100 y 1.000.000 de masas solares) pertenecen al reino de los objetos hipotéticos y, aunque existen algunos candidatos que podrían terminar siéndolo, ninguno ha podido ser confirmado como tal.

En cuanto a los límites de los agujeros negros conocidos, la masa del más pequeño que se ha encontrado hasta la fecha es “sólo” 3,8 veces superior a la del sol y el diámetro de su horizonte de sucesos es de unos 24 kilómetros. En cambio, el mayor agujero negro súpermasivo descubierto, TON 618, tiene una masa de 66.000 millones de masas solares y su diámetro debería rondar los 0,042 años luz o, lo que es lo mismo, 1.337 unidades astronómicas.

Para poner esta cifra en perspectiva, el radio medio de la órbita de Neptuno es de unas 30 unidades astronómicas así que, comparado con nuestro sistema solar, este gigantesco agujero negro sería algo así:

Pero qué barbaridad. ¿Y no hay algún límite de tamaño superior para un agujero negro?
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¿Por qué no se puede clonar un dinosaurio? (ni, de momento, ningún otro animal extinto)

Lo sé, lo sé, muchos habéis visto el título de la entrada y os estaréis preguntado por qué he escrito este artículo, si la respuesta es obvia: los dinosaurios no se pueden clonar porque sus tejidos originales fueron sustituidos por minerales durante el proceso de fosilización, así que sus huesos convertidos en piedra no contienen ni rastro de ADN.

Os dejo por aquí los pasos del proceso de fosilización, por si necesitáis refrescar la memoria:

Pero, aunque los fósiles no contengan ADN, es probable que a algunos os haya venido a la cabeza otro método más peliculero que, a primera vista, puede parecer una manera plausible de revivir a los dinosaurios.

Se podrían clonar a partir de la sangre que contienen los mosquitos atrapados en ámbar, por supuesto. Confío plenamente en que alguien usará ese sistema en un futuro cercano para traer de vuelta a los dinosaurios, como ocurría en Jurassic Park.

Pues lamento tener que ser yo quién te quite la ilusión, voz cursiva, pero el método Jurassic Park tampoco funcionaría.

Me explico.
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¿Podría existir vida que no esté basada en el carbono?

Una particularidad que tienen en común todos los organismos vivos de la Tierra, desde las bacterias hasta los seres humanos, es que toda la vida que se puede encontrar en nuestro planeta es orgánica o, lo que es lo mismo, está compuesta por moléculas basadas en el carbo

¡Mentira! ¡Hace unos años se encontraron bacterias que están basadas en el arsénico!

No, voz cursiva, pese a lo que afirmaran algunos titulares, lo que se creía haber descubierto eran bacterias que usaban arsénico en su ADN en lugar de fósforoEl estudio se refutó hace tiempo pero, de todas maneras, incluso aunque realmente hubieran sido capaces de sustituir el arsénico de su ADN por fósforo, el código genético de estas bacterias seguiría estando formado por moléculas organizadas en torno a átomos de carbono, con el arsénico como “complemento”.

Para evitar confusiones durante el resto de la entrada, que una forma de vida esté basada en el carbono significa que la estructura de las moléculas que la componen está organizada por los átomos de este elemento. En este esquema de una molécula de ADN se puede ver que los átomos de carbono (gris) forman el “esqueleto” del código genético, mientras que el fósforo (amarillo) está en la periferia de la molécula para cumplir otras funciones.

 (Fuente)

Para ilustrar la diferencia entre una sustancia basada en el carbono y otra que sólo contiene este elemento, en la siguiente imagen tenéis una molécula de vitamina C y otra de polidimetilsiloxano.

Como podéis ver, la vitamina C tiene un “esqueleto” de carbono, pero el del polidimetilsiloxano está compuesto de átomos de silicio y de oxígeno. Por tanto, esta segunda sustancia está basada en el silicio, pero contiene el carbono como “complemento”.

Pero, bueno, la cuestión es que todos los organismos que viven en nuestro planeta deben su existencia principalmente a cuatro macromoléculas basadas en el carbono:

  • El ADN, que codifica la información del ser vivo.
  • Las proteínas, que tienen funciones estructurales y también sirven para mandar señales químicas.
  • Los lípidos, que también forman parte de la estructura de las células y, además, almacenan energía.
  • Y los carbohidratos, de los que se puede extraer energía.

Por supuesto, distintos organismos necesitan cantidades mayores o menores de otras sustancias inorgánicas para mantenerse vivos pero, aun así, sin un esqueleto de carbono, el resto de elementos que contienen las moléculas orgánicas no se podrían ensamblar por sí solas para dar lugar al complejo tinglado que es la vida tal y como la conocemos.

Ya, bueno, pero en la tabla periódica hay otros 79 elementos que son estables. ¿Qué tiene el carbono de especial? ¿No sería posible que existiera otro tipo de vida basada en un elemento distinto al carbono?

Vamos a echarle un vistazo a la cuestión, voz cursiva.

Hay que tener en cuenta que cualquier organismo, sea grande o pequeño, tendrá que llevar a cabo un montón de funciones diferentes para permanecer con vida: necesita materiales con los que sintetizar los diferentes tejidos que lo componen, codificar su código genético, almacenar energía, recibir y procesar señales de su entorno y coordinar las diferentes partes de su organismo. Estos procesos no sólo requieren la intervención muchos tipos de moléculas diferentes sino que, además, esas moléculas tienen que ser compatibles entre ellas.

El carbono es el elemento ideal para abastecer esta demanda de diversidad molecular porque, gracias a sus propiedades químicas y al pequeño tamaño de sus átomos, puede formar una gran variedad de sustancias, desde las gigantescas moléculas en las que está codificada la información genética de un ser vivo hasta compuestos más simples y necesarios para que un cuerpo siga funcionando a largo plazo.

De hecho, para hacernos una idea de lo versátil que es el carbono, de los 12 millones de compuestos químicos conocidos, 10 millones son moléculas orgánicas, así que el carbono es capaz de producir más compuestos diferentes que el resto de los elementos de la tabla periódica juntos. Ese es el motivo por existe una rama entera de la química dedicada a estudiar el comportamiento del carbono, la llamada química orgánica.

Total, que el hecho de que el 85% de los compuestos conocidos estén basados en el carbono deja claro que es el elemento más versátil de la tabla periódica. Y eso convierte al carbono en el candidato ideal para abastecer la demanda de diversidad química que necesita la vida.

Bueno, vale, pero, de entre esos millones de compuestos orgánicos a los que da lugar el carbono, los organismos vivos “sólo” utilizan unos cuantos miles. ¿No hay ningún otro elemento que tenga una química lo suficientemente variada como para dar lugar a alguna forma de vida?

Buen matiz, voz cursiva.

Se suele considerar el silicio como la alternativa más plausible para la vida porque es el único elemento, además del carbono, que puede formar cadenas de átomos lo bastante largas como para codificar información biológica en su interior o, lo que es lo mismo, formar algún tipo de ADN (aunque sea muy simple) que permita a un ser vivo replicarse.

Pero no cantemos victoria todavía, porque el silicio tiene una serie de propiedades distintas al carbono que limitan mucho su capacidad para producir vida.

En primer lugar, los átomos de silicio tienden a unirse entre ellos mediante enlaces simples, que son muy débiles en comparación con los enlaces dobles o triples que se forman entre los átomos de carbono. Como resultado, las moléculas complejas basadas puramente en el silicio, como los silanos, son mucho más inestables que las del carbono, sobre todo en ambientes ricos en oxígeno y/o agua.

Las moléculas que tienen un esqueleto de átomos de silicio alternados con átomos de oxígeno (las siliconas) son más estables en estas condiciones… Pero eso es precisamente porque son bastante inertes, lo que limita su potencial para formar compuestos complejos con otras moléculas de su entorno.

Además, al tener un tamaño mayor, a los átomos de silicio les cuesta mucho más encajar átomos de otros elementos a su alrededor y formar moléculas tan grandes y complejas como las que forma el carbono.

Una molécula orgánica grande perteneciente a la familia de las porinas. (Fuente)

Otro impedimento que presenta el silicio a la hora de formar vida es que, en la naturaleza, tiende a encontrarse unido con el oxígeno en forma de dióxido de silicio (SiO2), una sustancia sólida, dura, insoluble e inerte. De hecho, es el compuesto del que están hechos el cuarzo y el vidrio.

Cristales de cuarzo ahumado enormes encontrados en los Alpes Suizos. Crédito: Franz von Arx/Elio Mulle.

El problema es que los enlaces entre el oxígeno y el silicio son muy fuertes así que, incluso aunque el silicio pueda ser mucho más abundante que el carbono en un planeta rocoso (como ocurre en la Tierra), prácticamente todos los átomos de este elemento estarán unidos al oxígeno, sin posibilidad de reaccionar químicamente con su entorno para dar lugar a otros compuestos más complejos.

Total que, en términos de producir vida, el silicio no…

¡Espera, espera, no concluyas nada aún! Si todo esto es cierto y a la vida le cuesta tanto asimilar el silicio, ¿cómo puede ser que haya organismos que lo utilizan en nuestro planeta, eh?

Si, tienes razón, hay organismos marinos como las diatomeas que tienen caparazones hechos de sílice, precipitado a partir del ácido silícico que hay disuelto en el mar. Pero hay que tener en cuenta que este sílice no forma parte de la estructura molecular del propio ser vivo, sino que simplemente se deposita sobre el organismo hasta formar un caparazón inerte a su alrededor.

Una diatomea de la especie Thalassiosira pseudonana.

Como iba diciendo, las propiedades químicas del silicio limitan mucho su capacidad para producir vida en condiciones similares a las de la Tierra, donde las moléculas a las que da lugar serían demasiado inestables. Ahora bien, ¿existiría algún entorno en el que el silicio fuera un elemento más apropiado para la vida que el carbono?

Es difícil saberlo. Por ejemplo, hay compuestos de silicio que son solubles en nitrógeno líquido, lo que podría convertir este elemento en el mejor candidato para formar vida en mundos muy fríos y sin oxígeno que potencialmente puedan contener océanos (o charcos, aunque sea) de esta sustancia. De hecho, es posible que existan ambientes muy distintos a las condiciones que se pueden encontrar en la Tierra y en los las moléculas basadas en el silicio tengan más éxito que las orgánicas a la hora de producir sustancias complejas precursoras de algún tipo de vida.

En cualquier caso, aunque teóricamente hay situaciones en las que el silicio podría tener ventajas sobre el carbono, de momento no hay señales de que exista vida basada en el silicio, por simple que sea, ni en la Tierra ni en ningún otro lugar del universo. Y, aunque no se sabe qué tipos de compuestos de silicio pueden combinarse para dar lugar a algún tipo de forma de vida, sí que se sabe que este elemento tiene una química mucho más limitada que el carbono, así que es posible que un organismo con base de silicio nunca pudiera alcanzar el grado de complejidad que ha demostrado la vida orgánica.

Ahora bien, el silicio sí que funciona estupendamente para fabricar circuitos electrónicos así que, si se considerara que un robot con una inteligencia artificial lo bastante avanzada estaría vivo, entonces se podría razonar que la vida basada en el silicio puede surgir siempre y cuando exista alguna forma de vida basada en el carbono que la invente primero. Pero, por supuesto, eso es un debate completamente distinto del que tal vez hablaría otro día.

Hasta entonces, os dejo con las informaciones de siempre.

Ciencia de Sofá tiene un libro nuevo, “Las 4 fuerzas que rigen el universo“. En él hablo sobre cómo las cuatro fuerzas fundamentales dan forma a nuestro universo, su descubrimiento y su efecto sobre nuestras vidas. Por otro lado, el libro “viejo” (“El universo en una taza de café“) va por la tercera edición y ahora vuelvo a ofrecer suscripciones a la revista de National Geographic así que, si os interesa alguna de estas propuestas, podéis acceder a una entrada donde las explico con más detalle haciendo click sobre la siguiente imagen 🙂