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Los sistemas receptores 05: La propiocepción

En esta nueva entrada de nuestra querida serie “Los sistemas receptores“ vamos a hablar de un sentido del que nunca se nos habló, al menos a mí, en el cole. Siempre se trataba de cinco sentidos, los clásicos. Pero… eso de la propiocepción no existía.  Y a todo esto… ¿qué es la propiocepción?

Acudimos a su etimología y encontramos que la palabreja está compuesta de varias raíces de origen latino: “propius” –de uno mismo-, “capere, cepi, captum –contener, tomar, agarrar- y el sufijo “-cion” –acción, efecto-. Es decir, la propiocepción es el sentido que informa al organismo de la posición de los músculos, con lo que se alcanza la capacidad de sentir la posición relativa de las distintas partes de la arquitectura corporal. Es aquello que te guía cuando te pica el cogote y te lo rascas sin necesidad de mirarte a un espejo… la mano “rascadora” no falla, va directa al lugar del prurito.

Pues bien, vayamos de lleno a ver cómo se gestiona este sentido tan útil y tan poco tratado en nuestros estudios primarios, al menos en los míos de mediados del siglo pasado. Un vejete, sí señor. Y como ya os comenté repetidamente, antes de entrar definitivamente en harina os recomiendo que repaséis las tres primeras entradas de esta serie, si no las habéis leído ya.

Recapacitemos un poco en cómo diseñaríamos nosotros el sistema de alerta posicional de nuestro cuerpo. Pensaríamos en tener un subsistema de péndulo -equilibrio- que nos asegurase, que nos permitiera saber que nuestro centro de gravedad está en posición vertical sobre los puntos de apoyo de los pies, y que nos avisase cuando nos desequilibrásemos de forma que pudiéramos ejercer las órdenes motoras precisas para reequilibrarnos en la nueva posición. Pero para reequilibrarnos, al sistema le deberíamos dar los datos de entrada, no sólo decirle ¡te estás saliendo de equilibrio! sino también habría que suministrarle la posición inicial de huesos, músculos y articulaciones. Sin esto no acertaríamos con la decisión motora precisa para evitar una caída, por lo que deberíamos diseñar un segundo subsistema de sensores “ad hoc”, situados en músculos y articulaciones que nos dijera ¡tu cuerpo tiene tal geometría postural! Con la gran ventaja que nos serviría también para manipularnos física y mentalmente a nosotros mismos. Me quiero rascar detrás de la oreja derecha y, a pesar de que es imposible que vea el lugar exacto para poder guiarme con la vista, nunca fallo. Quiero subir un escalón y el subsistema, de forma automática, acierta a situar el pie con la altura precisa, ni más ni menos, para conseguir el objetivo. Me tiran una pelota y acierto a cogerla con mi mano: la he puesto en movimiento con una trayectoria y una velocidad precisas, tras lo que consigo una posición final coincidente con la trayectoria de la pelota y la tensión muscular exacta para soportar el golpe.

En esta entrada vamos a pasar por alto –lo dejamos para otra- el subsistema del equilibrio, centrándonos en el subsistema de sensores musculares y articulares.

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Biografía del Universo 05: Inflando el Universo II

de 10-35 segundos a 10-32 segundos desde el inicio

Recuperamos en la serie Biografía del Universo el hilo del relato interrumpido al final de la entrada anterior, en la que nos habíamos dedicado a analizar qué es lo que le pasó a nuestro biografiado en el momento más o menos t-35 segundos. Y lo que le pasó, o pensamos que le pasó, es que su tejido “corporal” espacio-temporal se vio compelido a un exagerado y rápido “engorde”, que conocemos como una inflación exponencial, gracias al capricho del campo inflatón que optó por mudarse de lugar aprovechando el efecto de tunelaje cuántico. Comentamos también cómo dentro del mundillo de la física había mentes brillantes que estaban estudiando la expansión del Universo, aunque sus conclusiones no satisfacían plenamente lo que realmente parecían observar al levantar la vista al cielo. Alan Guth intentó romper el impasse con una novedosa idea por la que postulaba un proceso de expansión inflacionaria -de velocidad incluso mayor que la de la luz- para el Universo.

Decíamos también en la entrada anterior que… “la idea general de Guth era buena, pero tampoco nos resolvía algún “detalle”. De forma que tuvimos que buscar nuevas teorías que siguieran estando enmarcadas dentro de la general de una expansión exponencial. Aquí entró la intuición del físico teórico ruso-americano Andréi Linde que perfeccionó la idea inicial de la inflación propuesta por Allan H. Guth. Su punto de partida sería la hipótesis de que hubiera una proporcionalidad entre el campo escalar inflatón y su potencial, su energía. Se trataba de una propuesta que no requería de efectos gravitatorios cuánticos, de transiciones de fase, de un super-enfriamiento o de un super-calentamiento inicial. Y, a pesar de ello, el Universo se expandía aún a mayor velocidad“.

Los primeros momentos del recién nacido Universo, que en el intervalo temporal entre t-35 y t-32 segundos desde el inicio duplicó su tamaño unas cien veces.

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Biografía del Universo 04: Inflando el Universo I

de 10-35 segundos a 10-32 segundos desde el inicio

Volvemos a la faena con la serie que llevamos entre manos y que hemos bautizado como “Biografía del Universo“. En la anterior entrada nos movimos por un suspiro temporal menor a 10-35 segundos, cuando el Universo era muy joven y también muy pequeño. Se encontraba en la vecindad del mundo de Planck, aunque mayor que él. Como ahí comentábamos, todo se reducía a un mundo de tamaño de un protón reducido a escala de 10-20. En estas pequeñeces nos sentimos muy bien apoyados por la física cuántica de campos, que maneja lo que conocemos como campos relativistas.[1]

Pero ¿qué es un campo relativista? Pues es una entidad física que permea todo el espacio y que sólo podemos conocer de su existencia por sus interrelaciones y sus excitaciones. Lo que en familia llamamos interacciones -fuerzas- fundamentales y ondas-partículas. Los campos relativistas no son como el resto de campos que precisan de un medio para ser,[2] sino que son físicamente reales y físicamente valiosos en el Universo, en el que gracias a sus ondas se transmite energía e información de un lado a otro, siendo así que las ondas de un campo pueden afectar a las de otro y pueden cambiar procesos que en su ausencia ocurrirían de otra manera. Los hay de muchos y diferentes tipos, al menos en el mundo de las matemáticas y la física más compleja.

Un magnífico superfísico de los campos cuánticos: Richard Feynman, que co-recibió el premio Nobel de física en 1965 por el desarrollo de la electrodinámica cuántica (Wikimedia, dominio público)

El mero hecho de que el campo tenga un valor en un punto determinado significa que ahí hay un potencial, una capacidad que tiene el campo para realizar “algo”. Pensemos como ejemplo en el campo gravitatorio, tomando arbitrariamente su referencia en la superficie de la Tierra: más arriba hay más potencial, más abajo hay menos potencial. Con este potencial, el campo gravitatorio puede mover una masa. De un punto con mayor potencial a un punto con menor potencial.

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  1. Que son los que intervienen en la mayoría de los fenómenos físicos de esta historia: electromagnético, gravitatorio, electrónico, … []
  2. Aunque no tenemos que confundir ambas entidades: el campo describe y caracteriza una de las muchas propiedades relevantes del medio. []

Lo que se preguntan sus alumnos de 3º de la ESO – XXVII: ¿Qué será de nosotros después de la muerte?

Una nueva pregunta de la serie “Lo que se preguntan sus alumnos de 3º de la ESO”. Complicada ella, como os podéis imaginar, y un intento de respuesta que a todas luces no puede ser completa, dada la naturaleza de estas entradas. Aparte de que es muy difícil el no destilar opiniones personales en este tipo de cuestiones. Pero bueno, pido disculpas si ése es el caso, y vamos a ello.

La muerte, el más allá, preocupación del hombre de todas la épocas y culturas. Anubis, dios egipcio de los muertos, preparando el tránsito del Faraón (Imagen de la red, fair use)

Vamos a despiezar la pregunta en lo que creo son sus tres partes fundamentales:

        1. Nosotros

        2. Muerte

        3. Qué será después Sigue leyendo ›

Biografía del Universo 03: Las edades de Planck

de 10-43 segundos a 10-35 segundos desde el inicio

En la entrada anterior de esta serie “Biografía del Universo“ hablamos de los comienzos perdidos en la niebla del conocimiento. Y hacía yo mucho hincapié en que no sabemos nada de nada. Nadie sabe lo que pasó en los primeros instantes. Simplemente podemos conjeturar en base a aplicar un “retroceso temporal” a los complejos cálculos que nos sugieren las teorías de la relatividad especial y la cuántica de campos. Insisto, son sólo conjeturas, aunque en honor de la verdad las propuestas salidas del cálculo, estas conjeturas son las que encajan prácticamente como anillo al dedo con el mundo que hoy en día observamos y experimentamos. Ligeramente esperanzados o claramente afirmados en estos apoyos, sigamos intentando clarificar las brumas. A través de ellas parece entreverse una posible historia enraizada en los matices que se apuntaron en la entrada anterior acerca del “universo espuma” como base ¿eterna? del tejido espacio-tiempo, en donde burbujea la cuántica y nace la gravedad como deformación producida por la energía interna.

Representación artística del Universo en sus escalas más pequeñas propuesta, entre otros, por la NASA (Imagen: NASA/CXC/M.Weiss, fair use)

El escenario: el tejido espacio-temporal vacío, ni energía ni partículas, y potencial a nivel cero. ¿Cómo de grande? No lo sabemos. De hecho, no sabemos siquiera si éste fue el escenario. Pero vamos a jugar con esta hipótesis. Un tejido que bien pudiera estar cuantificado por el rigor que impone la longitud o el tiempo de Planck. En estas semillas, el mundo de lo más pequeño, impera la ley de la mecánica cuántica. El principio de Heisenberg, del que hablamos en la entrada anterior, nos dice que en este entorno es posible la aparición de mucha energía durante un corto espacio de tiempo. Esta energía es la manifestación de un campo intrínseco a este cuanto de espacio-tiempo energizado. Aunque en estos tamaños no tenemos ni idea de como funciona la gravedad, ya que la teoría de la relatividad desgraciadamente no puede decirnos nada ahí -no tenemos ni idea de cómo funciona en las pequeñísimas escalas-. Podemos conjeturar con base a la idea de que, al haberse creado una energía a partir del vacío, esa energía produce gravedad, o lo que es lo mismo, deforma el tejido espacio-temporal. Creando así una burbuja expansiva. Esto sucedería en todo momento en cualquier punto del completo escenario, por lo que podemos llegar a la conclusión de que el espacio-tiempo, en su ámbito más general y absoluto, tiene una apariencia espumosa[1]. Lo cual incluso nos podría llevar hasta otro tipo de consideraciones relacionada con multiversos, que aquí no son nuestro propósito.

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  1. No penséis que esto es una idea peregrina. Un equipo científico, en el que participa la NASA, está hoy en día determinando la grumosidad del Universo a través de las interferencias en la luz que llegan de los cuásares. Más información aquí. []

Los sistemas receptores 04: El tacto

Aparece hoy una nueva entrada de la serie que hemos gustado en llamar “Los sentidos receptores“, las antenas que utiliza el cerebro para realizar su trabajo. Hoy vamos a intentar dar una idea de cómo funciona el conjunto de actores que nos proporcionan las sensaciones táctiles originadas por estímulos mecánicos sobre la piel, ya se trate de un ligero rozamiento, una presión o una violenta torsión. Podemos pensar que también en la epidermis se inician las sensaciones térmicas o dolorosas… pero esto, al ser los procesos ligeramente distintos, lo vamos a dejar para otra entrada. Antes de entrar definitivamente en harina, os recomiendo el repasar las anteriores si no las habéis leído ya (la introducción, ésta, ésta otra y, por fin, ésta última).

Físicamente, el origen del estímulo táctil proviene de un objeto exterior, ya sea sólido, líquido o gas, que colisiona con la superficie externa de nuestro cuerpo. La colisión está producida, ni más ni menos, por el rechazo electromagnético que experimentan los electrones de los átomos que forman nuestra piel con relación a los de los átomos del objeto que ejerce el empuje sobre nosotros. Ambas familias de electrones interactúan entre sí, intercambiando fotones que informan de que existe una fuerza electromagnética que no se puede dominar. El resultado es el inicio de un proceso que va a acabar generando la sensación de roce, torsión o empujón. Detectar estos estímulos externos se nos antoja importante en nuestro obligado esfuerzo, consciente o inconsciente, de poder mantener o favorecer el equilibrio vital. También nuestra salud y nuestras relaciones sociales. Vayamos, pues, a analizar en qué consiste el sistema de detección específico para el tacto.

Es lógico pensar que los sensores del tacto se deben encontrar en el epitelio más externo de nuestro cuerpo. Y así es. Y es lógico también el pensar que los debe haber de varios tipos, ya que el tacto es un sentido de amplio espectro que lo mismo debe detectar el roce de una pluma como el empujón en un lance del rugby; con la variación de sensibilidad suficiente como para percibir tanto una excitación táctil sobre una zona extensa como sobre un área mínima de la piel. Vayamos pues a la piel y observemos lo que vamos a encontrar.

Corte de la piel en donde se aprecian los diversos sensores mecanorreceptores en donde se inicia la sensación táctil (Imagen de la red, fair use)

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¿Has leído… El universo en tu mano, de Christophe Galfard?

Estoy seguro de que vosotros, lectores de El Tamiz y de El Cedazo, tenéis conocimientos sobre cosmología, astrofísica y astronomía superiores a la media del común de los mortales, así como sobre la relatividad, la mecánica cuántica y demás teorías que componen el actual acervo con el que los físicos intentan comprender el mundo. Si además, como yo, no sois físicos, sino simples aficionados a los que una publicación formal de las que pueden encontrarse en Arxiv os resulta incomprensible, que tenéis dificultades para seguir fórmulas más allá de las famosas de la gravitación universal de Newton o la de la relatividad de Einstein, la famosa e igual a eme ce cuadrado… entonces en este libro que hoy os propongo encontraréis una excelente información del estado actual de la física, tanto la que aplica a lo más grande como a lo más pequeño.

Y digo “del estado actual” porque el libro fue escrito hace poco más de un año, en 2015, y para la segunda edición y la edición en español tiene correcciones y citas a eventos ocurridos en 2016, sobre todo la tan esperada detección de ondas gravitatorias en el experimento LIGO que fue noticia en el verano del año pasado. Más actualizado, imposible.

El Universo en tu mano, de Christophe Galfard

Desde mi humilde punto de vista, este libro completa (de momento, claro) la “trilogía del universo” que componen tres excelentes libros de divulgación científica, cada uno en su ámbito: El universo Elegante, de Brian Greene, escrito en 1999, El universo extravagante, de Robert P. Kirshner, escrito en 2002, y éste de hoy, El universo en tu mano, un viaje extraordinario a los límites del tiempo y del espacio, de Christophe Galfard, escrito, como ya dije, entre 2015 y 2016.

Efectivamente, cada uno de ellos contaba el estado de la física, la cosmología y la astrofísica en el momento en que fue escrito.

Hago un brevísimo resumen de los dos primeros:

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Biografía del Universo 02: Momento cero

t = 10-43 segundos

Tras la introductoria entrada anterior, en la que intenté explicar el contenido y propósito de esta serie titulada “Biografía del Universo”, viene esta de hoy, en la que ya vamos a entrar en materia. Para empezar, me voy a tomar la confianza de repetir uno de los primeros párrafos del capítulo anterior, como recordatorio de algo muy real:

Ciertamente nadie en este mundo, el de las x,y,z y t sensibles, sabe de dónde viene nuestro Cosmos ni cómo fue su primer instante. Y si alguien dice que tiene la clave miente como un bellaco. ¿Nació en aquel incógnito momento el entramado del espacio-tiempo que conocemos? ¿o fue simplemente una extensión 0/∞ de otro ya existente? O como en el cuento imaginado: ¿resultó un rebote de algo anterior? ¿o surgió exnovo del vacío? Pero, ¿qué es el vacío? Podemos imaginar, inventar, conjeturar… pero no sabemos nada de nuestro momento t=0 -¿y si no hubo t=0?-. Aunque menos aún que menos sabemos de t<0”.

Es una época de niebla en nuestro conocimiento. No tenemos herramientas teóricas para estudiarlo deduciendo certezas. Ni capacidad técnica para comprobar nuestras deducciones, a pesar de que hay una buena nómina de buenos y serios hombres de ciencia que se fajan a fondo con ello. Quizás alguno de ellos sea de categoría einsteniana y nos descubra el antiguo mundo. Pero, hoy por hoy, no sabemos nada.

Breve -y simpático- esquema de los pioneros cerebros pensantes (Imagen: Sergio Torres Arzayús, fair use)

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Los sistemas receptores 03: Los caminos de la información

Tras haber revisado algunos de los bloques del sistema nervioso que están implicados en la gestión de las percepciones sensoriales -tálamo, corteza somatosensorial y médula- en la entrada anterior, y antes de pasar a la descripción de los sistemas sensoriales vamos a analizar los caminos a través de los que el cerebro, asentado en su caja craneal de hueso, recibe la información sensorial y transmite sus decisiones, en gran medida motoras. Y éste será el objeto de la entrada de hoy, también preparatoria, una más de nuestra serie “Los sistemas receptores”.

Los caminos de los que hablamos son los nervios, desde luego. Y los nervios son un “trenzado” de axones. Pero… ahora que me lo dices… no hemos presentado aún a esos señores. Vamos a por ello.

Comenzaremos por hablar de las neuronas, las propietarias de esos axones. Estas células, principales actrices del sistema nervioso, presentan una morfología muy particular. Presentan una tipología de formas muy variada -grandes, pequeñas, ramificadas, sencillas, globulares, estrelladas…-, aunque a todas ellas, como cualquier célula de nuestro organismo,  les unifica su estructura básica: un cuerpo en donde se encuentra el núcleo con la carga genética y una sopa interna de iones y moléculas complejas, el citoplasma, en donde pululan los corpúsculos encargados de sus funcionalidades. Y todo ello encerrado en una membrana. Esta membrana proyecta desde el cuerpo unas prolongaciones repletas del propio citoplasma, que son como unos microtúbulos con aspecto externo de filamentos. Pues bien, los axones son las prolongaciones -los filamentos- más largas de las neuronas, tan largos que ¡algunos van desde el pie hasta la cabeza! Pero además tienen otras prolongaciones más cortas, que también salen de su cuerpo celular, llamadas dendritas. En pocas palabras, y resumiendo de forma temeraria, los axones son funcionalmente las antenas emisoras de las neuronas, sus “cables eléctricos”, mientras las dendritas son sus antenas receptoras. La imagen siguiente ilustra cómo son las neuronas.

Imagen de un par de neuronas efectuando una sinapsis y detalle de esta última (figura a partir de Wikimedia, CC BY-SA 3.0)

A la vista de lo dicho, exceptuando por las características prolongaciones de sus cuerpos, parece que las neuronas son muy parecidas al resto de células. Pero, evidentemente, algo tiene que tener una neurona de especial. Y ese algo está relacionado con su funcionalidad como transmisores de información. Tanto en los axones como en las dendritas.

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Biografía del Universo 01: Introducción a una historia real

Tiempo 0/∞

 … “Desde mi posición en [α1110 β5 π47 … ΩtΛtx] soy capaz de percibir el colapso. Cómo definirme. Una inteligencia en el mundo de las cuerdas, dimensión 11. Notario fehaciente de todos los sucesos. Incluso los del pequeño Cosmos de cuatro dimensiones próximo a nacer. Como tantas otras veces, comienzo a experimentar el ligero desvaído en el que me sumiré durante el paso de la… singularidad. No me preocupa. Soy un experto en este tipo de experiencias, por otro lado muy normales en los espacios de Kalabi-Yau donde habito. A veces, alguno de estos organismos multidimensionales juega a ser niño y alardea de crear florestas con unos pocos de sus múltiples brazos. Intuyo que es el momento. Como el cloroformo antes de las anestesias, huele a infinito eterno… antes de la tiniebla ¡Nos vemos en el más allá!” …

Alegoría muy imaginativa de la transición al Big Bang, un viaje a través de la singularidad del origen del tiempo, ”Desde mi posición en [α1110 β5 π47 … ΩtΛtx]…en un hipotético espacio en negativo abocado hacia un “gemelo” espacio de luz: nuestro Universo (Imagen modificada a partir de otra de la red, fair use)

Así pudo comenzar la historia que vamos a relatar a lo largo de esta serie sobre la Biografía del Universo. Imaginario. Al otro lado de nuestra frontera temporal. Antes de la creación de nuestro Universo.

He optado por una fábula, pues ciertamente nadie en este mundo, el de las x,y,z y t sensibles, sabe de dónde viene nuestro Cosmos ni cómo fue su primer instante. Y si alguien dice que tiene la clave, miente como un bellaco. ¿Nació en aquel incógnito momento el entramado del espacio-tiempo que conocemos?, ¿o fue simplemente una extensión 0/∞ de otro ya existente? O como en el cuento imaginado, ¿resultó ser un rebote de algo anterior?, ¿o surgió ex-novo del vacío? Aunque… ¿qué es el vacío? Podemos imaginar, inventar, conjeturar… pero no sabemos nada de nuestro momento t=0 -¿y si no hubo t=0?-. Aunque menos aún que menos sabemos de t<0.

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