Difusion de la Ciencia y la Tecnologia.-Pag.de Luis.-

Finalidad que se persigue

El objetivo principal de estos escritos, muchos de ellos de autores de prestigio, y otros de mi humilde autoría, es hacer que las llamadas "ciencias duras", que habitualmente son tan injustamente descalificadas y solamente consideradas como "algo que no me interesa", puedan llegar a ser conocidas, o mejor aún, ser motivo de interés por el lector ávido de información. Se ha tratado de no incluir en ellos, ecuaciones ni procesos analíticos que desalienten al que tiene simple curiosidad por estos temas. En la medida que despierten interés, el lector irá buscando mas información en otras fuentes y de esa manera se logrará el objetivo propuesto por el autor de esta página. Asimismo, se agradecerá el comentario que cada uno quiera hacer, pidiendo que en primer lugar se considere que el objetivo de estos escritos es la divulgación de temas de Fisica Cuantica, Relatividad, y temas afines, como asimismo el desarrollo de nuevas tecnologías relacionadas con estas ramas de la ciencia. Y en segundo lugar que los comentarios sean fundados en la lógica y razonable opinión, de quien sin tener conocimientos previos, tenga un mínimo de comprension adecuado para la real interpretación de los mismos.
Y finalmente, se desea dejar un especial y expreso reconocimiento a dos grandes investigadores contemporáneos, que si bien no son conocidos por el gran público, son probablemente los mas importantes cientificos que actualmente desarrollan trabajos de vanguardia en estas áreas de la ciencia:
El Dr. Edward Witten, y el Dr.Juan M.Maldacena. Estadounidense el primero y argentino el segundo, que se desempeñan en la Universidad de Princeton, EEUU, el mismo lugar donde trabajó Albert Einstein.-
Y para terminar, agradezco a todos los lectores la infinita paciencia de leer todo lo que aquí se expone, y en lo sucesivo se expondrá, porque gracias a ellos se logrará la finalidad perseguida.-
Con afecto. Luis.-
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¿Qué es el tiempo?

¿Es una corriente que fluye sin parar y se lleva nuestros sueños, como dice una vieja canción? ¿ O es como una vía de ferrocarril? Quizás tenga bucles y ramificaciones, y se pueda seguir avanzando y, aún así, regresar a alguna estación anterior de la línea.
Un autor del siglo XIX, Charles Lamb, escribió: «Nada me produce tanta perplejidad como el tiempo y el espacio. Y sin embargo, nada me preocupa menos que el tiempo y el espacio, ya que nunca pienso en ellos». La mayoría de nosotros no acostumbramos a preocuparnos por el tiempo y el espacio, sean lo que sean, pero todos nos preguntamos en alguna ocasión qué es el tiempo, cómo comenzó y adonde nos lleva.
Cualquier teoría científica seria, sobre el tiempo o cualquier otro concepto, debería estar basada en la forma más operativa de filosofía de la ciencia: la perspectiva positivista propuesta por Karl Popper y otros. Según esta forma de pensar, una teoría científica es un modelo matemático que describe y codifica las observaciones que realizamos. Una buena teoría describirá un amplio dominio de fenómenos a partir de unos pocos postulados sencillos, y efectuará predicciones definidas que podrán ser sometidas a prueba. Si las predicciones concuerdan con las observaciones, la teoría sobrevive a la prueba, aunque nunca se pueda demostrar que sea correcta. En cambio, si las observaciones difieren de las predicciones, debemos descartar o modificar la teoría. (Como mínimo, esto es lo que se supone que ocurre. En la práctica, la gente cuestiona a menudo la precisión de las observaciones y la fiabilidad y el talante moral de los que las han realizado). Si adoptamos la perspectiva positivista, no podemos decir qué es realmente el tiempo. Todo lo que podemos hacer es describir lo que hemos visto que constituye un excelente modelo matemático del tiempo y decir a qué predicciones conduce.
Isaac Newton nos proporcionó el primer modelo matemático para el tiempo y el espacio en sus Principia Mathematica, publicados en 1687. En el modelo de Newton, el tiempo y el espacio constituían un fondo sobre el cual se producían los sucesos, pero que no era afec-tado por ellos. El tiempo estaba separado del espacio y era considerado como una línea recta, o una vía de tren, infinita en ambas direcciones. El propio tiempo era considerado eterno, en el sentido de que siempre había existido y seguiría existiendo siempre. En cambio, mucha gente creía que el universo físico había sido creado más o menos en el estado presente hace tan sólo unos pocos miles de años. Ello desconcertaba a algunos filósofos, como el pensador alemán Immanuel Kant. Si en efecto el universo había sido creado, ¿por qué se había tenido que esperar infinitamente hasta la creación? Por otro lado, si el universo había existido siempre, ¿por qué no había ocurrido ya todo lo que tenía que ocurrir, es decir, por qué la historia no había terminado ya? En particular, ¿por qué el universo no había alcanzado el equilibrio térmico, con todas sus partes a la misma temperatura?
Kant denominó este problema «antinomia de la razón pura», porque parecía constituir una contradicción lógica, no tenía solución. Pero resultaba una contradicción sólo dentro del contexto del modelo matemático newtoniano, en que el tiempo era una línea infinita, independiente de lo que estuviera ocurriendo en el universo. Sin embargo, en 1915 Einstein propuso un modelo matemático completamente nuevo: la teoría general de la relatividad. En los años transcurridos desde su artículo, hemos añadido algunos refinamientos ornamentales, pero nuestro modelo de tiempo y de espacio sigue estando basado en las propuestas de Einstein. Este ensayo describirá cómo han evolucionado nuestras ideas desde el artículo revolucionario de Einstein. Se trata de la historia del éxito del trabajo de un gran número de personas.
La relatividad general combina la dimensión temporal con las tres dimensiones espaciales para formar lo que se llama espacio-tiempo. La teoría incorpora los efectos de la gravedad, afirmando que la distribución de materia y energía en el universo deforma y distorsiona el espacio-tiempo, de manera que ya no es plano. Los objetos intentan moverse en trayectorias rectilíneas en el espacio-tiempo, pero como éste está deformado, sus trayectorias parecen curvadas: se mueven como si estuvieran afectados por un campo gravitatorio.
Una tosca analogía de la situación, que no debemos tomar demasiado al pie de la letra, consiste en imaginar una lámina de goma. Podemos depositar sobre ella una bola grande que represente el Sol. El peso de la bola hundirá ligeramente la lámina y hará que esté curvada en las proximidades del Sol. Si ahora hacemos rodar pequeñas bolitas sobre la lámina, no la recorrerán en línea recta, sino que girarán alrededor del objeto pesado, como los planetas orbitan alrededor del Sol.
La analogía es incompleta porque en ella tan sólo está curvada una sección bidimensional del espacio (la superficie de la lámina de goma), pero el tiempo queda sin perturbar, como en la teoría newtoniana. Pero en la teoría de la relatividad, que concuerda con un gran número de experimentos, el tiempo y el espacio están entrelazados. No podemos curvar el espacio sin involucrar asimismo al tiempo. Por lo tanto, el tiempo adquiere una forma. Al curvar el tiempo y el espacio, la relatividad general los convierte en participantes dinámicos de lo que ocurre en el universo, en lugar de considerarlos como un mero escenario pasivo en que se suceden los acontecimientos. En la teoría newtoniana, en que el tiempo existía independientemente de todo lo demás, se podía preguntar: ¿qué hacía Dios antes de crear el universo? Como dijo San Agustín, no deberíamos bromear con estas cuestiones, como el hombre que dijo «estaba preparando el infierno para los que pusieran preguntas demasiado complicadas». Es una pregunta seria que la gente se ha planteado a lo largo de todas las épocas. Según San Agustín, antes de que Dios hiciera el cielo y la Tierra no hacía nada en absoluto. De hecho, esta visión resulta muy próxima a las ideas actuales.
En la relatividad general, el tiempo y el espacio no existen independientemente del universo o separadamente el uno del otro. Están definidos por medidas efectuadas dentro del universo, como el número de vibraciones de un cristal de cuarzo de un reloj o la longitud de una cinta métrica. Es fácilmente concebible que un tiempo definido de este modo, en el interior del universo, debe haber tenido un valor mínimo o un valor máximo —en otras palabras, un comienzo o un final—. No tendría sentido preguntar qué ocurrió antes del comienzo o después del fin, porque tales tiempos no estarían definidos.
Claramente, resultaba importante decidir si el modelo matemático de la relatividad general predecía que el universo, y el propio tiempo, hubieran debido tener un comienzo o un final. El prejuicio general entre los físicos teóricos, incluido el mismo Einstein, era que el tiempo debería ser infinito en ambas direcciones. Si no, se planteaban cuestiones embarazosas sobre la creación del universo, que parecían hallarse más allá del dominio de la ciencia. Se conocían soluciones de las ecuaciones de Einstein en que el tiempo tenía un comienzo o un final, pero todas ellas eran muy especiales, con un grado muy elevado de simetría. Se creía que en los objetos reales que se colapsaran bajo la acción de su propia gravedad, la presión o los efectos de las velocidades laterales impedirían que toda la materia cayera al mismo punto y la densidad se hiciera infinita. Análogamente, si se retrotrajera la expansión del universo, se encontraría que no toda la materia del universo emergería de un punto de densidad infinita. Tal punto de densidad infinita se denomina una singularidad y constituiría un comienzo o un final del tiempo.
En 1963, dos científicos rusos, Evgenii Lifshitz y Isaac Khalatnikov, afirmaron haber demostrado que todas las soluciones de las ecuaciones de Einstein que poseen una singularidad deberían tener una distribución muy especial de materia y de velocidades. La probabilidad de que la solución que representa el universo tuviera esta disposición especial era prácticamente nula. Casi ninguna de las soluciones que podrían representar el universo poseería una singularidad con una densidad infinita. Antes de la etapa de expansión del universo, debería haber habido una fase de contracción durante la cual toda la materia se fue acumulando pero sin llegar a chocar consigo misma, separándose de nuevo en la fase actual de expansión. Si éste fuera el caso, el tiempo seguiría para siempre, desde un pasado infinito a un futuro infinito.
No todos quedaron convencidos por los argumentos de Lifshitz y Khalatnikov. Roger Penrose y Hawking adoptaron una perspectiva diferente, basada no en el estudio de soluciones detalladas, sino en la estructura global del espacio-tiempo. En la relatividad general, el espacio-tiempo es curvado no sólo por los objetos con masa, sino también por el contenido en energía. Esta siempre es positiva, por lo cual confiere al espacio-tiempo una curvatura que desvía los rayos de luz los unos hacia los otros.
Consideremos ahora el cono de luz correspondiente a nuestro pasado, es decir, las trayectorias, en el espacio-tiempo, de los rayos de luz de galaxias distantes que nos están llegando en el presente. En un diagrama en que el tiempo corresponda al eje vertical y el espació a los ejes perpendiculares a éste, tales trayectorias se hallan en el interior de un cono cuyo vértice, o punta, se halla en nosotros. A medida que vamos hacia el pasado, bajando desde el vértice del cono, vemos galaxias de tiempos cada vez más anteriores. Como el universo se ha estado expandiendo y todo estaba mucho más próximo entre sí, a medida que miramos un futuro más distante contemplamos regiones de densidad de materia cada vez mayor.
Observamos un tenue fondo de radiación de microondas que se propaga hacia nosotros por el cono de luz del pasado y que procede de un tiempo muy anterior, cuando el universo era mucho más denso y caliente que en la actualidad. Sintonizando receptores a las diferentes frecuencias de las microondas, podemos medir su espectro (la distribución de la potencia en función de la frecuencia) de esta radiación. Hallamos un espectro que es característico de la radiación de un cuerpo con una temperatura de 2,7 grados sobre el cero absoluto. Esta radiación de microondas es baja, pero el hecho de que su espectro concuerde tan exactamente con el de la radiación de un cuerpo a 2,7 grados nos indica que la radiación debe proceder de regiones opacas a las microondas.
Así pues, podemos concluir que el cono de luz de nuestro pasado debe atravesar una cierta cantidad de materia al ir retrocediendo en el tiempo. Esta cantidad de materia es suficiente para curvar el espacio-tiempo de manera que los rayos de luz de dicho cono del pasado estén curvados los unos hacia los otros.
A medida que retrocedemos en el tiempo, las secciones transversales del cono de luz de nuestro pasado alcanzan un tamaño máximo y empiezan a disminuir de nuevo. Nuestro pasado tiene forma de pera.
Cuando retrocedemos todavía más hacia el pasado, la densidad de energía positiva de la materia hace que los rayos de luz se curven los unos hacia los otros más fuertemente. La sección transversal del cono de luz se reducirá a tamaño cero en un tiempo finito. Ello significa que toda la materia del interior de nuestro cono de luz del pasado está atrapada en una región cuya frontera tiende a cero. Por lo tanto, no resulta demasiado sorprendente que Penrose y Hawking lograran demostrar que en el modelo matemático de la relatividad general, el tiempo debe haber tenido un comienzo en lo que denominamos gran explosión inicial o big bang.
Argumentos análogos demuestran que el tiempo tendría un final, cuando las estrellas o las galaxias se colapsaran bajo la acción de su propia gravedad y formaran un agujero negro. Se había esquivado la antinomia de la razón pura de Kant eliminando su hipótesis implícita de que el tiempo tenía sentido independientemente del universo. El artículo en el que se demostraba que el tiempo tuvo un comienzo ganó el segundo premio de un concurso patrocinado por la Gravity Research Foundation en 1968.
Este trabajo suscitó reacciones diversas: molestó a muchos físicos pero entusiasmó a los dirigentes religiosos que creían en un acto de creación, para el cual veían aquí una demostración científica. Entre tanto, Lifshitz y Khalatnikov habían quedado en una posición bastante embarazosa. No podían hallar argumentos contra los teoremas matemáticos que habíamos demostrado, pero en el sistema soviético no podían admitir que se habían equivocado y que la ciencia occidental tenía razón. Sin embargo, salvaron la situación al hallar una familia más general de soluciones con singularidad, que no eran especiales en el sentido en que lo eran sus soluciones anteriores. Ello les permitió afirmar que las singularidades, y el comienzo o el final del tiempo, eran un descubrimiento soviético.
Muchos físicos seguían rechazando instintivamente la idea de que el tiempo tuviera un comienzo o un final. Por ello, subrayaron que no se podía esperar que el modelo matemático constituyera una buena descripción del espacio-tiempo cerca de una singularidad. La razón es que la relatividad general, que describe la fuerza gravitatoria, es una teoría clásica, que no incorpora la incertidumbre de la teoría cuántica que rige todas las otras fuerzas que conocemos. Esta inconsistencia no tiene importancia en la mayor parte del universo ni durante la mayor parte del tiempo, porque la escala correspondiente a la curvatura del espacio-tiempo es muy grande y la escala en que los efectos cuánticos empiezan a resultar relevantes es muy pequeña. Pero cerca de una singularidad ambas escalas serían comparables y los efectos gravitatorios cuánticos serían importantes. Por ello, lo que los teoremas de singularidad de Penrose y Hawking establecían realmente era que nuestra región clásica de espacio-tiempo está limitada en el pasado, y probablemente en el futuro, por regiones en que la gravedad cuántica es relevante. Para comprender el origen y el destino del universo, necesitamos una teoría cuántica de la gravitación.
Las teorías cuánticas de sistemas como los átomos, con un número finito de partículas, fueron formuladas en los años 1920 por Heisenberg, Schrödinger y Dirac. Sin embargo, se topaba con dificultades cuando se intentaba extender las ideas cuánticas a los campos de Maxwell, que describen la electricidad, el magnetismo y la luz.
Podemos imaginar los campos de Maxwell como constituidos por ondas de diferentes longitudes de onda (la distancia entre dos crestas consecutivas de la onda). En una onda, los campos oscilan de un valor a otro como un péndulo.
Según la teoría cuántica, el estado fundamental o estado de energía más baja de un péndulo no es aquél en que está en reposo hacia abajo. Este estado tendría simultáneamente una posición y una velocidad bien definidas, ambas de valor nulo. Ello constituiría una violación del principio de incertidumbre, que prohibe la medición precisa simultánea de la posición y la velocidad. La incertidumbre en la posición, multiplicada por la incertidumbre en el momento (velocidad por masa) debe ser mayor que una cierta cantidad, conocida como constante de Planck, ‘th’.
Así pues, el estado fundamental o estado de energía más baja de un péndulo no tiene energía nula, como se podría haber esperado, sino que incluso en su estado fundamental un péndulo o cualquier sistema oscilante debe tener una cierta cantidad mínima de lo que se denomina fluctuaciones del punto cero. Estas implican que el péndulo no apuntará necesariamente hacia abajo sino que habrá una cierta probabilidad de hallarlo formando un pequeño ángulo con la vertical. Análogamente, incluso en el vacío o estado de energía más baja, las ondas de los campos de Maxwell no serán exactamente nulas, sino que tendrán un tamaño pequeño. Cuanto mayor sea la frecuencia (número de oscilaciones por minuto) del péndulo o de la onda, mayor será la energía de su estado fundamental.
Cálculos de las fluctuaciones del estado fundamental de los camPOS de Maxwell y de los electrones pusieron de manifiesto que la masa y la carga aparentes del electrón serían infinitas, en contra de lo que indican las observaciones. Sin embargo, en los años 1940, los físicos Richard Feynman, Julián Schwinger y Shin'ichiro Tomonaga desarrollaron un método consistente de eliminación o «sustracción» de estos infinitos para quedarse sólo con los valores finitos observados de la masa y la carga. Aún así, las fluctuaciones en el estado fundamental seguían causando pequeños efectos que podían ser medidos y concordaban con las predicciones. Unos esquemas de sustracción parecidos conseguían eliminar los infinitos en el caso de los campos de Yang-Mills, en la teoría propuesta por Chen Ning Yang y Robert Mills. Dicha teoría es una extensión de la teoría de Maxwell para describir las interacciones de otras dos fuerzas llamadas fuerza nuclear fuerte y nuclear débil. Sin embargo, las fluctuaciones del estado fundamental tienen efectos mucho más serios en una teoría cuántica de la gravedad. De nuevo, cada longitud de onda tendría una cierta energía en el estado fundamental. Como no hay límite inferior al valor de las longitudes de onda de los campos de Maxwell, en cualquier región del espacio-tiempo habrá un número infinito de longitudes de onda y la energía del estado fundamental será infinita. Puesto que la densidad de energía es, tal como la materia, una fuente de gravitación, esta densidad infinita de energía implicaría que en el universo hay suficiente atracción gravitacional para curvar el espacio-tiempo en un solo punto, lo que evidentemente no ha sucedido.
Podríamos esperar resolver el problema de esta contradicción aparente entre la observación y la teoría diciendo que las fluctuaciones del estado fundamental no tienen efectos gravitatorios, pero ello no funciona. Podemos detectar la energía de las fluctuaciones del estado fundamental en el efecto Casimir. Si tenemos un par de placas metálicas paralelas y muy próximas entre sí, su efecto es reducir ligeramente el número de longitudes de onda que pueden caber entre las placas con respecto al número de longitudes de onda en el exterior. Ello significa que la densidad de energía de las fluctuaciones del estado fundamental entre las placas, aunque sigue siendo infinita, es inferior a la densidad de energía en el exterior de las mismas, en una pequeña cantidad. Esta diferencia de densidad de energía da lugar a una fuerza atractiva entre las placas, que ha sido observada experimentalmente. Como en la relatividad general las fuerzas constituyen una fuente de gravitación, tal como lo es la materia, sería inconsistente ignorar los efectos gravitatorios de esta diferencia de energías.
Otra posible solución del problema consistiría en suponer que hay una constante cosmológica, como la introducida por Einstein en su intento de obtener un modelo estático del universo. Si esta constante tuviera un valor infinito negativo, podría cancelar exactamente el valor infinito positivo de la energía del estado fundamental en el espacio libre, pero esta constante cosmológica parece muy ad hoc y tendría que ser ajustada con un grado extraordinario de precisión.
Afortunadamente, en los años setenta se descubrió la supersimetría, un tipo totalmente nuevo de simetría que proporciona un mecanismo físico natural para cancelar los infinitos que surgen de las fluctuaciones del estado fundamental. La supersimetría constituye una característica de los modelos matemáticos modernos, que puede ser descrita de diferentes maneras. Una de ellas consiste en decir que el espacio-tiempo tiene otras dimensiones adicionales además de las que percibimos. Se llaman dimensiones de Grassmann, porque son expresadas en números llamados variables de Grassmann en vez de en números ordinarios. Los números ordinarios conmutan, es decir, tanto da el orden en que los multipliquemos: 6 por 4 es lo mismo que 4 por 6, pero las variables de Grassmann anticonmutan: x por y es lo mismo que -y por x.
La supersimetría fue utilizada por primera vez para eliminar los infinitos de los campos de materia y de Yang-Mills en un espacio-tiempo en que tanto las dimensiones ordinarias como las de Grassmann eran planas, en vez de curvadas. Pero resultaba natural extenderla a situaciones en que ambos tipos de dimensiones fueran curvadas. Ello condujo a diversas teorías denominadas supergravedad, con diferentes grados de supersimetría. Una consecuencia de la supersimetría es que cada campo o partícula debería tener un «supersocio» con un espín superior o inferior en 1/2 a su propio espín.
Las energías del estado fundamental de los bosones, campos cuyo espín es un número entero (0, 1, 2, etc) son positivas. En cambio, las energías del estado fundamental de los fermiones, campos cuyo espín es un número semientero (1/2, 3/2, etc), son negativas. Como en las teorías de supergravedad hay el mismo número de bosones que de fermiones, los infinitos de orden superior se cancelan.
Quedaba la posibilidad de que pudieran subsistir sin cancelarse algunos infinitos de órdenes inferiores. Nadie tuvo la paciencia necesaria para calcular si estas teorías eran en verdad completamente finitas. Se bromeaba que un buen estudiante tardaría unos doscientos años en comprobarlo y, ¿cómo podríamos estar seguros de que no había cometido ningún error en la segunda página de los cálculos? Aun así, hacia 1985 la mayoría de los especialistas creían que casi todas las teorías de supergravedad estarían libres de infinitos.
Entonces, de repente, la moda cambió. La gente empezó a decir que no había motivos para esperar que las teorías de supergravedad no contuvieran infinitos, lo cual significaba que podrían resultar fatalmente erróneas como teorías. En su lugar, se proclamó que la única manera de combinar la gravedad con la teoría cuántica era una teoría llamada teoría supersimétrica de cuerdas. Las cuerdas, como sus homólogas en la vida cotidiana, son objetos unidimensionales extensos: sólo tienen longitud. Las cuerdas de esta teoría se mueven en el espacio-tiempo de fondo, y sus vibraciones son interpretadas como partículas.
Si la cuerdas tienen dimensiones de Grassmann y dimensiones ordinarias, las vibraciones corresponderán a bosones y fermiones. En este caso, las energías positivas y negativas del estado fundamental se cancelarían exactamente, de manera que no habría infinitos de ningún orden. Se dijo que las supercuerdas eran la Teoría de Todo.
Los futuros historiadores de la ciencia encontrarán interesante explorar el cambio de opinión entre los físicos teóricos. Durante algunos años, las cuerdas reinaron sin rival y la supergravedad fue menospreciada como una simple teoría aproximada, válida tan sólo a bajas energías. El calificativo de «bajas energías» era considerado particularmente ominoso, aunque en este contexto bajas energías significaba que las partículas tendrían energías de al menos un millón de billones la de las partículas en una explosión de TNT. Si la supergravedad era tan sólo una aproximación de baja energía, no podía pretender ser la teoría fundamental del universo. En su lugar, se suponía que la teoría subyacente era una de las cinco posibles teorías de supercuerdas. Pero ¿cuál de estas cinco teorías describía nuestro universo? Y, ¿cómo podría formularse la teoría de cuerdas más allá de la aproximación en que éstas son representadas como superficies con una dimensión espacial y otra temporal, desplazándose en un espacio-tiempo plano? ¿No curvarían dichas cuerdas el espacio-tiempo de fondo?
En los años siguientes a 1985, fue haciéndose cada vez más evidente que la teoría de cuerdas no era la descripción completa. Para empezar, se advirtió que las cuerdas son tan sólo un miembro de una amplia clase de objetos que pueden extenderse en más de una dimensión. Paul Townsend es miembro del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de Cambridge, y a quien se deben muchos de los trabajos fundamentales sobre estos objetos, les dio el nombre de «p-branas». Una p-brana tiene longitud en p dimensiones. Así pues, una p= 1 brana es una cuerda, una p = 2 brana es una superficie o membrana, y así sucesivamente. No parece haber motivo alguno para favorecer el caso de las cuerdas, con p = 1, sobre los otros posibles valores de p, sino que deberíamos adoptar el principio de la democracia de las p-branas: todas las p-branas son iguales.
Todas las p-branas podían ser obtenidas como soluciones de las ecuaciones de las teorías de supergravedad en 10 o 11 dimensiones. Aunque 10 o 11 dimensiones no parecen tener nada que ver con el espacio-tiempo de nuestra experiencia, la idea era que las otras 6 o 7 dimensiones están enrolladas con un radio de curvatura tan pequeño que no las observamos, sólo somos conscientes de las cuatro dimensiones restantes, grandes y casi planas.
¿Existen realmente dimensiones adicionales? Todo lo que podemos preguntar es si los modelos matemáticos con dimensiones adicionales proporcionan una buena descripción del universo. Todavía no contamos con ninguna observación que requiera dimensiones adicionales para ser explicada. Sin embargo, hay la posibilidad de que podamos observarlas en el Gran Colisionador de Hadrones LHC (Large Hadron Collider), de Ginebra. Pero lo que ha convencido a mucha gente de que deberíamos tomarnos seriamente los modelos con dimensiones adicionales es la existencia de una red de relaciones inesperadas, llamadas dualidades, entre dichos modelos. Estas dualidades demuestran que todos los modelos son esencialmente equivalentes, es decir, son tan sólo aspectos diferentes de una misma teoría subyacente que ha sido llamada teoría M. No considerar esta red de dualidades como una señal de que estamos en buen camino sería como creer que Dios puso los fósiles en las rocas para engañar a Darwin sobre la evolución de la vida.
Estas dualidades demuestran que las cinco teorías de supercuerdas describen la misma física, y que también son físicamente equivalentes a la supergravedad. No podemos decir que las supercuerdas sean más fundamentales que la supergravedad, o viceversa, sino que son expresiones diferentes de la misma teoría de fondo, cada una de las cuales resulta útil para cálculos en diferentes tipos de situaciones. Como las teorías de cuerdas no tienen infinitos resultan adecuadas para calcular lo que ocurre cuando unas pocas partículas de altas energías colisionan entre sí y se esparcen. Sin embargo, no resultan muy útiles para describir cómo la energía de un gran número de partículas curva el universo o forma un estado ligado, como un agujero negro. Para estas situaciones es necesaria la supergravedad, que es básicamente la teoría de Einstein de los espacio-tiempos curvados con algunos tipos adicionales de materia.
Para describir cómo la teoría cuántica configura el tiempo y el espacio, resulta útil introducir la idea de un tiempo imaginario. Tiempo imaginario suena a ciencia ficción, pero es un concepto matemáticamente bien definido: el tiempo expresado en lo que llamamos números imaginarios. Podemos considerar los números reales, por ejemplo 1, 2, -3,5 y otros, como la expresión de posiciones en una recta que se extiende de izquierda a derecha: el cero en el centro, los números reales positivos a la derecha y los números reales negativos a la izquierda.
Los números imaginarios pueden representarse entonces como si correspondieran a las posiciones en una línea vertical: el cero seguiría estando en el centro, los números imaginarios positivos estarían en la parte superior y los imaginarios negativos en la inferior. Así pues, los números imaginarios pueden ser considerados como un nuevo tipo de números perpendiculares en cierto modo a los números reales ordinarios. Como son una construcción matemática no necesitan una realización física: no podemos tener un número imaginario de naranjas ni una tarjeta de crédito con un saldo imaginario.
Podríamos pensar que ello significa que los números imaginarios son tan sólo un juego matemático que nada tiene que ver con el mundo real. Desde la perspectiva positivista, sin embargo, no podemos determinar qué es real. Todo lo que podemos hacer es hallar qué modelos matemáticos describen el universo en que vivimos. Resulta que un modelo matemático en que intervenga un tiempo imaginario predice no sólo efectos que ya hemos observado, sino también otros efectos que aún no hemos podido observar pero en los cuales creemos por algunos otros motivos. Por lo tanto, ¿qué es real y qué es imaginario? ¿Está la diferencia tan sólo en nuestras mentes?
La teoría clásica (es decir, no cuántica) de la relatividad general de Einstein combinaba el tiempo real y las tres dimensiones del espacio en un espacio-tiempo cuadridimensional. Pero la dirección del tiempo real se distinguía de las tres direcciones espaciales, la línea de universo o historia de un observador siempre transcurría en la dirección creciente del tiempo real (es decir, el tiempo siempre transcurría del pasado al futuro), pero podía aumentar o disminuir en cualquiera de las tres direcciones espaciales. En otras palabras, se podía invertir la dirección en el espacio, pero no en el tiempo.
En cambio, como el tiempo imaginario es perpendicular al tiempo real, se comporta como una cuarta dimensión espacial. Por lo tanto, puede exhibir un dominio de posibilidades mucho más rico que la vía de tren del tiempo real ordinario, que sólo puede tener un comienzo o un fin o ir en círculos. Es en este sentido imaginario que el tiempo tiene una forma.
Para contemplar algunas de las posibilidades, consideremos un espacio-tiempo con tiempo imaginario que tenga forma de esfera, como la superficie de la Tierra. Supongamos que el tiempo imaginario corresponda a los grados de latitud. Entonces, la historia del universo en tiempo imaginario empezaría en el polo Sur. No tendría sentido preguntar: «¿qué ocurrió antes del comienzo?». Tales tiempos simplemente no están definidos, como no lo están los puntos más al sur del polo Sur. El polo Sur es un punto perfectamente regular de la superficie de la Tierra, y en él se cumplen las mismas leyes que en todos los demás puntos. Ello sugiere que, en el tiempo imaginario, el comienzo del tiempo puede ser un punto regular del espacio-tiempo, y que en él se podrían satisfacer las mismas leyes que en el resto del universo.
Otro posible comportamiento puede ilustrarse suponiendo que el tiempo imaginario corresponde a los grados de longitud en la Tierra. Todos los meridianos (líneas de la misma longitud) se cortan en los polos Norte y Sur. Así pues, en ellos el tiempo se detiene, en el sentido que un incremento del tiempo imaginario, o de los grados de longitud, nos deja en el mismo punto. Esto se parece mucho a la manera en que el tiempo real semeja detenerse en el horizonte de un agujero negro. Hemos caído en la cuenta de que esta detención del tiempo real e imaginario (o los dos se detienen o ninguno de ellos lo hace) significa que el espacio-tiempo tiene una temperatura.
Los agujeros negros no sólo tienen una temperatura, sino que también se comportan como si tuvieran una magnitud denominada entropía. La entropía es una medida del número de estados internos (maneras como podríamos configurar su interior) que el agujero negro podría poseer sin parecer diferente a un observador exterior, que sólo puede observar su masa, rotación y carga. La entropía del agujero negro viene dada por una fórmula muy sencilla descubierta por Hawking en 1974. Es igual al área del horizonte del agujero negro: hay un bit de información sobre el estado interno del agujero negro por cada unidad fundamental de área de su horizonte. Ello indica que hay una conexión profunda entre la gravedad cuántica y la termodinámica, la ciencia del calor (que incluye el estudio de la entropía). También sugiere que la gravedad cuántica puede exhibir la propiedad llamada holografía.
La información sobre los estados cuánticos en una región del espacio-tiempo puede ser codificada de algún modo en la frontera de dicha región, que tiene dos dimensiones menos. Algo parecido ocurre con los hologramas, que contienen una imagen tridimensional en una superficie bidimensional. Si la gravedad cuántica incorpora el principio holográfico, significa que podemos seguir la pista de lo que hay dentro de los agujeros negros. Esto es esencial si tenemos que ser capaces de predecir la radiación que sale de ellos. Si no lo podemos hacer, no podremos predecir el futuro en grado tan alto como creíamos. Parece que podríamos vivir en una 3-brana, una superficie cuatridimensional (tres dimensiones espaciales más una temporal) que es la frontera de una región de cinco dimensiones, con las restantes dimensiones enrolladas en una escala muy pequeña. El estado del universo en dicha membrana codificaría lo que está pasando en la región de cinco dimensiones.

La Vida en el Universo

Quisiera especular un poco, sobre el desarrollo de la vida en el universo, y en particular, sobre el desarrollo de la vida inteligente. Haré esto para incluir a la raza humana, aunque buena parte de su comportamiento a lo largo de la historia, ha sido bastante estúpido, y no precisamente calculado para ayudar a la supervivencia de las especies. Dos preguntas que discutiré son, '¿Cuál es la probabilidad de que la vida exista en otras partes del universo?' y, ' ¿Cómo podrá desarrollarse la vida en el futuro?'

Es cuestión de experiencia común, saber que las cosas tienden al desorden y al caos a medida que pasa el tiempo. Esta observación puede elevarse al estado de ley, la así llamada Segunda Ley de la Termodinámica. Esta dice que la cantidad total de desorden, o entropía, en el universo, aumenta siempre con el tiempo. Sin embargo, la ley se refiere solamente a la cantidad total de desorden. El orden en un cuerpo puede aumentar, a condición de que la cantidad de desorden a sus alrededor aumente en una cantidad mayor. Esto es lo que sucede con un ser vivo. Podríamos definir a la vida como: sistema ordenado que puede sostenerse contra la tendencia al desorden, y que puede reproducirse. Es decir, que puede formar sistemas ordenados similares, pero independientes. Para hacer estas cosas, el sistema debe poder convertir energía partiendo de una forma ordenada, (por ejemplo: alimento, luz del sol, o energía eléctrica), en energía desordenada, (en forma de calor). De esta manera, el sistema puede satisfacer el requisito de que la cantidad total de desorden aumente, mientras que, al mismo tiempo, aumenta el orden en sí mismo y en su descendencia. Un ser vivo tiene generalmente dos elementos: un sistema de instrucciones que le dicen al sistema cómo sostenerse y reproducirse, y un mecanismo para realizar estas instrucciones. En biología, estas dos piezas se llaman genes y metabolismo. Pero merece la pena acentuar que no es necesario una naturaleza biológica en ellos. Por ejemplo, un virus de ordenador es un programa que hará copias de sí mismo en la memoria de un ordenador, y se transferirá a otros ordenadores. Así, cabe en la definición de sistema vivo que yo he dado. Al igual que un virus biológico, ambos son formas algo degeneradas, porque solo contiene instrucciones o genes, y no tienen ningún metabolismo propio. En su lugar, reprograman el metabolismo del ordenador huésped o de la célula. Algunas personas se han cuestionado si deberíamos contar a los virus entre los seres vivos, ya que son parásitos, y no pueden existir independientemente de sus anfitriones. Pero entonces la mayor parte de las formas de vida, nosotros mismos incluidos, son parásitos, ya que se alimentan y dependen para su supervivencia de otras formas de vida. Creo que los virus de ordenador deberían considerarse también como vida. Quizás esto dijera algo sobre la naturaleza humana, ya que la única forma de vida que hemos creado hasta ahora, es puramente destructiva. Dicho de otro modo, creamos vida a nuestra imagen y semejanza. Volveré sobre las formas electrónicas de vida más adelante.

Lo qué normalmente conocemos como ' vida ' se basa en cadenas de átomos de carbono, enlazados con algunos otros átomos, tales como nitrógeno o fósforo. Podríamos especular que se puede obtener vida a partir de otra base química, por ejemplo el silicio, pero el carbono parece el caso más favorable, porque tiene la química más rica. Que los átomos de carbono existan al fin, con las características que tienen, requiere un fino ajuste de las constantes físicas, tales como la escala QCD (Nota del traductor: escala cromo-dinámica cuántica), la carga eléctrica, e incluso la dimensión espacio-tiempo. Si estas constantes tuvieran valores perceptiblemente distintos, o bien el núcleo del átomo de carbono se volvería inestable, o bien los electrones se colapsarían sobre el núcleo. A primera vista, parece notable que el universo esté ajustado tan finamente. Esta es quizá una evidencia, de que el universo fue diseñado especialmente para producir la raza humana. Sin embargo, hay que tener cuidado sobre tales discusiones, debido a lo que se conoce como el Principio Antrópico. Este se basa en la verdad, de por si evidente, de que si el universo no hubiera sido adecuado para la vida, nosotros no estaríamos ahora preguntándonos por qué está ajustado tan finamente. Se puede aplicar el Principio Antrópico, en sus versiones fuerte, o débil. Para el principio Antrópico fuerte, suponemos que hay muchos y diversos universos, cada uno con distintos valores en sus constantes físicas. En un número pequeño de ellos, estos valores permitirán la existencia de objetos tales como los átomos del carbono, que pueden actuar como los ladrillos para la construcción de sistemas vivos. Puesto que debemos vivir en uno de estos universos, no debemos sorprendernos de que las constantes físicas estén tan finamente ajustadas. Si no fuera así, no estaríamos aquí. La forma fuerte del Principio Antrópico no es muy satisfactoria. ¿Qué sentido operativo podemos dar a la existencia de esos otros universos? Y si están separados y al margen de nuestro propio universo, cómo puede afectarnos lo que suceda en ellos. En su lugar, adoptaré el que se conoce como Principio Antrópico débil. Es decir, tomaré los valores de las constantes físicas, según nos vienen dados. Pero veré qué conclusiones pueden extraerse, del hecho de que la vida exista en este planeta, en esta etapa de la historia del universo.

No había carbono, cuando el universo comenzó con el Big Bang, hace aproximadamente 15 mil millones de años. Era tan caliente, que toda la materia habría estado en forma de partículas, llamadas protones y neutrones. En un principio habría protones y neutrones en cantidades iguales. Sin embargo, como el universo se expandió, este se habría enfriado. Aproximadamente un minuto después del Big Bang, la temperatura habría caído a alrededor de mil millones de grados, equivalente a cientos de veces la temperatura del Sol. A esta temperatura, los neutrones comenzaron a descomponerse en más protones. Si solo hubiera sucedido esto, toda la materia en el universo habría terminado siendo como el elemento más simple, el hidrógeno, cuyo núcleo consiste en un solo protón. Sin embargo, algunos de los neutrones chocaron con los protones, y se fusionaron para formar el siguiente elemento más simple, el helio, cuyo núcleo consiste en dos protones y dos neutrones. Pero en el joven universo no se habría formado ningún elemento más pesado, como el carbono o el oxígeno. Es difícil imaginarse construir un sistema vivo, partiendo del hidrógeno y del helio, y de todos modos el universo primigenio seguía siendo demasiado caliente como para que los átomos se combinasen formando moléculas.

El universo habría continuado expandiéndose, y enfriándose. Pero algunas regiones habrían tenido densidades algo más altas que otras. La atracción gravitacional de la materia adicional en esas regiones, retrasaría su expansión, y eventualmente la pararía. En su lugar, esas regiones se colapsarían para formar galaxias y estrellas, hecho que empezó aproximadamente dos mil millones de años después del Big Bang. Algunas de aquellas estrellas tempranas habrían sido más masivas y calientes que nuestro Sol y habrían quemado el hidrógeno y helio original, transformándolo en elementos más pesados, tales como carbono, oxígeno, y hierro. Esto habría podido tomar solamente algunos cientos de millones de años. Después de eso, algunas de las estrellas habrían estallado como supernovas, y habrían dispersado los elementos pesados hacia el interior del espacio, formando la materia prima para próximas generaciones de estrellas.

Otras estrellas están demasiado lejos, como para que podamos ver directamente, si tienen planetas girando alrededor de ellas. Pero ciertas estrellas, llamadas pulsars, emiten pulsos regulares de ondas de radio. Observamos una leve variación en el índice de emisión de algunos pulsars, y esto se interpreta como un indicador de que están siendo perturbados, por la presencia de planetas del tamaño de la Tierra girando alrededor de ellas. Los planetas que giran alrededor de pulsars tienen pocas probabilidades de albergar vida, porque cualquier ser vivo habría muerto, en la explosión de la supernova que condujo a la estrella a convertirse en un pulsar. Pero, el hecho de que se haya observado que varios pulsars tienen planetas sugiere que una fracción razonable de las cientos de miles de millones de estrellas de nuestra galaxia pueden también tener planetas. Las condiciones planetarias necesarias para nuestra forma de vida pudieron por lo tanto, haber existido a partir de cuatro mil millones de años después del Big Bang.

Nuestro Sistema Solar se formó aproximadamente hace cuatro mil quinientos millones de años, cerca de diez mil millones de años después del Big Bang, a partir de gas contaminado con los restos de estrellas anteriores. La Tierra se formó en gran parte a partir de los elementos más pesados, incluyendo el carbono y el oxígeno. De algún modo, algunos de esos átomos llegaron a ordenarse en forma de moléculas de ADN. Este tiene la famosa forma de doble hélice, descubierta por Crick y Watson en un cuartucho situado en el Nuevo Museo, en Cambridge. Enlazando las dos cadenas en la hélice, hay pares de ácidos nucleicos. Hay cuatro tipos de ácidos nucleicos: adenina, citosina, guanina, y tiamina. Me temo que mi sintetizador del voz no es muy bueno, pronunciando sus nombres. Obviamente, no fue diseñado para biólogos moleculares. Una adenina en una cadena se empareja siempre con una tiamina en la otra cadena, y una guanina con un citosina. Así la secuencia de ácidos nucleicos en una cadena define una secuencia única y complementaria, en la otra cadena. Ambas cadenas pueden entonces separarse y cada una actúa como una plantilla para construir otras cadenas. De este modo las moléculas de ADN pueden reproducir la información genética, cifrada en sus secuencias de ácidos nucleicos. Algunas secciones de la secuencia se pueden también utilizar para elaborar proteínas y otros productos químicos, que pueden transportar las instrucciones codificadas en secuencia, y montar la materia prima para que el propio ADN se reproduzca.

No sabemos cómo aparecieron las primeras moléculas de ADN. La probabilidad de que una molécula de ADN se forme por fluctuaciones al azar es muy pequeña. Algunas personas, por lo tanto, han sugerido que la vida llegó a la Tierra desde alguna otra parte, y que hay semillas de vida flotando por los alrededores de la galaxia. Sin embargo, parece inverosímil que el ADN pudiera sobrevivir durante mucho tiempo a la radiación en el espacio. E incluso si pudiera, esto realmente no ayudaría a explicar el origen de la vida, porque el tiempo que necesitó el universo para lograr la formación del carbono es sólo un poco mas del doble que la edad de la Tierra.

La posibilidad de formación de algo parecido al ADN, que pudiera reproducirse, es extremadamente inverosímil. Sin embargo, en un universo con un número muy grande, o infinito, de estrellas, cabría esperar que esto ocurriera en algunos sistemas estelares, pero estarían tremendamente separados unos de otros. El hecho de que la vida llegara a suceder en la Tierra, no es sin embargo algo que nos sorprenda o inverosímil. Es solo una aplicación del Principio Antrópico Débil: si en su lugar, la vida hubiera aparecido en otro planeta, estaríamos preguntándonos por qué había ocurrido allí.

Si la aparición de vida en un planeta dado era muy inverosímil, se podía haber esperado que el proceso se alargase en el tiempo. Más exactamente, se podía haber esperado de la vida que apareciese justo a tiempo para la evolución subsiguiente de seres inteligentes, como nosotros antes del apagón, es decir antes del fin del proceso vital del Sol. Este es de cerca de diez mil millones de años, tras lo cual el Sol se expandirá y engullirá a la Tierra. Una forma inteligente de vida, podría haber dominado el viaje espacial, y podría por tanto ser capaz de escaparse a otra estrella. Pero de otro modo, la vida en la Tierra estaría condenada.

Hay evidencia fósil, de que existían ciertas formas de vida en la Tierra, hace aproximadamente tres mil quinientos millones de años. Esto pudo haber sido apenas 500 millones de años después de que la Tierra llegase a estabilizarse y a enfriarse lo bastante como para que la vida apareciera. Pero la vida habría podido tardar siete mil millones de años en desarrollarse, y todavía le sobraría tiempo para el desarrollo de seres que como nosotros, podrían preguntarse sobre el origen de la vida. Si la probabilidad del desarrollo de vida en un planeta dado, es muy pequeña, por qué sucedió en la Tierra, en tan solo 1/14 del tiempo total disponible.

La temprana aparición de vida en la Tierra sugiere que hay buenas opciones para la generación espontánea de vida, en condiciones convenientes. Quizás existieran ciertas formas más simple de organización, las cuales llegaron a construir el ADN. Una vez que apareció el ADN, este habría tenido tanto éxito, que puede ser que hubiera substituido totalmente las formas anteriores. No sabemos cuáles habrían sido estas formas anteriores. Una posibilidad es el ARN. Este es como el ADN, pero algo más simple, y sin la estructura de doble hélice. Las cortas longitudes del ARN, podían reproducirse como el ADN, y pudieron eventualmente transformarse en ADN. No se pueden crear ácidos nucleicos en el laboratorio a partir de material no-vivo, ni siquiera ARN. Pero transcurridos 500 millones de años, y contando con los océanos que cubrían la mayor parte de la Tierra, pudo haber una probabilidad razonable de que el ARN, se formase por casualidad.

Mientras el ADN se reprodujo, habrían sucedido errores al azar. Muchos de estos errores habrían sido dañinos, y habrían muerto. Otros habrían sido neutrales. Lo cual significa que no habrían afectado la función de los genes. Tales errores contribuirían a una deriva genética gradual, lo cual parece ocurrir en todas las poblaciones. Y otros errores habrían sido favorables para la supervivencia de la especie. Estos habrían sido escogidos por la selección natural Darwiniana. El proceso de la evolución biológica fue muy lento al principio. Llevó dos mil quinientos millones de años, desarrollar animales multicelulares a partir de las células más tempranas, y otros mil millones de años más el desarrollo, a través de peces y reptiles, de los mamíferos. Pero entonces la evolución pareció pegar un acelerón. En solo unos cientos de millones de años, los primeros mamíferos evolucionaron hasta nosotros. La razón es, que los peces ya contienen una gran parte de los órganos importantes de los humanos, y los mamíferos, prácticamente todos. Es decir, todo lo que se requería para el desarrollo humano a partir de los primeros mamíferos, como los lemurs, era un poco de afinación y ajuste.

Pero con la raza humana, la evolución alcanzó un nivel crítico, comparable en importancia con el desarrollo del ADN. Este hito fue el desarrollo del lenguaje, y particularmente el del lenguaje escrito. Ello significó que existía otro tipo de información que se podía pasar de generación en generación, además de la genética a través del ADN. No ha habido cambios perceptibles en al ADN humano, causados por la evolución biológica, en los diez mil años de historia registrada. Pero la cantidad de conocimiento manejado de generación en generación ha crecido enormemente. El ADN en los seres humanos contiene cerca de tres mil millones de ácidos nucleicos. Sin embargo, mucha de la información cifrada en esta secuencia, es redundante, o está inactiva. Por tanto la cantidad total de información útil en nuestros genes, es probablemente algo que ocupa unos cientos de millones de bits. Un bit de información es la respuesta a una pregunta de rango: si ó no. Por el contrario, una novela impresa en papel puede contener dos millones de bits de información. Así que un ser humano es el equivalente a 50 novelas románticas de Mills & Boon (Nota del traductor: Arlequín Mills & Boon es la empresa lider mundial en edición de novelas rosa) .Una biblioteca nacional importante puede contener cerca de cinco millones de libros, lo cual equivale a cerca de diez billones de bits. Por lo que la cantidad de información recogida en los libros, es cientos de miles de veces superior a la contenida en el ADN.

Aún más importante, es el hecho de que la información en los libros, puede cambiarse y actualizarse, mucho más rápidamente. Hemos tardado varios millones de años en desarrollarnos a partir de los monos. Durante ese tiempo, la información útil en nuestra ADN, ha cambiado probablemente en solo algunos millones de bits. De modo que el índice de evolución biológica en los seres humanos, es aproximadamente de un bit por año. Por contra, se publican cerca de 50.000 nuevos libros en lengua inglesa cada año, conteniendo del orden de cientos de miles de millones de bits de información. Por supuesto, la gran mayoría de esta información es basura, y de ninguna utilidad para cualquier forma de vida. Pero, incluso así, el ratio en el cual se puede agregar información útil es de millones, si no miles de millones, más alto que el del ADN.

Esto ha significado que hemos entrado en una nueva fase de la evolución. Al principio, la evolución procedió por obra de la selección natural, a través de mutaciones al azar. Esta fase Darwiniana, duró cerca de tres mil quinientos millones de años, y nos produjo a nosotros, seres que desarrollaron el lenguaje para intercambiar información. Pero en los últimos diez mil años, más o menos, hemos atravesado lo que podemos llamar, una fase de transmisión externa. Durante esta, el registro interno de información, manejado por las generaciones que tuvieron éxito reproductivo, no ha cambiado perceptiblemente al ADN. Pero el registro externo, mediante libros y otras formas duraderas de almacenaje, ha crecido enormemente. Algunas personas utilizarían el término, evolución, sólo para el material genético internamente transmitido, y se opondría a que dicho término fuese aplicado a la información manejada externamente. Pero creo que esto es también un problema de estrechez de miras. Somos más que simplemente nuestros genes. Podemos no ser más fuertes, o intrínsecamente más inteligentes, que nuestros antepasados los hombre de las cavernas. Pero lo que nos distingue de ellos, es el conocimiento que hemos acumulado durante los últimos diez mil años, y particularmente, durante los últimos trescientos. Pienso que es legítimo tomar una visión de conjunto, e incluir la información transmitida externamente, tanto como al ADN, en la evolución de la raza humana.

La escala de tiempo para la evolución de la información, durante el período de transmisión externo, es la de la tasa de acumulación. Esta fase solía ser de centenares, o aún de millares de años. Pero ahora este escala de tiempo se ha reducido a cerca de 50 años, o menos. Por otro lado, los cerebros con los cuales procesamos esa información se han desarrollado solamente en la escala de tiempo Darwiniana, de cientos de miles de años. Esto está comenzando a causar problemas. En el siglo XVIII, se decía que había un hombre que había leído cada uno de los libros escritos. Pero hoy en día, si usted leyera un libro al día, le llevaría cerca de 15.000 años leer todos los libros de una biblioteca nacional. Y para cuando acabase, muchos más libros habrían sido escritos.

Esto ha significado que nadie puede ser maestro en más que una pequeña esquina del conocimiento humano. La gente tiene que especializarse, en campos más y más reducidos. Esto es probable que sea una limitación importante en el futuro. No podemos continuar ciertamente, durante mucho tiempo, con el índice de crecimiento exponencial de conocimiento que hemos tenido en los últimos trescientos años. Una limitación y un peligro aún mayor para las generaciones futuras, es que todavía conservamos los instintos, y en particular, los impulsos agresivos, que teníamos en los días del hombre de las cavernas. Las agresiones, tales como la subyugación o el asesinato de otros hombres para tomar sus mujeres y su alimento, ha representado una ventaja definitiva para la supervivencia, hasta el presente. Pero ahora podría destruir a la raza humana entera, y a gran parte del resto de seres vivos de la Tierra. Una guerra nuclear, sigue representando el peligro más inmediato, pero existen otros, tales como el lanzamiento de virus rediseñados por ingeniería genética. O que el efecto invernadero llegue a tornarse inestable.

No queda tiempo, para esperar a que la evolución Darwiniana, nos haga más inteligentes, y mejore nuestra naturaleza. Pero ahora estamos entrando en una nueva fase, que podría ser llamada, evolución de auto-diseño, en la cual podremos cambiar y mejorar nuestra ADN. Existe un proyecto en marcha hoy en día para trazar la secuencia entera del ADN humano. (Nota del traductor: La charla es anterior a 1993, y el proyecto Genoma Humano empezó en 1990 y acabó en el 2000) Costará algunos miles de millones de dólares, pero eso es pecata minuta, para un proyecto de esta importancia. Una vez que hayamos leído el libro de la vida, comenzaremos a escribir las correcciones. Al principio, estos cambios estarán confinados a la reparación de defectos genéticos, como la fibrosis quística, y la distrofia muscular. Estas son controladas por genes sencillos, así que son bastante fáciles de identificar, y de corregir. Otras cualidades, tales como la inteligencia, son probablemente controladas por una gran cantidad de genes. Será mucho más difícil encontrarlos, y descubrir las relaciones entre ellos. Sin embargo, estoy seguro de que durante el próximo siglo, la gente descubrirá cómo modificar tanto la inteligencia, como los instintos agresivos.

Se aprobarán leyes contrarias a la ingeniería genética en seres humanos. Pero algunas personas no podrán resistirse a la tentación, de mejorar ciertas características humanas, tales como el tamaño de la memoria, la resistencia a las enfermedades, y el alargamiento de la vida. Una vez que aparezcan semejantes super-seres humanos, va a haber problemas políticos importantes, con el resto de seres humanos no mejorados, que no podrán competir. Probablemente, estos últimos morirán, o perderán importancia. En su lugar, habrá una raza de seres auto-diseñados, que irán mejorándose en un porcentaje cada vez mayor.

Si esta raza consigue reajustarse, hasta reducir o eliminar el riesgo de autodestrucción, probablemente se expandirá, y colonizará otros planetas y estrellas. Sin embargo, los viajes espaciales a través de grandes distancias, serán difíciles para las formas de vida con base química, como el ADN. El curso de vida natural para tales seres es muy breve, comparado con el tiempo del viaje. Según la teoría de la relatividad, nada puede viajar más rápidamente que luz. Por lo que el viaje de ida y vuelta a la estrella más cercana tomaría por lo menos 8 años, y al centro de la galaxia, alrededor de cien mil años. En la ciencia ficción, se superan estas dificultades, mediante deformaciones del espacio, o viajando a través de otras dimensiones. Pero no creo que esto sea posible jamás, no importa lo inteligentes que se vuelvan. En la teoría de la relatividad, si algo puede viajar más rápidamente que luz, también puede viajar hacia atrás en el tiempo. Esto nos conduciría a problemas con la gente que vuelve desde el futuro, para cambiar el pasado. Cabría esperar además, haber visto a una gran cantidad de turistas llegando desde el futuro, curiosos por observar nuestras costumbres pintorescas y pasadas de moda. Puede que sea posible utilizar la ingeniería genética, para hacer que la vida basada en ADN sobreviva indefinidamente, o por lo menos durante cien mil años. Pero hay una forma más sencilla, y que ya casi está dentro de nuestras posibilidades, que sería la de enviar máquinas. Estas se podrían diseñar para que durasen el tiempo suficiente para soportar el recorrido interestelar. Cuando llegasen a una nueva estrella, podrían aterrizar en un planeta conveniente, y extraer material de las minas para producir más máquinas, las cuales podrían ser enviadas hacia otras estrellas. Estas máquinas serían una nueva forma de vida, basada en componentes mecánicos y electrónicos, en lugar de macromoléculas. Podrían eventualmente sustituir a la vida basada en ADN, tal y como el ADN pudo haber sustituido a otras formas anteriores de vida.

Esta vida mecánica podría también ser auto-diseñada. Por ello, parece que el período de transmisión externa de la evolución, habría sido solo un corto interludio, entre la fase Darwiniana, y la fase (biológica o mecánica) de auto-diseño. Esto se muestra en el diagrama siguiente, que no es a escala, porque no hay forma alguna de representar un período de diez mil años en una escala de miles de millones de años.

Cuánto tiempo durará la fase de auto-diseño, es algo discutible. Puede ser inestable, y la vida podría destruirse a si misma, o llegar a un callejón sin salida. Si no lo hace, debería poder sobrevivir a la muerte del Sol, aproximadamente dentro de 5 mil millones de años, moviéndose a planetas situados alrededor de otras estrellas. La mayoría de las estrellas se habrán quemado dentro de otros 15 mil millones de años, más o menos, y el universo se acercará a un estado de completo desorden, según la Segunda Ley de la Termodinámica. Pero Freeman Dyson ha demostrado que, a pesar de esto, la vida podría adaptarse a la fuente siempre decreciente de energía ordenada, y por lo tanto podría, en principio, continuar su existencia para siempre.

¿Qué oportunidades tenemos de encontrar alguna forma de vida alienígena , mientras exploramos la galaxia?. Si la discusión sobre la escala de tiempo para la aparición de vida en la Tierra es correcta, debe haber muchas otras estrellas, cuyos planetas alberguen vida. Algunos de estos sistemas estelares podrían haberse formado cinco mil millones de años antes que la Tierra. Luego, ¿por qué la galaxia no está bullendo de formas de vida auto-diseñadas, mecánicas o biológicas? ¿Por qué la Tierra no ha sido visitada, o incluso colonizada?. No tendré en cuenta las sugerencias de que los OVNIS transportan a seres del espacio exterior. Creo que cualquier visita alienígena, sería mucho más obvia, y probablemente también, mucho más desagradable.

¿Cuál es la explicación del por qué no nos han visitado? Una posibilidad es que la discusión, sobre la aparición de vida en la Tierra, es incorrecta. Tal vez la probabilidad de que la vida aparezca espontáneamente es tan baja, que la Tierra es el único planeta en la galaxia, o en el universo observable, en el cual sucedió. Otra posibilidad es que exista una probabilidad razonable para que se formen sistemas de auto reproducción, como las células, pero que la mayoría de estas formas de vida no desarrollaron la inteligencia. Solemos creer en la vida inteligente, como una consecuencia inevitable de la evolución. Pero el Principio Antrópico debería advertirnos para que fuéramos cuidadosos con tales argumentos. Es más probable que la evolución sea un proceso al azar, donde la inteligencia es simplemente uno más entre una gran cantidad de resultados posibles. No está claro que la inteligencia tenga un valor de supervivencia a largo plazo. Las bacterias, y otros organismos unicelulares, seguirán viviendo, aún cuando el resto de la vida en la Tierra fuese barrida por nuestras acciones. Hay por tanto apoyos para la visión de que la inteligencia, es un desarrollo poco probable de la vida en la Tierra, desde la cronología de la evolución. Tomó un tiempo muy largo, dos mil quinientos millones de años, llegar a partir de las células hasta los seres multicelulares, los cuales son precursores necesarios para la inteligencia. Esta es una buena fracción del tiempo total disponible, antes de que el sol se destruya. Lo cual daría consistencia a la hipótesis, de que la probabilidad para que la vida inteligente se desarrolle, es baja. En ese caso, cabe esperar que encontremos muchas otras formas de vida en la galaxia, pero es poco probable encontrar vida inteligente. Otro modo, mediante el cual la vida podría fracasar en su intento de desarrollarse hasta un escenario de inteligencia, sería la de que un asteroide o cometa colisionase con el planeta. Acabamos de observar la colisión de un cometa, el Schumacher-Levi, con Júpiter. Esto produjo una serie de bolas de fuego enormes. Se cree que la colisión de un cuerpo algo más pequeño, con la Tierra, hace cerca de 70 millones de años, fue responsable de la extinción de los dinosaurios. Algunos pequeños mamíferos tempranos sobrevivieron, pero cualquier cosa tan grande como un humano habría sido aniquilada casi con toda certeza. Es difícil decir cuan a menudo ocurren tales colisiones, pero una conjetura razonable sobre este promedio, puede ser cada veinte millones de años. Si esta cifra es correcta, significaría que la vida inteligente en la tierra ha aparecido, únicamente gracias al hecho afortunado de que no ha habido colisiones importantes en los últimos 70 millones de años. Otros planetas en la galaxia, en los cuales la vida hubiera aparecido, pudieron no haber tenido un período libre de colisiones lo suficientemente largo como para desarrollar seres inteligentes.

Una tercera posibilidad es que durante la fase de transmisión externa haya una probabilidad razonable para que la vida se forme, y se desarrollen los seres inteligentes. Pero en ese punto, el sistema llega a ser inestable, y la vida inteligente se destruye. Esta sería una conclusión muy pesimista. Y en verdad deseo mucho que no sea así. Prefiero una cuarta posibilidad: la de que hay otras formas de vida inteligente ahí fuera, pero que se nos han pasado por alto. Existía un proyecto llamado SETI, la búsqueda de inteligencia extra-terrestre. Este implicaba la exploración de radiofrecuencias, para ver si podríamos captar señales emitidas por civilizaciones extraterrestres. Creo que merecía la pena apoyar este proyecto, aunque fue cancelado debido a una carencia de fondos. Pero deberíamos ser cuidadosos y no contestar, hasta que nos hayamos desarrollado un poquito más. Descubrir una civilización más avanzada, en nuestra actual etapa, puede ser un poco como cuando los habitantes originales de América se encontraron con Colón. Creo que estaban mejor antes de ello.

LA FISICA CUANTICA Y SUS IMPLICANCIAS FILOSOFICAS

Hace tiempo que los resultados de la microfísica pusieron en cuestión el postulado de la continuidad de la descripción. Según este postulado, toda descripción completa de un fenómeno ha de informarnos exactamente de lo que sucede en cualquier punto del espacio y en cualquier momento del tiempo dentro del dominio espacial y del período temporal que abarca el fenómeno observado: el acontecimiento físico que pretendemos describir.

No es posible algo como eso. Werner Heisenberg y otros han probado que el postulado resulta imposible de cumplir. Parece que en nuestra representación se dieran lagunas insalvables, como si las partículas carecieran de individualidad propia. Incluso los átomos parecen escapar de esta observación continua que nos asegura de algún modo su identidad y la continuidad de sus estados. Erwin Schrödinger insistía hacia 1950 en que debíamos abandonar ese hábito de pensamiento. "No podemos admitir la posibilidad de la observación continua. Hay que considerar las observaciones como sucesos discretos, desconectados". Ya no es concebible la posibilidad, tan cara al físico clásico, de obtener información acerca de cada punto del espacio en cada momento del tiempo.

El ideal de la continuidad servía al físico clásico para formular el principio de causalidad tal y como era aplicable a situaciones de hecho y a procesos de generalización en el ámbito de las ciencias naturales. La causalidad se entendía del siguiente modo: la situación física exacta en cualquier punto P en un momento dado t está determinada inequívocamente por la situación física exacta dentro de cierta zona alrededor de P en cualquier momento anterior, es decir, t-ô. Si ô es grande, o sea, si el tiempo anterior queda lejos, sería necesario conocer la situación previa en una zona amplia alrededor de P. Pero la "zona de influencia" se hace cada vez menor al disminuir ô, y se hace intinitesimal cuando ô tiende a cero. Dicho con menos precisión y mayor claridad: la física clásica suponía que lo que sucede en cualquier sitio en un momento dado depende solamente e inequívocamente de lo que ha sucedido en la vecindad inmediata "hace justamente un momento". Newton lo exponía así:

"Cuando experimentamos que algo ocurre, presuponemos en todo caso que algo ha precedido a aquella ocurrencia; algo de lo que ella se sigue según una regla" (cita de Heisenberg en La imagen de la naturaleza en la física actual, II, 1).

Esta concepción encontraba su imagen tradicional en el célebre demonio de Laplace, tal demonio, una ficción gnoseológica, conocía en cierto instante la posición y el movimiento de todos los átomos, por consiguiente estaba capacitado para calcular y prever de antemano todo el necesario porvenir del Universo.

La física clásica descansaba por completo en este principio, resultante a mi juicio de una injusta restricción de la causalidad a causalidad eficiente y de ésta a una causalidad por contacto. La causalidad formal (el contenido espiritual), la causalidad final e incluso la causalidad agente, habían caído por el camino como causas mitológicas o como fantasías metafísicas. La consagración y reflexión epistemológicas de dicho reduccionismo fenoménico y escéptico se la debemos al empirismo inglés de la ilustración. Hume eliminó, muy justificadamente, cualquier noción de necesidad lógica o de conexión necesaria, en relación a la causalidad de los fenómenos empíricos. La vinculación de un fenómeno con otro es siempre contingente, esto quiere decir que no es un absurdo pensar que las cosas sucedan de otro modo a como han venido sucediendo. La relación entre la causa y el efecto es de mera contigüidad espacio-temporal, una conjunción constante que supone la anterioridad de la causa sobre el efecto y una cierta conformación probabilística (hoy diríamos estadística) entre lo que sucedió, sucede y sucederá.

Por tanto, nuestras verdades de hecho, extraídas de inferencias causales o de generalizaciones inductivas, están basadas en un hábito mental, hijo de una experiencia limitada, y no en la necesidad lógica. Tendemos a CREER que las cosas se conformarán en el pasado con lo que ha venido sucediendo, sin embargo, que suceda lo contrario de lo que ha venido sucediendo, por ejemplo que el sol no salga mañana por el Este o que nazca un hombre con dos cabezas, puede ser increíble, pero no es ni inconcebible ni imposible.

La crítica hecha por Hume a la causalidad tradicional, tal y como se aplicaba en las ciencias naturales, resultaba tan ajustada que por fuerza debía volver mucho menos dogmáticos a estos saberes. Todos ellos, cuando se ocupan de hechos, sólo pueden asignar a sus enunciados y teorías una certidumbre relativa, contingente, probabilística.

A partir del desarrollo de la física cuántica y de la física ondulatoria, la causalidad relaja aún más su vocación determinista. Nos encontramos con que hay lagunas o grietas en la causalidad estricta (empírica). Albert Einstein no creyó jamás que la cuestión estuviese resuelta ("Dios no juega a los dados") y Heisenberg era consciente de que entender la causalidad como mera regularidad estadística significa que el correspondiente sistema físico sólo se conoce imperfectamente. Como ha sucedido desde Sócrates, la ciencia puede sacar partido del conocimiento de la propia insuficiencia del conocimiento. A partir de Gibbs y Boltzmann, la insuficiencia del conocimiento de un sistema ha quedado incluida en la formulación de sus leyes matemáticas.

La física, no obstante, permaneció fiel al determinismo por un tiempo: aunque nuestro conocimiento de los fenómenos fuera relativo, la relación causal objetiva seguía inconmovible. Todo sucedía por necesidad, aunque nuestro conocimiento de esa necesidad fuera relativo. Hasta que Max Planck inició la teoría de los cuantos. Max Planck demostró que un átomo radiante no despide su energía continua, sino discontinuamente, a golpes. La mismísima emisión de radiaciones –y no sólo nuestro conocimiento del hecho- es un fenómeno estadístico. La teoría de los cuantos obligaba a formular toda ley como una ley estadística, el determinismo no resultaba así más que una antigüalla supersticiosa.

Wittgestein ya había indicado algo parecido en el laconismo cristalino de su Tractatus:

«5.134 De una proposición elemental no se puede inferir ninguna otra. 5.135 De ningún modo es posible inferir de la existencia de un estado de cosas la existencia de otro estado de cosas enteramente diferente de aquél. 5.136 No existe nexo causal que justifique tal inferencia. 5.1361 No podemos inferir los acontecimientos futuros de los presentes. La fe en el nexo causal es la superstición. 5.1362 La libertad de la voluntad consiste en que no podemos conocer ahora las acciones futuras. Sólo podríamos conocerlas si la causalidad fuese una necesidad interna, la necesidad de la conclusión lógica. La conexión entre conocer y conocido es la de la necesidad lógica. ("A conoce que p acaece" no tiene sentido si p es una tautología.) 5.1363 Lo mismo que del hecho de que una proposición nos sea evidente, no se sigue que sea verdadera, del mismo modo la evidencia no justifica nuestra creencia en su verdad.»

En efecto, nunca podremos inferir necesariamente un acontecimiento Y de otro acontecimiento X, cuya verdad le sirva de premisa en un razonamiento. Sea X cualquier acontecimiento, e Y cualquier acontecimiento distinto de X, "X ÞY" es una falacia, puesto que hay al menos una posibilidad remota de que X se haya producido antes y después Y no se produzca. No podemos atribuir una certeza lógica a una teoría sobre lo que acaece, pues ningún juicio 'a posteriori' resulta de carácter apodíctico o necesario. Por su parte, la tautología (XÛX) no es más que el centro insustancial de las verdades 'a priori'. Nada sé sobre el tiempo cuando sé que es verdad que llueve o no llueve (p v ¬ p). Por su parte, la proposición "llueve" (p) es contingente, puede ser verdadera o falsa, más o menos verdadera y más o menos falsa, incluso vágamente verdadera (según los criterios de la "fuzzy logic"), pero precisamente por eso, sólo si el enunciado "X" es una indeterminación ("p"), y no una contradicción o una tautología, puede significar un acontecimiento real (ontológicamente verdadero). Sólo podemos evitar el riesgo de equivocarnos cuando nos referimos a lo que no acaece, a lo que se sustrae por ello al tiempo y al espacio o, dicho más positivamente, a lo que por ser siempre, más allá del tiempo y del espacio, se sustrae al riesgo de la existencia contingente.

Las relaciones de indeterminación de Heisenberg pusieron la verdad empírica en el lugar problemático que le correspondía. Se demostró –cito sus propias palabras- que no es posible determinar a la vez la posición y la velocidad de una partícula atómica con un grado de precisión arbitrariamente fijado. Puede señalarse muy precisamente la posición, pero entonces la influencia del instrumento de observación imposibilita hasta cierto grado el conocimiento de la velocidad; e inversamente, se desvanece el conocimiento de la posición al medir precisamente la velocidad.

Los hechos de observación han ido resultando cada vez más irreconciliables con una descripción continua en el espacio y el tiempo, por eso Niels Bohr introdujo el concepto de complementariedad de modelos. Dicho concepto significa que diferentes imágenes intuitivas destinadas a describir los sistemas atómicos pueden ser todas perfectamente adecuadas a determinados experimentos, aunque se excluyan mutuamente. Así, el átomo puede ser adecuadamente descrito como un microsistema planetario, con un núcleo atómico en el centro, y una corteza de electrones que dan vueltas alrededor; o como un núcleo rodeado de un sistema de ondas estacionarias, para otros experimentos; o como un objeto químico, calculando su calor de reacción al combinarse con otros átomos... tales imágenes son recíprocamente complementarias, aunque resulten incompatibles. La indeterminación intrínseca a cada una de tales imágenes, cuya expresión se halla precisamente en las relaciones de indeterminación, basta para evitar que el conflicto de los distintos modelos implique contradicción lógica. De este modo –concluye Heisenberg- "el conocimiento incompleto de un sistema es parte esencial de toda formulación de la teoría cuántica". Las leyes cuánticas han de tener, pues, carácter estadístico.

Incluso el postulado empírico de la anterioridad de la causa sobre el efecto parece inapropiado en la consideración de los acontecimientos subatómicos. En efecto, en dominios espacio-temporales muy pequeños, del orden de magnitud de las partículas elementales (mesones), alguna de las cuales, detectadas en laboratorio, no dura "viva" más que una cienbillonésima de segundo, espacio y tiempo se complican de un modo peculiar, tanto que se hace imposible, para intervalos de tiempo tan pequeños, la definición adecuada de los conceptos de anterioridad y posterioridad. Parece que en dominios espacio-temporales muy pequeños ciertos procesos transcurriesen en apariencia como si el orden temporal que correponde a su orden de relación causal se invirtiese.

La evolución de la física ha vuelto así a incidir en el dominio filosófico, al alejarse progresivamente de las nociones, aún parcialmente deterministas, recogidas por la tradición crítica ilustrada. Incluso la noción de causalidad, tal y como la redujo Hume a creencia y probabilidad, hábito mental y contingencia ontológica, resulta insuficiente para la comprensión de fenómenos notablemente contraintuitivos, fenómenos que más que causales parecen fortuitos, tal vez porque su "causalidad" sea de una condición muy distinta a la que rige en las relaciones de los cuerpos aparentes, una causalidad, por ejemplo, en que las partículas "no son objetos identificables, sino que hay que considerarlas como sucesos parecidos a explosiones en el frente de onda –precisamente los sucesos por los que el frente de onda se manifiesta a la observación-" (Schrödinger). En estas circunstancias, cuando los mejores físicos del siglo admiten que "el objeto no tiene una existencia independiente del observador" (tesis que Schrödinger atribuye literalmente a Bohr y Heisenberg) y cuando, por consiguiente, los recientes descubrimientos de la física han derribado la barrera misteriosa que existía entre el sujeto y el objeto, de modo que ya no existe entre ambos ningún límite preciso, no vemos por qué el recurso a la identidad material de la naturaleza ha de preferirse –incluso como mera orientación de la investigación, como ideal metodológico o epistémico- al de la identidad de forma o de intención.

Es la forma sustancial y no la sustancia material el concepto fundamental. Resulta asombroso y paradójico que esta conclusión de Schrödinger haya procedido precisamente del análisis experimental de las radiaciones de la materia. Es posible que la investigación profunda de la relación entre el sujeto y el objeto, y el verdadero significado de la distinción entre ellos, no dependan absolutamente de los resultados cuantitativos de la física y la química, o de la respuesta a cuestiones tales como esta que obsesionaba a Heisenberg: "¿por qué el protón es precisamente 1.836 veces más pesado que el electrón?", sin embargo, es evidente que las dificultades de la ciencia y su mismo esfuerzo teórico sirven también magníficamente a la fundamental tarea de resolver la cuestión de las cuestiones: "¿Quiénes somos nosotros?".

Conversación con Fritjof Capra

Por Satish Kumar(2002)

No ha hablado de las estructuras de poder?

F. Capra: Pienso que el asunto del poder y las actuales estructuras de poder es relevante sobremanera. El poder es esencialmente una exageración de la propia afirmación. Por supuesto que la propia afirmación es necesaria y saludable, pero cuando se va de las manos desemboca en esas extremas estructuras de poder. Pienso que es muy necesario ver claramente de dónde viene el poder.

Un presidente norteamericano difícilmente tiene poder, el poder reside en el Congreso y el Congreso está dirigido por las corporaciones, los grupos de presión, las camarillas y demás, así que el presidente no puede hacer demasiado. La única vez que Jimmy Carter pudo estar realmente activo fue cuando se hallaba fuera del país. Cuando estaba en el Medio Oriente o hablando con Brezhnev y cosas por el estilo. Pero en la Casa Blanca tema escaso poder. En los Estados Unidos, la gente cree que el presidente es un mal presidente porque no puede hacer un comino, y entonces viene alguno de afuera, de Georgia o California, o cualquier otro sitio y les dice: "Bueno, cuando yo llegue a la Casa Blanca será todo muy diferente porque yo vengo de afuera". Entonces, llega a la Casa Blanca y sucede exactamente la misma cosa otra vez. Pienso que es muy crucial reconocer, no solamente en Norteamérica, sino en todas partes, que el poder político reside en el poder económico.

¿Cual es la relación entre materia y conciencia?

F. Capra: Las pautas que observamos en la materia parecen ser reflejos de las pautas de la mente. Cuando se observa cierta partícula o cierta estructura en el mundo de las partículas, resulta muy difícil decir en verdad si está fuera o si está dentro. Me parece que las pautas de la mente y las pautas de la materia son reflejos una de la otra. Cuando estudiamos la materia, entonces desembocamos en interconexiones y correlaciones, y vemos que las estructuras materiales vienen a ser una red de correlaciones. Cuando nos ocupamos de la mente, la psique, en el dominio del pensamiento, de la conciencia, nos manejamos con interconexiones y correlaciones. Así que tenemos dos lotes de correlaciones y hay correlaciones entre ambos. Pienso que ése es el modo en que podemos realmente hacer contacto entre la materia y la conciencia. Mientras considerábamos a la materia como objetos sólidos, no había un modo en que pudiéramos relacionarla muy bien con la conciencia; pero ahora que vemos una malla o red en el campo psicológico y en el campo material, existe la esperanza de hacer alguna conexión.

¿Qué efecto tienen estas teorías en la conciencia de los físicos como personas?

F. Capra: Una de las diferencias entre la física y el misticismo es que el conocimiento místico no puede ser obtenido meramente mediante la observación sino sólo cambiando por completo el propio estilo de vida. Mediante un compromiso íntimo e integral con la integridad del propio ser. Casi podría decirse que esta transformación existencial es en si misma el conocimiento. El conocimiento es la transformación. Ahora bien, en la ciencia esto no es verdad. Muchos científicos son capaces de desarrollar estas teorías con implicancias filosóficas profundas y hermosas, y después irse a su casa para vivir allí una vida muy newtoniana. Esto sucede porque el intelecto puede desvincularse de la realidad. Sin embargo, ello no se aplica a todos los científicos por cualquier medio y típicamente, los realmente grandes muestran la influencia de esas teorías en sus propias vidas, como Einstein. Los físicos más intuitivos muestran tal mezcla de su vida y su obra. Pero hay un ejército entero de físicos que pueden elaborar las teorías sin que ellas tengan mayor impacto en sus vidas.

¿Cómo aprecia Ud. la visión cristiana de Dios?

F. Capra: La imagen de un dios creador que impone su ley divina al universo es muy acorde con la clásica visión del mundo con leyes naturales fijas y el universo funcionando como una maquina según leyes naturales estrictamente deterministas. Esta especie de rígida visión cristiana no era la visión que tenían del mundo los místicos, ya que los numerosos místicos de la tradición cristiana poseían una visión muy diferente de Dios. Por esa mismísima razón no fueron realmente reconocidos por la jerarquía de la iglesia. Las tradiciones místicas son suprimidas en Occidente.

¿Algo que decir sobre los científicos médicos y los doctores?

F. Capra: Mi próximo libro va a tratar sobre la salud en un contexto muy amplio. Me explayaré sobre estas tres dimensiones de la salud: la individual, la social y la ecológica. Individuo, sociedad y ecosistema. Y sugeriré cómo se puede ampliar el encuadre mecanicista que estoy de acuerdo en considerar como muy fuerte en la medicina. Lo que observo en los Estados Unidos es que hay un fuerte movimiento popular, un poderoso movimiento de base hacia el cuidado de la salud, y pienso que, como en la economía y la política, el cambio emanará de la gente y no de las autoridades. Esto va a suceder, particularmente en la medicina, porque tenemos un montón de poder para influenciar el campo médico. Cuando me da un dolor de garganta no tengo que tomar una pastilla para la garganta, sabiendo que matará a las bacterias pero que al mismo tiempo debilitará al organismo; puedo recurrir a otros medios. Al no comprar la droga, no solamente se hace algo que es saludable para uno mismo, sino que es algo saludable social, económica y ecológicamente. En otras palabras, si a uno le duele la cabeza y no toma una aspirina, considero eso como un acto político.

¿Por qué lo llama Nueva Física?

F. Capra: La cuestión básica es que estamos viendo el universo como un proceso cósmico unificado, y estamos viendo a todos los objetos, la gente y los acontecimientos como pautas del proceso. No se puede separar alguna de las pautas del resto sin destruiría. Esto resulta bastante obvio cuando se había de organismos vivos, como un pájaro o un gato; separen ese organismo del entorno, el aire y todo lo demás, y se mata al animal allí mismo. La Nueva Física nos ha evidenciado que esto también es cierto para la materia inorgánica: uno puede también destruir átomos, partículas y moléculas, si logra sacarlas completamente de su ambiente. Lo que puede hacerse es separar las pautas del resto: conceptualmente. Hemos tenido mucho éxito haciéndolo. Puedo decir que esta taza de agua es un objeto separado y que el micrófono es un objeto separado y que Satish Kumar es diferente a mí, estamos separados, él no es yo, y yo no soy él, todo eso. Pero la Nueva Física nos ha mostrado que se torna muy difícil separar las cosas de esta manera, especialmente cuando vamos a dimensiones más y más pequeñas. Entonces se vuelve crecientemente difícil separar cualquier pauta del todo. Todavía puede llegar a hacerse aproximadamente, pero se vuelve más y más difícil. Se puede comenzar de una comprensión del universo como un todo y luego especializarse en pautas individuales. Pero si se comienza con las pautas y se dice que son objetos separados, ladrillos separados, entonces jamás se comprenderá el todo. Creo que ese es el carozo de la Nueva Física. Así que no se trata de cómo juntar las cosas sino que es cuestión de cómo empezar a partir del todo ya mismo y luego especializarse en pautas individuales.

¿Qué forma tomarán la nueva biología, la ingeniería genética y la investigación genética; cuáles serán sus roles?

F. Capra: Bueno, los biólogos tienen bastante éxito en la biología molecular, quebrando las cosas en pedazos y estudiando esos mecanismos moleculares. En verdad ese método no les permite comprender algún proceso biológico, hasta el proceso más sencillo, de una manera relativamente completa. Entienden fragmentos y pedacitos, pero los fragmentos y los pedacitos les fascinan en demasía y la estrategia integra de la investigación en biología esta organizada siguiendo esos lineamientos reduccionistas. Así que si uno es un biólogo no obtendrá una subvención si no escribe su requerimiento de subvención en esos términos, en ese lenguaje. Ese es un campo donde no veo cómo pueden producirse los cambios, excepto tal vez a través de la medicina. Porque ahora, resulta bastante claro en la medicina que estamos llegando al final del paraíso produccionista y que tenemos que abandonarlo o modificarlo. Pienso que esto causar un efecto en la biología.

¿No es la división de las cosas una manera conveniente para aprenderlas?

F. Capra: Es cierto que dividimos las cosas por conveniencia pero carecemos en nuestra cultura de una visión más profunda del mundo que nos lo diga. Cuando uno crece y va a la escuela lo que le enseñan es que las cosas están hechas de átomos; que los átomos están hechos de partículas. Ellos no dicen que todo es conciencia cósmica, que ésta tiene pautas materiales, que ellas se hallan interconectadas, que todo es una danza y que convenientemente uno puede separar la danza en movimientos distintos.

¿Cómo estudia uno los organismos de manera realista, seriamente?

F. Capra: Pienso que el Dr. de Bono lo expresó muy bien cuando dijo que el 95% de nuestros pensadores puede ser racional pero que 5% tiene que ser lateral. Considero que uno puede decirlo similarmente: es posible estudiar la pauta detallada pero nunca dejar el todo fuera de la vista, y eso va a producir la diferencia. Lo que se diga acerca de estas pautas u organismos individuales o funciones va a ser aproximado. La noción de modelos es extremadamente importante. El mapa no es el territorio. Es solamente una representación aproximada de la realidad. Hay un muy hondo cambio de actitud, una revolución real.

¿En la enseñanza de ciencia, cómo puede comenzarse desde una perspectiva realística y no mecanística?

F. Capra: Yo dicto cursos sobre física moderna para no físicos. Sería muy interesante hacerlo hasta con niños pequeños. Comenzar de un modo poético. Desde las primeras dos clases hablarles de la danza cósmica y de todo y todas las cosas de un modo bien in-científico, una manera poética, para luego decirles: "bueno, ahora vamos a mirar los detalles, pero cuando lo hagan tendrán que desaprender algunas cosas a medida que avanzan, así que no crean en ello muy firmemente. No es 100% verdad, se trata apenas de un modelo". No se cómo podrías traducir esto a un lenguaje que pudieran entender los chicos del colegio secundario, pero pienso que vale la pena hacerlo. Es realmente algo que tendría que serlas escuelas Stelner, donde comienzan con el mito y con un montón de pintura, y luego siguen hacia algo más intelectual. Cuando se enseña física o ciencia, tienes este mito del científico sentado ante un escritorio (digo "científico" porque siempre es un hombre), elaborándolo todo a partir de ecuaciones básicas de una manera muy racional. Ahora bien, cuando se hace ciencia éste no es en absoluto el modo en que la ciencia se hace, hay un montón de trabajo conjetural, muchísima intuición, mucha sincronicidad, pero eso no es reconocido. Se podría agregar o incorporar en la enseñanza de la ciencia el desarrollo de la intuición. Hay variados ejercicios que uno puede aprender a fin de ayudarse para desarrollar su intuición, y esto no esta reconocido todavía aunque comienza a reconocerse. Has visto que siempre hemos dicho que las mujeres son muy intuitivas y que eso esta bien para ellas, como significando que eso que hacen no es demasiado importante. Ahora se esta dando un cambio muy profundo. Esta es una modalidad femenina del darse cuenta.

¿Qué es la mente?

F.Capra: No lo sé. Me impresionó mucho el libro de Gregory Bateson, Mente y Naturaleza (Mind and Nature). El ve a la mente como una propiedad de sistemas en los organismos vivientes y enumera cinco condiciones que deben darse para que uno pueda hablar de algo, un sistema, como poseyendo mente o pensamiento, y esto va muchísimo más allá del desarrollo del sistema nervioso por las suyas. Comienza muy tempranamente en los organismos vivos y consiste en cierto modo de procesar la información, de usar la información para sobrevivir. Tengo la sensación de que a partir de ello se deduce que existe cierta complejidad de interconectividad que permite hablar sobre la mente y de nuevo puede hacerse la conexión con la materia cuando se constata que la materia también posee su interconectividad, y tal vez existan similaridades o imágenes, y así en adelante. Pienso que lo mejor que puedo sugerir es la lectura de ese libro de Bateson.

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Los Leptones

Los leptones son partículas consideradas como fundamentales en la nueva tabla de partículas elementales. Históricamente jugaron un papel muy importante en la construcción del llamado Modelo Estándar de las Partículas elementales y actualmente existe evidencia experimental acerca de ellas que está abriendo camino en el futuro de la Física de Altas Energías y que prometen dar nuevas sorpresas.

I. El modelo Estándar
Lo muy grande y lo muy pequeño se encuentran conectados, al menos, en la mente del hombre. Ver hacia el cielo y toparnos con las estrellas y
en especial con el Sol nos motiva hacia la aventura de la exploración del universo a gran escala. Pero podemos tomar el otro camino, el de lo muy pequeño y buscar cuáles son los bloques fundamentales que constituyen a la naturaleza.

Hemos de ser honestos y decir que la ciencia sólo puede dar respuestas aproximadas que con el tiempo se irán refinando hasta acercarnos poco a poco a una descripción correcta de la realidad y es por eso que a lo largo de la historia se pueden ver distintas etapas de descubrimiento y de formulaciones teoricas hasta llegar al conocimiento de las partículas que actualmente consideramos como fundamentales.

Recordemos, por ejemplo, que a principios del siglo pasado se creía que las partículas elementales eran los neutrones, los protones y los electrones. Los dos primeros se encuentran pegados formando el núcleo atómico y el electrón se imaginaba en rotación alrededor del núclo, en semejanza con un sistema planetario en miniatura. Nuestro afán de ver lo grande y lo pequeño como una misma cosa es notorio en este intento fallido. Sin embargo, como generalmente sucede en la ciencia, la evidencia experimental selecciona qué modelos sobreviven y cuales no. El modelo anterior fue de los que no sobrevivieron. Se descubrió posterioremente que tanto el protón como el neutrón poseen estructura interna y con el desarrollo de aceleradores de partículas se han identificado en la actualidad a más de cien partículas nuevas. La tarea ahora consiste en clasificarlas de acuerdo a las características comunes entre ellas. Actualmente la mejor forma en que se han podido agrupar es a través de la despendencia del tipo de interacción que existe entre ellas. Hasta la fecha se han identificado cuatro interacciones fundamentales:

1. Electromagnética.

2. Fuerte: que mantiene a los protones unidos dentro del núcleo átomico.

3. Débil: responsable de que los neutrones decaigan en otras partículas.

4. Gravitacional: la responsable de que estés sentado en este momento y la más debil de todas.

Al nivel de lo muy pequeño la fuerza de gravedad parece no afectar mucho, así que la despreciamos a esta escala y no se mencionará por ahora.

La idea de cómo interctúan las partículas es muy simple: imagina que ves a dos tenistas desde una altura considerable. Observarás que ambos jugadores se mueven de manera muy curiosa y al parecer sin razón alguna. A medida que te acercas a los jugadores, verás que entre ellos intercambian un pelota que es la responsable de que se muevan de la manera que liste anterioremente. De similar forma, las partículas interactúan intercambiando una partícula entre ellas, a la cual llamamos bosón intermediario. Para la interacción fuerte los intermediarios son los gluones (del inglés "glue": pegamento), para la débil, los bosones W y el Z y para la electromagnética, el fotón. Siguiendo con la analogía, nuestros tenistas se pueden agrupar en dos bandos: los hadrones y los leptones. Los primeros son principalemente sensibles a la interacción fuerte, y los leptones a la débil. Los hadrones a su vez están formados por otras partículas conocidas como quarks (además de gluones y otras partículas virtuales) y hasta ahora no se ha encontrado estructura interna en los leptones. Al final, nuestra nueva tabla de partículas elementales se muestra en la figura a la derecha.

Es necesario decir que a cada una de las partículas mostradas en la figura le corresponde una partícula idéntica en masa, pero con carga opuesta. A dichas partículas correspondientes se les llama antipartículas. Por ejemplo, existe para el electrón un anti-electrón (o también llamado positrón) con la misma masa pero carga eléctrica positiva, etc. Al modelo que agrupa y explica la física entre todas estas partículas se le llama Modelo Estándar de las Partículas Elementales.

II. Los leptones
Por el momento fijaremos nuestra atención en los leptones. El nombre proviene del griego "leptos" que significa pequeño. La primera partícula de este tipo que se encontró fue el electrón cuya masa, por ejemplo, es aprox. dos mil veces mas pequeña que el protón. A finales de los años treinta se descubrieron los rayos cósmicos (partículas muy energéticas que provienen del espacio extrerior) y con ellos evidencia de que existía una partícula muy similar al electrón, con la misma carga pero 200 veces más pesado, y que en unos cuantos microsegundos decaía en un electrón (mas dos neutrinos: el neutrino del muon y el antineutrino del electron... los "neutrinos" van a ser detallados mas adelante). A éste "electrón pesado" se le dio el nombre de muón. El tiempo que tarda una partícula antes de decaer y convertirse en otras es conocido como vida media. Entonces, sólo la vida media y la masa distinguen a un muón de un electrón. En 1975 se encontró el que parece ser el último de los leptones cargados, conocido como "tau" y que es 3600 veces más pesado que el electrón, con la misma carga y una vida media pequeñísima.

Existen, además de éstos tres leptones, otros tres cuyo origen se remonta a principios de los años treinta cuando se trató de explicar la naturaleza de la radiación beta. El fenómeno de la radiación era bien conocido en esa época y existían tres tipos:

1. La radiación alfa: que son en realidad núcleos de helio que salen del núcleo atómico.

2. La radiación beta: que son electrones.

3. La radiación gamma : que es radiación electromagnética.

Pero sucedía que en la radiación beta no se conservaba la energía. Uno de los pilares de la Física parecía romperse. La explicación de la radiación beta era que en el núcleo atómico un neutrón se descompone (decae) en un protón que permanece en el núcleo y un electrón que sale de él. La carga eléctrica se conservaba puesto que el electrón tiene exactamente la misma carga del protón pero de sigo contrario. Sin embargo, al medir la energía con la cual sale el electrón, ésta no tenía un valor fijo sino que formaba un espectro de energías, contrario a la regla conocida de que cuando un cuerpo en reposo decae en otros dos (el protón y el electrón) la energía de c/u de las parículas resultantes es fija. Pauli propuso entonces, para explicar esta discrepancia, la existencia de una nueva partícula sin carga y de masa muy pequeña, que interactúa muy débilmente con el resto de las partículas para asi salvar la sacro-santa conservación de la energía. Fermi la llamó neutrino que en italiano significa ``neutroncito''. Esta era una partícula teórica y fue hasta 1956 que fue detectada por Frederic Reines y Clyde Cowan. El neutrino es pues una partícula que al carecer de carga eléctrica es un excelente representante de la interacción débil. Éstas partículas pueden atravesar toneladas de material sin sufrir la mas mínima perturbación. Son "fantasmas" que atraviesan la materia.

Al principio se creía que existía sólo un tipo de neutrino pero posteriormente se observó que el decaimiento de cada leptón cargado (muón y tau) generaba un tipo particular de neutrino. Se dice entonces que para el electrón existe su correspondiente "neutrino electrónico", al igual que para el muón ("neutrino muónico") y para el tau ("neutrino tauónico"). Existen además, como ya dijimos, los correspondientes antineutrinos. Sin embargo, al carecer de carga eléctrica la única forma de distinguir a los neutrinos de un tipo y de otro es por medio de un nuevo número (o etiqueta) llamado número leptónico. Este número fue inventado para evitar una inconsistencia del modelo. Por ejemplo: la reacción

muón ---> electrón + fotón

(léase: "un muón decae en un electrón y un fotón") no es observada nunca (la probabilidad de esta ocurra es menor a 0.0000000001 !) y para introducir esta observación en el modelo se agrega una regla suplementaria: se agrega la "carga leptónica" (L). Entonces, el neutrino del electrón y el electrón tienen la misma carga leptónica L(electrón)=+1 , el muón y su correspondiente neutrinon L(muón)=+1, etc. Para distinguirlos de sus antipartículas, las antipartículas tienen un valor de L= -1 en los respectivos números leptónicos. Entonces, en la reacción anterior debe conservarse el número o carga leptónica: del lado izquierdo de la reacción hay L(muón)=+1 y L(electrón)=0, y del lado derecho, L(electrón)=+1 y L(muón)=0. Así que dicha reacción no conserva los números léptonicos y, por lo tanto, está prohibida en el modelo, tal y como lo exige la observación experimental. De forma similar, el decaimiento beta está descrito por la reacción

neutrón ----> protón + electrón + antineutrino electrónico

Tanto el neutrón como el protón no tienen carga leptónica (L = 0). Así que del lado izquierdo de la reacción, L(neutrón) = 0, y del lado derecho tenemos que el electrón tiene L(electrón) = +1, y que el antineutrino del electrón tiene L(electrón) = -1, y además L(protón) = 0, así que la suma total del lado derecho de la reacción es L = 0, o sea, el número leptónico es igual en ambos lados de la reacción y por lo tanto la misma es posible. Así pues hemos descrito la parte inferior de la figura anterior conocida como la parte leptónica.

III. Los neutrinos solares
Hemos hecho una introspección hacia lo muy pequeño. Ahora podemos ver nuevamente hacia el cielo y tratar de entender los fenómenos estelares; resulta que la estrella más próxima es el Sol y vemos en él a una máquina termonuclear en equilibrio cuasi-perfecto (recordemos que el Sol emite partículas que forman el viento solar). La fuerza gravitacional, despreciada anteriormente, tiende a colapsar toda la masa en un punto. La masa de gas tiende a concentrarse hacia el centro del Sol. Al aumentar la concentración, aumenta la energía cinética de los átomos de hidrogeno y con ella las colisiones entre tales átomos. Los protones de dichos átomos al chocar entre sí en algunos casos se quedan pegados unos con otros gracias a un proceso llamado fusión nuclear, dando lugar cada vez a elementos mas pesados como el Berilio (Be), el Helio (He), el deuterio (D) y otros. Parte de la masa que formaban a los protones individualmente se libera en forma de energía de radiación electromagnética de acuerdo como lo señala la famosa expresión E=mc2 , donde E es la energía liberada, m es la masa, y c la velocidad de la luz. Dicha energía liberada ejerce una fuerza que se opone al colapso gravitacional. Las estrellas son entonces objetos donde las fuerzas gravitacionales y la presión ejercida por la energía liberada de reacciones nucleares se encuentran en perfecto equilibrio y, en el caso del Sol, dicho equilibrio existirá durante algunos miles de millones de años más.

Una muestra del conjunto de reacciones que se llevan a cabo en el interior solar se muestran en la figura 2. Se puede observar que en muchas de las reacciones se generan neutrinos. En este caso, exclusivamente neutrinos del electrón.

De acuerdo a la luminosidad observada del Sol, su masa y su edad, se puede estimar el número de reacciones nucleares que se efectúan en su interior. Al modelo que explica dichos mecanismos se le conoce como Modelo Estándar Solar (MES) y, de acuerdo a dicho modelo, el flujo de neutrinos que deberíian observarse en la Tierra es de unos 50 mil millones de neutrinos por centímetro cuadrado cada segundo.

Recordemos que la principal característica de los neutrinos es que su interacción con la materia es sumamente débil. De hecho, es precisamente esta característica la que los hace muy útiles en el estudio del Sol. Puesto que los neutrinos practicamente no modifican su trayectoria al atravesar un medio material, ellos pueden salir del sol sumamente rápido. Los fotones, es decir, la radiación electromagnética, por el contrario, interactúa fuertemente con los campos electromagnéticos generados por la materia del núcleo y manto solar, así que en algunos casos los fotones quedan atrapados en el interior del sol y tardan años en poder salir. De manera que la información de los neutrinos es información actual acerca de los procesos que ocurren en el interior solar.

Detectar el flujo de neutrinos predicho por el Modelos Estándar Solar es entonces una observación indirecta de las reacciones que ocurren el el interior del Sol. De poder medirse, sería una comprobación de dicho modelo. Raymond Davies Jr. se propuso hacer dicha comprobación del Modelo Solar. Para ello utilizó 390 000 litros de tetracloroetileno colocados en el interior de una mina (llamada Homestake) en Dakota del Sur, USA. La idea era detectar los neutrinos solares a través de la reacción

neutrino electrón + Cloro ---> Argón

En realidad lo que sucede es lo sig.: el núcleo de cloro contiene 17 protones y 20 neutrones; al llegar un neutrino interactúa con un neutrón, el neutrón se convierte en un protón y un electrón y en el núcleo quedan entonces 18 protones y 19 neutrones que es precisamente un átomo de Argón. ( A este proceso, que es el inverso de la radiación beta, se le llama beta inverso)

El problema (por eso se llama problema de los neutrinos solares) es que el número de reacciones que se observó, comparadas con el número de reacciones esperado teóricamente, es de un tercio. ¿Dónde quedaron los otros 2/3 ?

Nos quedan tres alternativas para atacar esta discrepancia entre teoría y experimento:

1. El modelo estándar solar necesita una extensión.

2. El modelo estándar de partículas necesita una extensión.

3. El experimento necesita modificarse.

Resulta que hay una serie de observaciones astronómicas que respaldan al modelo solar, las dudas acerca de su efectividad son muy reducidas. Esto descarta en gran medida la opción 1. Se hicieron nuevos experimentos simliares al de la mina Homestake pero ahora utilizando átomos de Galio (Ga) en lugar de los del cloro. Dichos detectores se pusieron en Italia y se le llamó Gallex, y otro experimento simliar se hizo en Rusia al cual se le llamó SAGE. El resultado fue el mismo: existe un déficit de neutrinos solares.

Así que, por eliminación, nuestra solución debe de estar en una extensión al Modelo Estandar de Partículas. Una de dichas extensiones consiste en darle masa a los neutrinos. Por supuesto una masa muy pequeña. Si numeramos al electrón como "uno", al muón "dos" y al tau "tres", podemos entonces describir nuestro sistema como electrones, muones y taus ó como "uno, dos y tres" y no existe ninguna diferencia. Se dice entonces que la "base física" (electrón, muón, tau) coincide con la "base de masas" (1,2,3). Ahora bien, tenemos tres neutrinos que podemos definir según una base física que llamaremos "nu(e), nu(muón), nu(tau)" o una base de masas que llamaremos "nu(1), nu(2), nu(3)". Resulta que describir a los neutrinos en una u otra base no es lo mismo. La masa del estado nu(1) no coincide con la masa del estado nu(e) y la propuesta (para tratar de solucionar esta discrepancia) es que la masa del estado nu(e) es en realidad una combinación de aquella de los estados nu(1), nu(2), nu(3). En el viaje del Sol a la Tierra, los neutrinos nu(1), nu(2), nu(3) no interactúan de la misma forma con la materia; por ejemplo, nu(1) interactúa de una forma diferente a nu(2) y a nu(3), de tal forma que, al llegar a la Tierra, la combinación de estados que describía al neutrino del electrón ya no es la misma que al principio de su trayectoria, ha cambiado, y que la actual combinación de neutrinos posea una masa que corresponda a la del neutrino del muón o del tau.

Si eso pasa, es decir, si la propuesta es correcta, los experimentos que estaban diseñados para observar a los neutrinos del electrón son insensibles a los neutrinos del muón y del tau, así que éstos pasarán por el detector sin dejar rastro alguno. Dicho con otras palabras, los neutrinos del electrón en el viaje se han convertido en neutrinos de otro tipo, y por tal razón no se les puede detectar, sólo se pueden detectar a los neutrinos del electrón que no han sufrido tal conversión, los cuales representan el 1/3 observado. A dicha propuesta se le conoce como ``Oscilaciones de los neutrinos''. La razón de este nombre es porque la probabilidad de que un neutrino del electrón se transforme en otro neutrino es oscilante (como la posición de un péndulo). Así que tenemos las siguientes hipótesis:

1. Tanto el modelo solar como los experimentos son confiables.

2. La masa de los neutrinos es diferente de cero

3. Los estados de interacción (la base física) son una combinación lineal de los estados de masa.

Y tenemos la siguiente consecuencia: los neutrinos cambian (oscilan) de tipo.

Para dar un poco de humor a esta rama de la física, algunos investigadores proponen nombres curiosos para distintas propiedades físicas. Al tipo de partícula (si es electrón, muón etc.) se le llama sabor. Así que la anterior consecuencia es comunmente enunciada como: los neutrinos cambian de sabor.

El modelo anterior fue primero propuesto por Gribov y Pontecorvo. Refinado posteriormente por Bilensky, Mikheyev, Smirnov y Wolfenstein.

Para hacer una comprobación de lo anterior, un detector que fuera sensible no sólo a neutrinos del electrón sino también a neutrinos del muón o del tau sería muy útil. Dicho detector se construyó en Canadá y se llama SNO (Sudbury Neutrino Observatory) (ver figura a la izq.).

Este detector utiliza agua pesada. El agua tiene dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. En el caso del agua pesada en lugar de átomos de hidrógeno se tienen átomos de deuterio (que tienen en su núcleo un protón y un neutrón, a diferencia del hidrógeno que sólo tiene un protón). La reacción que se espera observar es una reacción llamada de dispersión,

neutrino + electrón ---> neutrino + electrón

Pero existe además una reacción entre el neutrino del electrón y el núcleo del átomo de deuterio (D). Esta reacción es

neutrino + deuterio ---> protón + protón + electrón

La última reacción sólo es posible entre neutrinos del electrón y la primera reacción (dispersión) es posible para cualquier tipo de neutrinos. Se observa en SNO que el número de neutrinos de electrón (reacción con el deuterio) es menor al de la reacción de dispersión y, además, resulta que al hacer la suma de ambos flujos (el de neutrinos del electrón y los de otros sabores) dicha suma es la predicha por el modelo estándar solar.

Así que parece ser que nuestras hipótesis son correctas y aunque los errores experimentales aún son considerables se espera que con los años se confirme que los neutrinos cambian de sabor.

V. El futuro
Hemos visto que la observación del Sol utilizando neutrinos motivó una extensión del modelo de partículas elementales. He aquí una aplicación de la cita hecha por Dalton de que ``descubrir no radica en ver cosas nuevas sino ver las cosas con nuevos ojos''.

Tal parece que el problema de los neutrinos solares está resuelto, sin embargo aún hay mucho por hacer. El modelo estándar de partículas es un modelo exitoso. Quizá el más exitoso en la historia de la ciencia. Sin embargo al hacernos la pregunta de si son ``elementales'' las partículas de este modelo, aún la respuesta no es muy clara. No sabemos si los quarks poseen estructura interna y si pueden considerárseles entonces como partículas elementales. Los leptones hasta la fecha no han mostrado estructura interna; sin embargo, aún no es del todo claro cómo entra en el modelo una propiedad como la masa de los neutrinos y si esto permitirá alguna extensión de dicho modelo de tal forma que sea realmente fundamental. Aún no se sabe cuál es el mecanismo por el cual dichas partículas tienen masa, ni por qué a nuestro alrededor hay más partículas que anti-partículas, y aún hay muchas otras preguntas de las cuales nos gustaría saber sus respuestas.

Si se descubre un nuevo nivel de organización que permita contestar estas preguntas, lo que actualmente conocemos como Modelo Estándar formará solo un escalón en nuestra búsqueda por las verdaderas partículas elementales; ahora, al menos, sabemos que los neutrinos juegan un papel muy importante para llegar a responder en parte a estas preguntas.

EL TAO Y LA FISICA

El Tao de la Física nos lleva a explorar las correspondencias entre las teorías de la física cuántica y tradiciones místicas como el Hinduismo, el Budismo o el Taoísmo, entre otros. Fritjof Capra demuestra que la visión que poseen físicos y místicos tienen paralelos que no hubiésemos podido imaginar, haciéndonos comprender cuán cerca se encuentra muchas veces la religión o el misticismo de la ciencia, aunque parecieran seguir caminos opuestos y aparentemente irreconciliables.

Mientras que en Occidente la física y la ciencia en general han tenido un papel primordial a diferencia de la religión y el misticismo, en Oriente son las filosofías místicas las que ejercen un importante papel en la vida de quienes viven bajo su influencia. Este libro nos demuestra que parte de ello es debido a la manera en que el misticismo oriental nos da un visión de nosotros mismos y del universo que contiene respuestas a muchos de los interrogantes que intentamos responder a través de la ciencia, o que pensamos que solo ella es capaz de responder.

Comenzando desde el inicio de la física, Fritjof Capra nos guía a través de la teoría y los fundamentos de esta ciencia de una forma sencilla, motivando a quien desconoce este campo a continuar adentrándose aún más en su conocimiento. De igual forma, nos muestra cada una de las principales corrientes filosóficas de Oriente y nos enseña lo esencial de sus enunciados. Llega el momento en que física y mística se entrelazan y no nos queda duda de la igualdad en el mensaje y la información que del mundo y del ser humano nos muestran ambas corrientes.

De este análisis de semejanzas aparece un concepto absolutamente diferente de lo que solemos llamar realidad y, de esta forma, lo real se nos muestra como algo inseparable del acto mismo por el cual lo conocemos, retándonos a comprender lo que antiguas culturas ya sabían: que la realidad se construye a medida que la observamos y tomamos conciencia de ella a través de nuestra conciencia.
En el apéndice a su tercera edición Fritjof Capra nos expone su opinión: "…en lo que se refiere al concepto de dos mundos diferentes, mi visión es que sólo hay un mundo - este imponente y misterioso mundo, como lo llama Carlos Castaneda - pero, esta única realidad tiene múltiples aspectos, dimensiones y niveles. Los físicos y los místicos se ocupan de aspectos diferentes de la realidad. Los físicos exploran los niveles de la materia, los místicos el nivel de la mente."

Título: El Tao de la Física (The Tao of Physics)
Autor: Fritjof Capra
Primera edición 1975
Editorial Humanitas

Los Rayos Cósmicos

Un homenaje a Pierre Auger

Aunque se trata de un hecho perfectamente comprobado, seguramente muchas personas se sorprenderían si supieran que constantemente se encuentran sometidas al bombardeo de partículas de muy alta energía. Concretamente, a nivel del mar, cada una de nuestras manos extendidas de forma horizontal es atravesada por una de estas partículas, en promedio, una vez por segundo. Esta radiación es debida a un fenómeno que fue un enigma durante las primeras décadas del siglo XX y cuyo estudio ha tenido consecuencias de gran trascendencia para la Física. Por un lado dió lugar al descubrimiento de nuevas partículas elementales provocando un cambio radical en nuestra concepción de la estructura microscópica de la materia. Pero además está aportando una valiosísima información acerca de la estructura del Universo.

Al comenzar este siglo ya se conocía la existencia de tres tipos de radiactividad: los rayos alpha, constituidos por núcleos de helio que son frenados en unos pocos centímetros de aire; los rayos beta, que son electrones y tienen mayor poder de penetración y, finalmente, los rayos gamma que, a diferencia de los anteriores, no son desviados por campos eléctricos ni magnéticos y tienen un gran poder de penetración ya que son necesarios centímetros de plomo para reducir apreciablemente su intensidad.

En aquella época, se medía la radiactividad con ayuda de electroscopios que detectaban la ionización que ésta producía en el aire. Era bien sabido que aún alejados de fuentes radiactivas de laboratorio, estos aparatos detectaban una ligera ionización que fue exclusivamente atribuida a las fuentes radiactivas naturales que se encuentran en la superficie terrestre. De ser esto cierto, la señal de fondo debería disminuir al alejarnos de la superficie. Para comprobar esta hipótesis, Victor Hess realizó en 1912 una serie de experimentos transportando una cámara de ionización en un globo con el que ascendió hasta 5000 metros de altura y, sorprendentemente encontró que la señal de fondo aumentaba con la altitud. Una vez descartadas otras posibles explicaciones se llegó a la conclusión de que esta radiación provenía de arriba, es decir, del exterior de la Tierra. Este experimento supuso el nacimiento de la Física de Rayos Cósmicos(Nombre debido a Millikan, 1925).

Durante los siguientes años se trabajó intensamente para averiguar la naturaleza y origen de estos rayos desconocidos. Muchos nombres relevantes de la Física de este siglo participaron en la búsqueda de la explicación de este enigma. Además de los que más adelante se mencionarán en este artículo se pueden citar los de Anderson, Bethe, Bhabha, Blackett, Compton, Euler, Fermi, Heisenberg, Heitler, Landau, Nishina, Ochialini, Perkins, Wilson, etc.. sin olvidarnos del trabajo que el español Arturo Duperier de la Universidad Complutense realizó en el Imperial College en los años cuarenta.

Los primeros experimentos mostraron que esta radiación poseía un extraordinario poder de penetración por lo que algunos supusieron que debían ser rayos gamma aunque mucho más penetrantes que los de origen terrestre. En 1929 el científico ruso Skobeltzyn, empleando una cámara de niebla en la que podía visualizar las trayectorias (trazas) de las partículas cargadas, observó la presencia de partículas de alta energía que identificó como electrones arrancados a la materia por estos rayos gamma cósmicos. Sin embargo, ese mismo año, Bothe y Kolhoerster realizaron un experimento histórico usando dos contadores Geiger (Dispositivo inventado por Geiger y Mueller en 1928 en la Universidad de Kiel para detectar electrónicamente el paso individualizado de partículas cargadas.) entre los que habían interpuesto una gruesa capa de plomo capaz de frenar todos los electrones de alta energía. Empleando por primera vez el método de coincidencias observaron que la radiación cósmica producía simultáneamente señal en ambos detectores. Descartada la hipótesis de que se trataba de dos electrones arrancados a la materia por un mismo rayo gamma por ser un proceso altamente improbable, quedó demostrado que las partículas que Skobeltzyn había identificado como electrones producidos por la radiación penetrante eran en realidad la propia radiación penetrante de origen cósmico. Se trataba pués de partículas cargadas de diferente naturaleza a todas las conocidas hasta entonces. Experimentos posteriores realizados con cámaras de niebla demostraron la existencia de otros tipos de partículas de muy alta energía en la radiación cósmica entre las que se desubrió el positrón, e+, (el electrón positivo predicho por Dirac). Se acababa de abrir la veda para la caza de nuevas partículas.

En 1938, P. Auger y sus colegas de la Escuela Normal Superior de París observaron coincidencias entre señales producidas en contadores Geiger que se encontraban separados por distancias de hasta 150 metros. Por entonces ya se sabía que cuando un fotón gamma de alta energía atraviesa la materia se puede convertir en un par electrón-positrón. Por otro lado, los electrones de alta energía crean fotones al ser acelerados en el campo eléctrico de los núcleos atómicos. El resultado de la combinación de ambos procesos es lo que se llama una cascada electrón-fotón que consiste en un chaparrón (shower en ingles) de electrones y fotones. El método de coincidencias es idóneo para la detección de cascadas pués las partículas del chaparrón deben llegar simultáneamente ya que viajan todas a una velocidad igual o casi igual a la de la luz. El experimento de Auger podía, por tanto, ser entendido suponiendo la formación de cascadas iniciadas por rayos gamma, pero para poder explicar su gran extensión era necesario admitir que éstas se habían producido a gran altitud en la atmósfera. Desde entonces a estas cascadas se las conoce como Extensive Atmospheric Showers (cascadas atmosféricas extensas). Lo más impresionante fue que los cálculos predecían que algunas de ellas debían de haber sido producidas por rayos gamma de 1015 eV (1 TeV) de energía. Para comprender el asombro que este resultado produjo en la comunidad científica basta comparar esta energía con la asociada a otros procesos microscópicos. Por ejemplo, las energías típicas de los electrones en los átomos varían entre 1 y 103 eV (1 keV) y la de las radiaciones asociadas a los fenómenos nucleares son del orden de 106 eV (1 MeV).

Sin embargo, la formación de cascadas electrón-fotón no permitía explicar la existencia de la radiación corpuscular extraordinariamente penetrante que se observaba en la superficie terrestre. La solución final al problema vino de la mano de un descubrimiento que fue de vital trascendencia para el desarrollo de la física nuclear. Al final de los años 30 se buscaba con gran interés una partícula que había sido predicha por Yukawa para explicar la interacción nuclear y que debía tener una masa aproximadamente 200 veces la del electrón. Fue entonces bautizada con el nombre de mesotrón o mesón. El análisis de trazas de rayos cósmicos en cámaras de niebla mostró evidencias de la existencia de una partícula cargada con esta masa. Aunque más tarde se comprobaría que las partículas observadas no eran las buscadas, estos indicios aumentaron el interés en su búsqueda. En los años 40 se desarrollaron las emulsiones nucleares, similares a las placas fotográficas, pero sensibles a las partículas ionizantes. Estas emulsiones presentan frente a la cámara de niebla gaseosa la ventaja de ser un medio mucho más denso y por tanto, la probabilidad de observar interacciones es mucho mayor. En 1947 se demostró empleando esta técnica que existían dos tipos de mesones. Uno que se frenaba rápidamente y que se desintegraba convirtiéndose en otro de masa ligeramente menor pero de mucho mayor poder de penetración. El primero al que se le denominó meson-pi (actualmente pión) es sensible a la interacción nuclear y es la partícula de Yukawa. El segundo, que fue llamado meson-mu tiene una naturaleza similar a la del electrón, constituye la parte más penetrante de la radiación cósmica y actualmente se le conoce como muón. En los siguientes años se descubrieron muchas otras partículas nuevas entre los rayos cósmicos empleando la técnica de las emulsiones.

El descubrimiento del muón y del pión y el consiguiente avance en el entendimiento de las interacciones nucleares permitió ajustar las piezas del rompecabezas. La radiación observada en la superficie terrestre es debida al constante bombardeo de núcleos atómicos desnudos (sin electrones) a que se encuentra sometida la Tierra. Al penetrar en la atmósfera, cada uno de estos rayos cósmicos primarios produce una cascada hasta cierto punto similar a las de electrones y fotones pero en la que, debido a la distinta naturaleza de los procesos que tienen lugar, se crean una gran variedad de partículas elementales

Cuando un rayo cósmico primario entra en la atmósfera se produce una cascada de partículas elementales muchas de las cuales pueden alcanzar la superficie terrestre.

La cascada se inicia cuando el núcleo primario colisiona con un núcleo atmosférico (Nitrógeno u Oxígeno) produciendo una reacción nuclear en la que parte de la energía se transforma en materia, creándose nuevas partículas, sobre todo piones. El núcleo incidente o los fragmentos resultantes después de esta colisión siguen viajando a gran velocidad en dirección al suelo hasta que de nuevo tiene lugar otra reacción nuclear en la que se producen más partículas y así sucesivamente. En ocasiones algunos fragmentos nucleares alcanzan la superficie terrestre. Los piones neutros pio creados se desintegran casi instantáneamente, convirtiéndose en dos rayos gamma. Los piones cargados pi+ pi- pueden colisionar con otro núcleo atmosférico produciendo nuevas partículas o desintegrarse en un muón y un neutrino. El muón posee una vida media de 2 millonésimas de segundo (2 micros) tras lo cual se desintegra convirtiéndose en un electrón y dos neutrinos. Al ser la vida del muón tan corta podría pensarse que ninguno puede llegar vivo al nivel del suelo. Sin embargo, debido a su alta velocidad (muy próxima a la de la luz) se ven afectados por la dilatación relativista del tiempo y en nuestro sistema de referencia su vida media es mucho mayor. De hecho, en casi todas las cascadas iniciadas por rayos cósmicos, una parte importante de los muones logran alcanzar la superficie terrestre. Son tan penetrantes que muchos de ellos alcanzan profundidades de cientos de metros bajo tierra, pero, al ser partículas cargadas dejan un rastro de ionización fácilmente detectable. Por este motivo fueron las primeras partículas secundarias detectadas. Por otro lado, los neutrinos que se crean en la desintegración de los piones y de los muones, a pesar de ser muy numerosos, poseen una probabilidad de interacción con la materia extremadamente pequeña por lo que pasaron desapercibidos en los experimentos pioneros. Su poder de penetración es tan grande que pueden atravesar completamente la Tierra.

Como hemos visto, la desintegración de los pio da lugar a la creación de fotones cada uno de los cuales produce a su vez una cascada electrón-fotón. La suma de todas ellas da lugar a la llamada componente electromagnética de la cascada que consiste en un disco de fotones gamma, electrones y positrones que se mueve a la velocidad de la luz teniendo como eje la dirección del rayo cósmico primario (figura 2). A medida que la cascada se acerca al suelo, es decir profundiza en la atmósfera, este disco aumenta su radio debido a las colisiones elásticas de los electrones con los núcleos atmosféricos. Por otro lado, el número de partículas en el disco inicialmente crece hasta llegar a una profundidad en la que alcanza el máximo desarrollo a partir de la cual las partículas son absorbidas en la atmósfera. Por ejemplo, un protón (núcleo de H) primario de 1015 eV produce una nube de partículas que alcanza su plenitud a unos 6000 metros sobre el nivel del mar con aproximadamente un millón de partículas (gamma, e), un tercio de las cuales pueden alcanzar el nivel del mar ocupando una extensión de unos cien metros.

Los rayos cósmicos primarios pueden ser detectados de forma directa en globos y satélites o de forma indirecta con dispositivos en el suelo que detectan la cascada de partículas. A diferencia de los fotones gamma, los núcleos cargados no mantienen su direccionalidad excepto los que por tener muy alta energía no deberían ser desviados por el campo magnético galáctico.

Aunque el modelo que empleó Auger para el cálculo de la energía primaria estaba basado en la hipótesis de una cascada puramente electromagnética, el resultado fue básicamente correcto. De hecho el record registrado se encuentra en 1020 eV. Esto significa que del espacio exterior nos llegan particulas con energías de hasta 16 Julios!. Esta energía es del mismo orden de magnitud que la que posee una pelota de tenis tras un saque pero transportada por una partícula microscópica. Esto no significa que corramos el riesgo de ser dañados por un rayo cósmico, pués incluso en el muy improbable caso de que el núcleo primario llegase al suelo, la fracción de energía depositada en una interacción es muy pequeña. En vuelos espaciales, sin la protección de la atmósfera, es posible estar sometido a la acción directa de los rayos cósmicos. Durante el primer vuelo tripulado a la Luna, en 1969, los astronautas del Apollo 11 comunicaron a Tierra un curioso fenómeno consistente en que al cerrar los ojos observaban ocasionalmente destellos luminosos. Muy pronto se supo que era debido a los núcleos pesados de la radiación cósmica que incidían en la nave. La cantidad de energía depositada por un núcleo individual en la retina de los astronautas era mayor que el mínimo requerido para excitar las células sensibles a la luz.

Durante los años 50 comenzó el desarrollo de los aceleradores que permitieron llevar a cabo una investigación más detallada de las interacciones de las partículas bajo condiciones experimentales controladas. Fue en este punto cuando la física de partículas elementales se separó de la física de rayos cósmicos, concentrando esta última todos sus esfuerzos en la solución a la segunda parte del enigma. ¿De dónde provienen los rayos cósmicos primarios?, ¿cuáles son las fuentes cósmicas que los producen?, ¿bajo qué condiciones pueden las partículas adquirir tan enorme energía?. A pesar del gran esfuerzo realizado por físicos teóricos y experimentales no tenemos todavía una respuesta segura a estas preguntas.

Uno de los primeros objetivos experimentales ha sido la caracterización de la radiación cósmica que llega a la Tierra. La energía de esta radiación varía en muchos órdenes de magnitud (107-1020 eV) y por tanto, es necesario emplear diversos métodos experimentales dependiendo del intervalo de energía en estudio (fig. 2). Para energías inferiores a 1015 eV (1 PeV) es posible la detección directa del núcleo primario. Para ello se transporta en globo o a bordo de satélites los dispositivos de detección que en ocasiones constituyen verdaderos laboratorios con un peso de varias toneladas. Las técnicas empleadas son similares a las de los experimentos de física nuclear y de partículas elementales. Se provoca la interacción del rayo cósmico con un medio material conocido y se estudian las características de los productos resultantes. Uno de los métodos es el de las emulsiones anteriormente mencionado, otros, más sofisticados, reconstruyen las trayectorias de las partículas que se crean en la colisión lo que permite medir la dirección del rayo cósmico primario. Entre los primeros satélites cabe destacar la serie que con el nombre genérico de Proton puso en el espacio la Unión Soviética, el primero de los cuáles, Proton-1, fue lanzado en Julio de 1965. Entre los experimentos en globo se pueden mencionar los que la colaboración JACEE (EEUU - Japón) lleva realizando desde 1979.

Los primeros datos pusieron de manifiesto que el número de rayos cósmicos primarios es tanto menor cuanto mayor sea la energía de éstos y por tanto, a muy altas energías el ritmo de llegada es tan lento que las técnicas de detección directa resultan inviables. Por ejemplo, para detectar unos mil rayos cósmicos con energías superiores a 1 PeV sobre una superficie de 10 m2 se necesitaría más de un año. Se han desarrollado paralelamente una serie de técnicas de detección indirecta basadas en la observación de la cascada atmosférica de partículas empleando detectores instalados sobre la superficie terrestre. Estas técnicas permiten cubrir un amplio margen de energía que va desde 1011 a 1020 eV. Si la energía del rayo cósmico primario es superior a 1014 eV, la componente electromagnética de la cascada puede ser detectada a nivel del suelo. A energías inferiores se puede detectar sin embargo la luz producida por efecto Cherenkov por las partículas de alta energía de la cascada. Los métodos basados en detectores sobre la superficie terrestre pueden ocupar físicamente áreas muy extensas y por tanto tienen una eficiencia mucho mayor que los detectores a bordo de globos o satélites. Sin embargo, tienen como desventaja que la caracterización del primario a partir de los datos de la cascada atmosférica es muy difícil.

Los rayos cósmicos que llegan a la Tierra poseen un amplio espectro de energía. Como se muestra en este esquema, tanto sus propiedades como los métodos de detección dependen de la energía primaria.

Como ya se ha mencionado, el experimento pionero en la detección de los electrones de la cascada atmosférica fue realizado por Auger y, posteriormente, perfeccionado por el grupo de Rossi al final de los años 50. El dispositivo consiste en una disposición bidimensional (matriz) de detectores de partículas cargadas. Hoy día se suelen emplear láminas de un plástico centelleador con un área típica del orden de 1 m2. Cuando un electrón de la cascada atraviesa uno de estos plásticos una pequeña parte de su energía se emplea en excitar algunas de sus moléculas que inmediatamente se desexcitan emitiendo un breve flash de luz. Esta luz es detectada por un dispositivo fotoeléctrico muy sensible, fotomultiplicador, que es capaz de producir una señal eléctrica de muy corta duración. Empleando un dispositivo electrónico suficiéntemente rápido se puede además medir el instante de tiempo en que el electrón atravesó el plástico con una precisión del orden de 10-9 s (ns). Estos detectores, por tanto, son capaces de medir la densidad superficial del disco de partículas de la cascada de donde se puede deducir la energía del rayo cósmico primario. Por otro lado, la comparación de los tiempos de llegada de las partículas a los diferentes contadores permite medir la inclinación del disco obteniendo de este modo la dirección de cada rayo cósmico primario individualmente. A diferencia de los telescopios convencionales, estos dispositivos detectan rayos cósmicos provenientes de todas las direcciones del cielo siendo posteriormente, al analizar los datos, cuando se determina el ángulo con el cada primario llegó a la Tierra. Con este tipo de detectores se consigue una resolución angular típica del orden de 0.5 grados que si bién es muy modesta comparada con la de cualquier telescopio abre la posibilidad de explorar el cielo en busca de las partículas más energéticas que existen en la naturaleza.

A partir del instante de tiempo (ns) en que cada contador detectó la llegada de la cascada , se ha determinado la dirección con la que el rayo cósmico primario incidió en la atmósfera con un error inferior a 0.1 grados. Las lineas rectas unen las posiciones para las que el frente llegó al mismo tiempo.

Se han construido muchas matrices de centelleadores que se encuentran en la actualidad repartidas por todo el mundo. Se pueden citar como ejemplo la matriz CASA en Utah (EEUU) y el experimento HEGRA (High Energy Gamma Ray Array) que se encuentra instalado a una altitud de 2200 metros sobre el nivel del mar en el Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla canaria de La Palma (figura 3).

Matriz de contadores del experimento HEGRA instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla de La Palma (Instituto de Astrofísica de Canarias). Foto tomada en 1991.

Estos dispositivos ocupan un área comprendida entre 104 y 105 m2 y pueden detectar rayos cósmicos en el rango de 50 TeV a 10 PeV. Por otro lado, han estado funcionando durante muchos años detectores como los de Haverah Park en Inglaterra, Yakutsk en la antigua URRS, Volcano Ranch en Nuevo Méjico, y el detector Sydney en Australia que han detectado rayos cósmicos de hasta 1020 eV. El área que cubren estos detectores es de cerca de 20 km2 excepto el último mencionado cuya superficie es de 200 km2.

Existe un método alternativo para la detección de la cascada basado en la observación de la luz Cherenkov de las partículas de alta energía que se emite en la misma dirección en que se mueven éstas. Empleando la imagen corpuscular de la luz podemos imaginar a esta radiación como un disco de fotones viajando en la dirección del cósmico primario de forma similar al disco de electrones de la componente electromagnética y, por tanto, también se puede observar la cascada empleando simplemente fotomultiplicadores que detecten directamente el frente de luz Cherenkov. Una ventaja de detectar los fotones Cherenkov en lugar de los electrones es que los primeros vienen concentrados en un disco más fino que los segundos y, por tanto, se puede medir con mayor precisión el instante de llegada a cada detector y así obtener mayor precisión en la medida de la dirección del rayo cósmico primario. En el experimento HEGRA se ha instalado una matriz de fotomultiplicadores que funciona según este principio y que permite tomar datos en combinación con la matriz de centelleadores. En las fig. 4 y 6, se muestra la señal observada por este detector al paso de una cascada iniciada por un rayo cósmico cuya energía debió ser de aproximadamente 400 TeV. La intensidad de luz Cherenkov detectada en cada fotomultiplicador ha permitido localizar la posición del eje de la cascada y estimar la energía del rayo cósmico primario. Además, la medida del instante de llegada de los fotones a cada detector ha permitido reconstruir la dirección en que llegó el rayo cósmico con un error inferior a 0.1 grados.

Cascada de partículas detectada por la matriz de detectores de luz Cherenkov del experimento HEGRA. A partir de la intensidad registrada en cada contador se ha determinado la posición del eje de la cascada (punto negro) y la energía del rayo cósmico primario que fue de aproximadamente 400 TeV.

La radiación Cherenkov de la cascada puede ser también detectada mediante un telescopio reflector. Estos telescopio Cherenkov no necesitan espejos de gran precisión pués la resolución angular está limitada de antemano por la dispersión de las particulas en la cascada, sin embargo, para poder tener suficiente sensibilidad es necesario que la superficie recolectora de luz sea muy grande. El flash de luz Cherenkov producido por cada rayo cósmico individual dura sólo unos pocos nanosegundos y por tanto, tiene que ser detectado con fotomultiplicadores de respuesta muy rápida. Frente a las matrices de centelleadores, los detectores de radiación Cherenkov tienen la desventaja de que funcionan solo en total oscuridad (noche sin Luna). Por otro lado, a diferencia de las matrices de contadores, el telescopio solo detecta los rayos cósmicos que llegan en la dirección en la que está apuntando. Ultimamente se está extendiendo el empleo combinado de varios telescopios instalados en el mismo observatorio con el fin de detectar la luz simultáneamente en varias posiciones de la cascada. El telescopio Cherenkov más grande del mundo ha sido desde hace muchos años es el que se encuentra en el observatorio de Whipple en Arizona (EEUU) que tiene un diámetro de 10 metros y detecta la luz con una cámara formada por 109 fotomultiplicadores. Recientemente este observatorio ha construido otro aún mayor (11 metros) que entrará en funcionamiento próximamente. En el experimento HEGRA se encuentran funcionando dos telescopios Cherenkov de un total de cinco que serán instalados en un corto plazo de tiempo.

Al atravesar la atmósfera, las partículas de la cascada producen la excitación e ionización de las moléculas de aire. Al desexcitarse emiten luz de fluorescencia que a diferencia de la radiación Cherenkov es emitida en todas direcciones. Si nuestros ojos tuvieran suficiente sensibilidad podríamos ver la entrada de los rayos cósmicos en la atmósfera de forma similar a la de un meteorito, aunque a mucha mayor velocidad. Existe un detector instalado en Utha llamado Fly's Eye consistente en una disposición de 880 fotomultiplicadores que observan cada uno una dirección del cielo. Este Ojo de Mosca permite detectar la llegada de rayos cósmicos de muy alta energía (1017 eV) mediante la observación de toda la cascada. Su eficiencia es muy alta ya que puede cubrir un volumen de atmósfera de muchos kilómetros cúbicos.

El desarrollo de estas técnicas experimentales ha permitido llevar a cabo un estudio sistemático de las propiedades de los rayos cósmicos que llegan a la Tierra. En primer lugar, se ha observado que la mayor parte son núcleos atómicos. Su composición química, es decir, las abundancias relativas de los distintos elementos, es muy similar a la del sistema solar, de forma que la mayor parte de los rayos cósmicos son protones (núcleos de H) y partículas alpha (núcleos de He) encontrándose también núcleos de número atómico intermedio entre los que destacan los de C, N y O y elementos pesados entre los que predominan los núcleos de Fe. Se ha detectado además la presencia de una pequeña proporción de electrones y de fotones gamma. También se ha puesto de manifiesto que el flujo de rayos cósmicos disminuye muy rapidamente con la energía E, siguiendo una ley E-gamma. Hasta energías de 1 PeV, gamma tiene un valor de 2.7 aproximadamente haciéndose esta disminución más brusca a energías superiores (gamma en torno a 3). Finalmente, los pocos rayos cósmicos observados con energías comprendidas entre 1019 y 1020 eV parecen indicar que el espectro es más plano en esta zona, es decir, que esta brusca disminución cesa.

Se ha estudiado tambien la dependencia del flujo de rayos cósmicos con la dirección de llegada a la Tierra observándose que existe básicamente isotropía a excepción de ciertas anomalías que afectan solo a los rayos cósmicos de baja energía y que pueden ser explicadas como un efecto del campo magnético terrestre. Esto significa que los rayos cósmicos nos llegan con igual probabilidad desde todas las direcciones del espacio lo que puede explicarse teniendo en cuenta que son partículas cargadas y por tanto, al moverse en el seno de los diversos campos magnéticos cósmicos, están sometidos constantemente a fuerzas que los desvían de sus trayectorias. La estructura de estos campos es altamente irregular y como consecuencia se pierde toda la información acerca de la dirección de las fuentes cósmicas que las emitieron. Por otro lado, estos campos magnéticos pueden mantener confinados a los rayos cósmicos, de forma que para un campo y una región del espacio dados existe un rango de energías por debajo del cual ningún núcleo puede escapar. Este límite es tanto más alto cuanto mayor sea la intensidad del campo magnético y mayor el volumen ocupado. En realidad no se trata de un límite estricto de energía sino que la probabilidad de escapar es tanto mayor cuanto mayor sea la energía del núcleo. Esta propiedad permite explicar que el flujo de rayos cósmicos sea fuertemente decreciente con la energía.

Los cálculos de esta energía límite han permitido rechazar o aceptar distintas hipótesis acerca del origen de los rayos cósmicos. Los primeros modelos que suponían que todos los rayos cósmicos provenían del sol fueron pronto descartados porque el campo magnético solar no puede confinar rayos cósmicos tan energéticos como los que se han detectado y por tanto estos escaparían del sistema solar sin alcanzar la isotropía que observamos desde la Tierra. No obstante, una parte importante de los de baja energía son efectivamente de origen solar. El campo magnético de nuestra galaxia por el contrario puede confinar partículas de muy alta energía y en un principio fue unanimamente aceptado el origen galáctico de los rayos cósmicos. Sin embargo cuando en 1962 J. Linsley y L. Scarsi observaron por primera vez en la matriz de detectores de Rancho Volcano una cascada debida a un rayo cósmico de energía 1020 eV, este modelo se tambaleó pués esta energía es muy superior al límite galáctico. En los siguientes años se han registrado un importante número de rayos cósmicos con energías comprendidas entre 1018 y 1020 eV. Estas observaciones han dado fuerza a la hipótesis del origen extragaláctico de, al menos, una parte de los rayos cósmicos.

No obstante, existen varios argumentos que ponen en duda la hipótesis del origen extragaláctico de los rayos cósmicos. Un año después del descubrimiento en 1965 de la radiación electromagnética de fondo que ocupa todo el espacio K. Greisen y G. T. Zatsepin demostraron que los rayos cósmicos con energías por encima de 6 1019 eV tienen una probabilidad muy alta de destruirse al colisionar con los fotones de la radiación de fondo en su largo camino por el espacio intergaláctico y por tanto, aunque se crearan rayos cósmicos en otras galaxias, no llegarían a la Tierra. Otro argumento está relacionado con la composición química, ya que la energía máxima a la que una partícula puede estar confinada en un campo magnético depende tambien de su carga. Para los cálculos de confinamiento se ha supuesto que estamos tratando con protones, pués, al menos a bajas energías, son la componente predominante de los rayos cósmicos. Sin embargo, para un núcleo de hierro que tiene una carga igual a 26 veces la del proton, la energía límite para su confinamiento es 26 veces superior. Por ejemplo, si todos los rayos cósmicos de máxima energía fueran núcleos de hierro, no sería necesario recurrir a la hipótesis extragaláctica. De hecho, aunque todavía no tenemos datos suficientes acerca de la composición química a energías por encima de 1 PeV se ha demostrado que existe un enriquecimiento en núcleos pesados. Finalmente, teniendo en cuenta que el campo magnético en el medio intergaláctico es muy débil, los rayos cósmicos de máxima energía deberían mantener su trayectoria hasta la llegada a la Tierra y por tanto, las direciones de llegada deberían indicar hacia donde estan situadas las fuentes. No existen, sin embargo, evidencias experimentales claras de direcciones privilegiadas aunque esto puede ser debido a que el número de rayos cósmicos detectados con tan alta energía no es todavía suficiente.

¿Que tipo de fuentes cósmicas pueden emitir partículas de tan alta energía?. Los candidatos con más posibilidades dentro de nuestra galaxia son las explosiones de supernovas, los pulsars y el núcleo de la galaxia que podría contener un agujero negro. Las supernovas se manifiestan como explosiones catastróficas que marcan el final de la vida de una estrella masiva creándose elementos químicos pesados y núcleos radiactivos. Poco después de la explosión, el núcleo de la estrella se colapsa pudiendo dar lugar a un objeto extraordinariamente compacto (Un centímetro cúbico de materia de este objeto pesa del orden de cien millones de toneladas) llamado estrella de neutrones. También se especula con la posibilidad de que en algunos casos la densidad de este objeto sea tan grande que la propia atracción gravitatoria sobre los fotones impida la emisión de luz; es decir lo que se conoce como un agujero negro. La contracción de la estrella produce, debido al principio de conservación del momento angular, un aumento en su velocidad de rotación tan grande que en ocasiones la estrella da una vuelta completa en solo centésimas de segundo. Las partículas cargadas atrapadas en su campo magnético alcanzan velocidades próximas a la de la luz originando un cono de radiación que giran con la estrella. La radiación es observada desde la Tierra solo cuando el haz incide sobre ella y por tanto aparece en forma pulsada del mismo modo que observamos desde el mar la luz emitida por un faro. Por este motivo a estos objetos se les llama pulsars. Por otro lado, a la vez que se produce la contracción de la estrella, las capas más externas de ésta son emitidas hacia el exterior creándose una tremenda onda de choque que emite radiación en todo el espectro electromagnético. Existen tambien posibles fuentes fuera de nuestra galaxia que tienen capacidad para producir rayos cósmicos como, por ejemplo, los quasars (quasi-stellar radio sources) que son los objetos más energéticos que se conocen en el Universo y que se encuentran a distancias de miles de millones de años luz. Por otro lado existen galaxias que poseen núcleos activos en donde se desarrollan procesos de muy alta energía algunos de los cuales se manifiestan por una fuerte emisión de ondas de radio (radiogalaxias).

En todos estos objetos mencionados tienen lugar procesos que podrían dar lugar a la emisión de núcleos atómicos, electrones y fotones, sin embargo, no es sencillo entender el procedimiento por el que los rayos cósmicos pueden llegar a adquirir tan alta energía como la que ha sido medida con nuestros detectores en la Tierra. Un posible mecanismo consiste en lo siguiente: rayos cósmicos ya existentes que viajan por el espacio pueden alcanzar uno de estos objetos, principalmente la onda de choque de una supernova o un núcleo galáctico y ser acelerados por su campo magnético. A lo largo de su existencia, el rayo cósmico puede ganar energía muchas veces llegando a adquirir valores enormes. Es simplemente una cuestion de probabilidad estadística. Naturalmente existe también la posibilidad de que el núcleo sea acelerado de forma directa de una sola vez adquiriendo gran energía. Esto podría ocurrir en sistemas como los pulsars cuyos campos magnéticos en rotación inducen una potentísima fuerza electromotriz.

Un importante objetivo experimental es la localización de las fuentes espec\ic ficas que emiten los rayos cósmicos. Estas fuentes no pueden ser detectadas midiendo la dirección de los núcleos cargados pués como se ha mencionado, los campos magnéticos cósmicos les desvían de su dirección de emisión. No obstante, desde hace tiempo se sabe que entre la radiación cósmica existe una pequeñísima fracción de fotones gamma que al ser partículas neutras no son desviados por los campos magnéticos y por tanto, mantienen la misma dirección con la que salieron de la fuente que las emitió. Para la detección y medida de la dirección de los fotones gamma cósmicos se emplean técnicas similares a las usadas con los núcleos cargados. La dificultad más importante de esta Astronomía de Rayos gamma es debida al intenso flujo isótropo de rayos cósmicos cargados que oculta la presencia de los fotones. Intentar detectar las fuentes de rayos gamma en estas condiciones es similar a pretender ver las estrellas con la luz del día y por ello es de vital importancia emplear técnicas que permitan eliminar este fondo de rayos cósmicos.

Para energías inferiores a algunos GeV el flujo de fotones de las fuentes observadas es suficientemente intenso para poder llevar a cabo la detección directa en laboratorios a bordo de satélites. Uno de los métodos empleados para eliminar el fondo de rayos cósmicos en este rango de energías consiste en rodear el experimento con un detector que sea sensible al paso de partículas cargadas pero no de fotones gamma. Solo se tienen en cuenta los sucesos que se observan en ausencia (anticoincidencia) de señal de este detector externo que de este modo funciona como un blindaje activo. Los experimentos SAS II y COSB que estuvieron en operación durante los años 70 y el comienzo de los 80 nos han proporcionado una primera imagen del Universo con fotones de energí a superior a 50 MeV. Se han detectado fuentes puntuales galácticas entre las que destacan por su intensidad los pulsars del Cangrejo y de Vela que se supone son los restos de explosiones de supernovas, un misterioso objeto llamado Geminga que radia la mayor parte de su energía en forma de rayos gamma así como una fuente extragaláctica, el quasar 3C273. También se ha observado la emisión difusa de rayos gamma del disco galáctico. Este último efecto parece ser en parte debido a la desintegración de los pio producidos en las colisiones de los protones cósmicos con el hidrógeno interestelar. En Abril de 1991 fue lanzado al espacio el observatorio COMPTON provisto del equipo de detección de rayos gamma más avanzado que existe en la actualidad. Los datos enviados a Tierra por este satélite han confirmado la existencia de las fuentes detectadas en las antiguas observaciones pero además ha permitido descubrir muchos otros objetos emisores de rayos gamma entre los que destaca el quasar 3C279 que, a pesar de encontrarse a una distancia de la Tierra de aproximadamente 5000 millones de años luz, es una de las fuentes más luminosas en el rango de energías del GeV.

El observatorio COMPTON, puesto en órbita en Abril de 1991, detecta rayos gamma del espacio con energías de hasta Gigaelectronvoltios.

El flujo de rayos gamma a energías superiores a 100 GeV es demasiado bajo para ser detectado de forma directa en los laboratorios espaciales. Sin embargo, cuando un rayo gamma cósmico penetra en la atmósfera terrestre provoca una cascada electrón-fotón que si posee suficiente energía puede ser detectada por telescopios Cherenkov e incluso por matrices de centelleadores. Las cascadas producidas por rayos gamma tienen características diferentes a las iniciadas por núcleos pués los procesos físicos que las producen son diferentes. Sin embargo, los detectores en el suelo sólo dan una información muy limitada de las propiedades de la cascadas y la diferenciación resulta muy dificil en la práctica. Recientemente se está dedicando un gran esfuerzo en la búsqueda de métodos que permitan reducir el fondo de rayos cósmicos cargados. Para ello, empleando potentes computadoras, se simula con todo detalle la formación de cascadas atmosféricas iniciada por rayos gamma y por núcleos buscando características diferenciadoras que puedan ser observadas por los dispositivios experimentales.

En la región de energía alrededor del TeV, en donde se emplean telescopios Cherenkov, se ha desarrollado una técnica basada en el análisis de la imagen que forma la luz Cherenkov en el plano focal que está permitiendo eliminar el fondo de rayos cósmicos cargados de forma muy eficiente. Empleando esta técnica se ha detectado la emisión continua de radiación gamma de la nebulosa del Cangrejo a energías superiores a 300 GeV. La emisión de radiación gamma de esta fuente puede ser explicada admitiendo que los electrones son intensamente acelerados en la onda de choque hasta energías muy altas (1014-1016 eV). La emisión de rayos gamma de energía inferior a 5 GeV es atribuida a la curvatura de las trayectorias de estos electrones en el campo magnético de la nebulosa (radiación sincrotrón). La emisión de radiación por encima de 5 GeV puede explicarse si tenemos en cuenta que estos electrones pueden ceder parte de su energía a fotones poco energéticos (efecto Compton inverso). Un sorprendente descubrimiento llevado a cabo también por el telescopio del observatorio de Whipple ha sido la observación del núcleo galáctico activo Mrk 421, fuente extragaláctica de rayos gamma detectada por el observatorio COMPTON y que parece emitir con gran intensidad a energías cercanas al TeV.

Las matrices de centelleadores permiten medir la dirección de llegada del rayo cósmico y por tanto son aptas para la búsqueda de fuentes emisoras de rayos gamma. Al igual que para los rayos cósmicos cargados, la energía mínima de detección depende de las caracter\ic sticas de cada matriz siendo habitualmente superior o del orden a los 50 TeV. En este rango, sin embargo, la búsqueda de fuentes no ha dado todavía resultados claros. Para la eliminación del fondo de rayos cósmicos se ha empleado habitualmente un método basado en la medida del contenido de muones de la cascada con detectores apropiados. Para la misma energía incidente, el número de muones producido en una cascada iniciada por un fotón debe ser unas treinta veces inferior al producido en una cascada de un protón y aún menor respecto a cascadas iniciadas por núcleos pesados.

Una de las observaciones más significativas ha sido la llevada a cabo por el grupo de la Universidad de Kiel (publicado en 1983). Empleando una matriz de centelleadores instalados a nivel del mar observaron un exceso de rayos cósmicos en la dirección de Cisne X-3. Esto suponía el hallazgo de una fuente capaz de emitir fotones con energías superiores a 1 PeV. A partir de las observaciones astronómicas se sabe que Cisne X-3 es un sistema binario formado por una estrella normal a cuyo alrededor gira un objeto muy denso (probablemente una estrella de neutrones) con un periodo de 4.8 horas. El hecho que resultó más sorprendente, sin embargo, fue que las cascadas que provenían de Cisne X-3 contenían, en contra de lo esperado, una cantidad de muones muy similar a las de las cascadas detectadas en otras direcciones debidas a los núcleos cósmicos. Este hallazgo movió a muchos físicos teóricos a especular sobre la existencia de una nueva partícula emitida por esta estrella. Se trataría de una partícula neutra, pués mantiene la direccionalidad, estable, pués llega sin desintegrarse desde una fuente que está a unos 25000 años luz y de masa muy pequeña o nula ya que teniendo en cuenta que llega a la vez que la luz, debe viajar a una velocidad igual o muy próxima a la de ésta. Si bien ninguna de las hipótesis ha cristalizado, la sospecha de que estas partículas podrían no ser fotones ha movido a muchos científicos a utilizar para este rango de energía el término búsqueda de partículas neutras en vez de astronomía de rayos gamma. Desgraciadamente, tanto ésta como otras observaciones de fuentes puntuales en la region del PeV no han sido repetitivas.

En resumen, se han detectado numerosas fuentes que emiten rayos gamma con energías comprendidas entre el MeV y el GeV, pero en la región del TeV las observaciones son muy escasas todavía por lo que se están construyendo actualmente varios telescopios Cherenkov de grandes dimensiones que permitan la detección de otras fuentes en esta zona de energía. Por otro lado, el flujo de fotones gamma procedente de la nebulosa del Cangrejo observado con los telescopios Cherenkov es suficientemente intenso para que existan fundadas esperanzas de que pueda ser observado con matrices de centelleadores o de detectores abiertos de luz Cherenkov instalados a altitud de montaña.

Para resolver el enigma del origen galáctico o extragaláctico de los rayos cósmicos de máxima energía es necesario disponer de un mayor número de detecciones. Actualmente, se están construyendo nuevas matrices de centelleadores entre las que destaca el proyecto AGASA que ocupa una superficie de 100 km2 y el detector EAS-1000, en la República de Kazajstan (antigua Unión Soviética) que contará con un área de casi 1000 km2. Con este mismo fin se está desarrollando un nuevo proyecto basado en la técnica Fly's Eye que se conoce como experimento HIRES con el que se prevé observar casi 300 sucesos anuales con energía superior a 1020 eV reconstruyendo la dirección de llegada con un error del orden de 0.3 grados. Por otro lado, existen motivos para pensar que el cambio de pendiente en el espectro de energía de los rayos cósmicos que tiene lugar aproximadamente a 1 PeV está intimamente relacionado con una cambio en la composición química a esa energía. Por este motivo, se está realizando un gran esfuerzo para acumular datos en esta región de energía tanto con métodos directos (experimento JACEE) como con métodos indirectos. Entre estos últimos podemos citar el experimento KASKADE que proximamente entrará en funcionamiento en Karlshrue (Alemania) y que cuenta con la instrumentación necesaria para poder analizar la componente hadrónica de las cascadas con gran detalle lo que permitirá llevar a cabo estudios de composición química en esta región de energía.

Como dijimos al principio, los comienzos de la física de rayos cósmicos estuvieron muy ligados a los de la física de partículas elementales. Hoy día existen de nuevo motivos para trabajar en común. Por un lado, la radiación cósmica contiene partículas con energías muy superiores a las que se pueden conseguir con aceleradores construidos por el hombre. Los datos experimentales acerca del desarrollo de las cascadas en la atmósfera nos podrían proporcionar una información valiosísima sobre las interacciones que tienen lugar a estas energías. Pero, por otro lado, para conseguir una caracterización completa de la radiación cósmica a partir de la detección de las cascadas atmosféricas es necesario un conocimiento preciso de las propiedades de la interacción de las partículas elementales a estas altas energías. El procedimiento habitual consiste en suponer que podemos extrapolar las leyes establecidas a baja energía y que han sido comprobadas en los aceleradores. Esta hipótesis no tiene porque ser cierta y así, por ejemplo, el problema de los muones de las cascadas de Cisne X-3 podría ser explicado suponiendo que a esas energías las cascadas de fotones producen más muones que las calculadas a partir de las leyes conocidas. En principio, a partir de los datos experimentales de cascadas atmosféricas se podrían deducir propiedades de las interacciones de la partículas a estas energías. Desgraciadamente, nuestro conocimiento del espectro y de la composición química de estos rayos cósmicos es todavía muy primitivo. Esto significa que cualquier anomalía encontrada puede ser debida al descubrimiento de una nueva propiedad de las partículas o bien a que nuestra hipótesis acerca de las características de los rayos cósmicos que llegan a la Tierra es erróneo. Parece, por tanto, que al igual que ocurrió al comienzo de este siglo, el avance en el conocimiento de la estructura del Universo (lo muy grande) estará en el futuro íntimamente relacionado con el avance en la física de partículas elementales (lo muy pequeño).