HUMOR CIENTÍFICO

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¿Con qué se cura la anemia? Con Fe

jueves, 30 de octubre de 2014

TEORÍA DEL TODO (II)

  En la entrada anterior explicaba el modelo estándar, teoría que resume en unas pocas ecuaciones las fuerzas que existen y las partículas que forman parte de la estructura interna de la materia. Es una teoría que incluye los postulados de la mecánica cuántica, la nueva Física del siglo XX que hemos de aplicar en el mundo microscópico.
  Sin embargo el modelo estándar no es capaz de integrar la fuerza de la gravedad, que gobierna el comportamiento de la materia a gran escala. La gravedad es una fuerza de muy pequeña intensidad comparada con las otras tres fuerzas de la naturaleza, por lo que no tiene importancia a pequeña escala, en el mundo del átomo y las moléculas donde la fuerza electromagnética es la reina o en el mundo de las partículas aún mas pequeñas.
   Pero en el mundo macroscópico las otras tres fuerzas son muy pequeñas, bien por la distancias implicadas, bien porque la materia es eléctricamente neutra. Entonces los efectos de gravedad se suman y pasa a se dominante.La gravedad es ese hilo invisible que nos pega al suelo y que ,  mantiene unida la Luna a la Tierra, la Tierra al Sol, el Sol y las demás estrellas en la galaxia y a la Via Láctea al Grupo Local (junto con la galaxia de Andrómeda o las Nubes de Magallanes).
   Isaac Newton encontró una ecuación (ya vieja) para describirla en su  teoría de la Gravitación Universal. Pero mas tarde se demostró que la gravedad era algo mucho mas complicado que una simple fuerza.
  Los experimentos de MIchelson-Morley en 1.887 demostraron que la velocidad de la luz  no sufría variaciones independientemente de si viajaba a favor o en contra de la velocidad de la Tierra. Esto llevó a Einstein en 1905 a la teoría especial de la relatividad (la velocidad de la luz es independiente del observador) y, mas tarde a la Teoría General de la Relatividad. Esta última es una teoría de la gravedad, en la que la gravedad no es una fuerza, sino una deformación del espacio alrededor de una masa.
             

  Esta forma de describir la gravedad resultó ser también una buena teoría científica: predecía la existencia de fenómenos extraños y desconocidos, como poder ver una estrella detrás del Sol en un eclipse de sol (Einstein) o la existencia de agujeros negros (R. Penrose, S, Hawking). Fenómenos que resultaron tener una existencia real.
  Además una teoría completa de la gravedad enlaza con la Cosmología: ¿Cómo se originó el universo?, ¿Cómo se desarrolló', ¿cúal es su futuro?.
   El modelo actual que explica lo que observamos hoy a escala cósmica es el modelo inflacionario de big bang: hace unos 13.700 millones de años, todo el universo estaba contenido en punto muy pequeño de muy alta densidad que "explotó". En los primeros momentos hubo un período de crecimiento acelerado del mismo (período inflacionario), en el que se creó la mayor parte de la materia y energía que hoy observamos.

             


   El modelo inflacionario,  junto a la teoría general de la relatividad y el modelo estándar, representan tres conjuntos de ecuaciones que, al reunirlos, nos permitirían deducir el resto de leyes de la naturaleza.
  Pero el hombre aspira a mas. aspirar a compactar las tres en un solo conjunto de ecuaciones único.: la Teoría del Todo.


lunes, 20 de octubre de 2014

LA TEORÍA DEL TODO (I)


   La ciencia consiste básicamente en la búsqueda de ecuaciones matemáticas que permitan describir el comportamiento de la Naturaleza. Es a esto a lo que llamamos Leyes Naturales.
   Podemos conocer de antemano cuanto se va a estirar un muelle al colgarle cierto peso si usamos la ecuación P = K x , donde P es el peso, x lo que se estira el muelle y K un cierto número propio de cada muelle (una constante). Es la llamada ley de Hooke.
   No sabemos por qué, pero a la naturaleza le complace comportarse siguiendo rígidas ecuaciones matemáticas, ecuaciones que hemos ido encontrando poco a poco. De todas ellas las mas importantes son las descritas por la Física, ya que todas las demás disciplinas científicas están basadas en ellas: la Química no es mas que la descripción de cómo se reordenan los átomos o cómo se relacionan estos entre sí …. lo cual depende de la fuerza electromagnética que la Física describe. La Bilogía está dominada básicamente por las reacciones químicas en los organismos.... que son consecuencia de fuerzas electromagnéticas. Y lo mismo podríamos decir de las otras disciplinas científicas.
   El desarrollo tremendo de la ciencia en el último siglo ha permitido situarnos en una posición en la que, por primera vez, el hombre aspira a encontrar un número pequeño de ecuaciones capaces de describir toda la realidad. A esto lo llamamos Teoría del Todo. A partir de ese pequeño número de ecuaciones podríamos ser capaces de deducir todas las demás leyes de la Física, Química, Biología, Geología.. etc.
   La Teoría del Todo debe reunificar en una sola las tres teorías que engloban una explicación de todo lo que ocurre a nuestro alrededor: una descripción satisfactoria de la Gravedad, de las distintas partículas que componen los átomos ( y las fuerzas entre ellas) y del desarrollo del Universo a gran escala (Cosmología).
   Las fuerzas que gobiernan lo que ocurre dentro de los átomos son tres: la fuerza electromagnética, asociada a la carga eléctrica, que une los electrones al núcleo atómico; la fuerza nuclear fuerte que mantiene a protones y neutrones pegados en los núcleos y la fuerza nuclear débil, responsable de ciertos fenómenos radiactivos.
   El empleo de  energías cada vez mayores en los experimentos, llevó a descubrir que dentro de los átomos había mas partículas de lo esperado, como los muones. Necesitábamos un concepto de átomo mas allá del simplista modelo nuclear.
   La teoría que describe las fuerzas y el comportamiento de las partículas mas pequeñas que componen los átomos (partículas elementales) es la Mecánica Cuántica. Su desarrollo permitió unificar las tres fuerzas en una sola descripción teórica que también explica el número y tipo de partículas elementales que deben existir. Este conjunto de ecuaciones es lo que los físicos denominan el modelo estándar.
   Partiendo de lo ya conocido (las tres fuerzas descritas y la existencia de protones, electrones, neutrones, fotones,etc) en las ecuaciones el modelo estándar aparecen términos que se corresponden con partículas que deben existir en la realidad y de cuya existencia no se sospechaba. Es el ejemplo de los “quarks”, que forman los protones y neutrones. Así el neutrón está formado por un quark “up” y dos quarks “down”.
   El tamaño de los quarks es extremadamente pequeño: Si el átomo tiene un radio de 1 Å (10-10m), el núcleo tiene un radio de 10-14 m y el quark unas diez mil veces mas pequeño. Para descubrirlos necesitamos enormes cantidades de energía, como la que se consigue al acelerar partículas y hacerlas chocar contra núcleos de otros átomos.
   La existencia real de los quarks ha sido demostrada a posteriori en los grandes aceleradores. Esto es una señal muy buena en ciencia: una teoría que predice algo no conocido y que después se demuestra correcto, es una buena teoría científica.
   En los últimos cincuenta años la base de la física teórica ha sido el desarrollo y ampliación del modelo estándar . En el camino han aparecido mas partículas elementales desconocidas: el pión, el neutrino…..Paralelamente la física experimental intentaba encontrar las pruebas que demostraban la corrección del modelo estándar.
   Hoy el modelo estándar está sólidamente establecido como correcto. Según dicho modelo existen 12 partículas de materia o fermiones (seis quarks, el electrón, el muón, el tau y sus neutrinos correspondientes)que se asocian para formar partículas mayores (como los  piones oneutrones)  , 12 partículas responsables de las fuerzas descritas o bosones ( entre ellas el fotón o partícula de la luz) y el bosón de Higgs, responsable de la existencia de la masa en los fermiones.
   La confirmación definitiva del modelo estándar ha llegado en 2012, al hallarse el bosón de Higgs (muy difícil de detectar por su gran masa) en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), un túnel de 27 kilómetros de longitud en el que se aceleran partículas y se hacen chocar violentamente con los núcleos atómicos, generando condiciones de energía similares a lo que ocurrió pocos instantes después del big bang.
   ¿Habrá partículas aun mas pequeñas?. Dado lo pequeñas de las longitudes asociada a los quarks, parece difícil que pueda haber algo mas pequeño, sobre todo porque empezamos a acercarnos a una longitud a la que la densidad de energía asociada es parecida a la que hubo en el big bang: es la llamada escala de Planck, 10-34 m.

martes, 7 de octubre de 2014

LA AMENAZA DEL ÉBOLA


 Asistimos, entre perplejos y preocupados, a la expansión del virus del ébola a países europeos y nos preguntamos.. ¿hasta dónde puede llegar esta expansión?. Para responder a esta pregunta conviene saber algo sobre el virus y la enfermedad.   
   El virus del Ébola fue descubierto por primera vez  durante una epidemia de la enfermedad del Ébola que se declaró en el rio del mismo nombre en 1976. Se trata de un virus que se contagia por los fluidos corporales: saliva, sudor, sangre, orina  o heces y que tiene un muy corto periodo de supervivencia fuera del organismo humano. Este aspecto es importante, ya que limita su contagio y evita una rápida expansión del mismo (como ocurre en virus que se contagian por via aérea, como el del resfriado).
    La enfermedad que produce tiene un tiempo normal de incubación de 5 a 12 días. Los primeros síntomas son fiebres y algún dolor (cabeza o garganta) que progresa a vómitos y termina alterando las funciones del riñón o hígado y hemorragias, tanto externas como internas. Se trata de una enfermedad muy grave, que termina con la muerte del paciente en muchos casos. Dependiendo de la cepa del virus, se mueren entre 50 (brote de 2012) a 90 (brote de 2002) pacientes de cada 100.
   El origen del virus no está claro, pero sabemos que pudo darse el salto de una especie de murciélago a otros mamíferos, como los macacos y el hombre. Las diversas epidemias se suceden en países africanos, con climas húmedos y de alta temperatura. Por eso al virus le cuesta sobrevivir fuera del organismo, sin humedad.
   Los casos de virus detectados fuera de los países de origen se deben a la globalización: personas en contacto con el virus, pero que no han desarrollado la enfermedad, vuelan a otro lugar, donde manifiestan los síntomas. Es importante recordar que una persona infectada solo puede contagiar el virus cuando manifiesta los síntomas, lo que unido al poco tiempo de supervivencia del virus fuera del organismo y su contagio exclusivo via fluidos, asegura que su expansión no puede ser excesivamente rápida... entendiendo por rápida el llegarse a un contagio masivo de la población.
   De hecho si se siguen adecuadamenten los protocolos de la  OMS (organización mundial de la salud) y no hay negligencias en los enfermeros, no debería haberse producido el contagio de la enfermera española que trató al misionero. Pero claro, sólo ponerse el traje lleva 20 minutos y quitárselo (para asegurarnos evitar tocar los fluidos con los que ha estado en contacto) lleva 40 minutos a un médico especialista. Esta se baraja ahora mismo como  la causa mas probable del contagio en el caso español. Por lo tanto, tranquilidad para el resto de la población.
  El verdadero peligro viene de dos posibles vías: la primera es la mutación del virus a otra cepa que se contagie a través del aire. Esta posibilidad, remota, es la mas preocupante pues llevará a una epidemia mundial de trágicas consecuencias. En mi opinión es muy difícil que ocurra por las características del virus y su medio ambiente de origen.
   Mas me preocupa otra posibilidad.Cuando llevamos el virus a otro medio ambiente estamos ayudando a seleccionar los virus mas resistentes a este medio. Un mismo tipo del virus de Ébola mas resistente a un clima adverso (sequedad, baja temperatura) compite en condiciones de igualdad con los virus menos resistentes (pero mas numerosos) cuando está en su medio ambiente natural, por lo que su posibilidad de reproducción es menor (no tiene ventaja). Pero si resulta que el virus que contagia a los humanos en estos ambientes extremos (para el virus) son los que han conseguido sobrevivir fuera del organismo mas tiempo, estamos provocando la reproducción masiva del virus resistente (los otros no pudieron sobrevivir y murieron antes del contagio). Y esto sí puede provocar un mayor índice de contagio en la población.
   Es difícil un escenario como el que planteo, pero ya ha ocurrido algo parecido en otros casos: en pacientes de SIDA tratados con medicamentos, se ha observado una regresión de la enfermedad tras una mejora evidente. El motivo: matamos a los virus menos resistentes, dejamos vivos a los mas resistentes a los medicamentos, que son los que se  reproducen y vuelve la enfermedad.