Regístrate | Conectar
El Tamiz Libros Recursos Series Únete 9 Users Online
Skip to content

Biografía del Universo 18: Lo que nos enseña la radiación de fondo I

más teoría

(Revisión 2025) (pdf)

En la entrada anterior presentamos a un gran momento del Universo: la recombinación. El Universo parió a los primeros átomos y la radiación quedó libre de la materia, o viceversa, lo que permitió el inicio de los procesos de la definitiva compactación gravitatoria que ha dibujado las estructuras actuales del Cosmos. Nuestra serie sobre la Biografía del Universo continúa ahora con un objetivo: vamos a intentar destripar los misterios velados en la foto de la radiación de fondo de microondas. Lo que era ya quedó dicho en la última entrada. Para nuestro nuevo propósito contamos con el análisis de su espectro de anisotropías -su ligerísima falta de homogeneidad espacial-, que iremos deshojando al igual que podemos hacerlo con el de frecuencias de las emisiones de un cuerpo negro.

Esta imagen del fondo de microondas es una esfera convexa, como una luna, aunque la realidad nos dice que se trata de una bóveda celeste cóncava, como un planetario, desde la que nos llega tan lejana radiación. La franja horizontal roja es luz emitida por nuestra mucho más cercana galaxia. (Imagen: WMAP-NASA, dominio público)

Antes de seguir ya veis que me ha interesado introducir una modificación de la imagen que apareció en el capítulo anterior del fondo de microondas. Creo que es bueno pasar unas páginas atrás para mantener en la mente la original, aunque ahora la presento en su forma más auténtica, esférica y no plana. Representa la superficie esférica más lejana desde donde nos viene la radiación de fondo de microondas. Imaginémonos a nosotros como observadores situados en el centro de esa esfera desde donde contemplamos su grumosidad. Es como si se tratara del espectáculo de un planetario en el que vemos el aspecto del cielo con estrellas y planetas, pero en ese caso admirando la más vieja cara del Cosmos. Sabemos que en lo que vemos, a pesar de las inhomogeneidades aparentes, hay unas simetrías decisivas troqueladas por las anisotropías del Big Bang, las cuales llevan encriptada mucha información: Sigue leyendo ›

2017 11 04 jreguart Cosmología
jreguart Comentarios (3) Permalink

Biografía del Universo 17: El big flash

a los 380.000 años desde el inicio

(Revisión 2025) (pdf)

Nos disponemos a abrir una nueva página crucial para el conocimiento de nuestro Universo, una nueva página de la historia descrita en esta serie sobre la Biografía del Universo. En la entrada anterior lo habíamos descrito con un ¡FLASH!… pero ahora voy a ser un poco más exagerado, porque me atrevo a ponerle la etiqueta de ¡BIG FLASH! Como allí dijimos, el Universo estaba completando una larga sinfonía iniciada en su segundo 10-35 de vida. Llegaron los últimos compases que conformaron la coda final del primer movimiento en la Sinfonía del Universo.[1] Está a punto de iniciarse el último tema musical… 380.000 años después se va a completar la obra con la aparición liberadora de los átomos libres que a la larga -mucho larga- interpretará una fanfarria de metales. Después sólo quedaría la reverberación de su eco. Aunque… ¡menuda reverberación!

(Imagen a partir de “The Nuclear Wall Chart”, Nuclear Science Division del Lawrence Berkeley National Laboratory, fair use)

Sigue leyendo ›

  1. Y no se trata de la obra inconclusa del compositor estadounidense Charles Ives. [↩]
2017 10 28 jreguart Cosmología
jreguart Comentarios (7) Permalink

Los sistemas receptores 14: Sistema sensorial del olfato

Continuamos con nuestra serie “Los sistemas receptores” de la que sería muy conveniente, si aún no lo has hecho, que leyeras las tres primeras entradas que explican alguno de los conceptos que vas a ver en ésta. Nos toca analizar un par de sentidos que responden a determinadas excitaciones inducidas en nuestro cuerpo por compuestos químicos que vienen del exterior. Hablábamos ya de un aspecto de ello cuando estudiamos el sentido de la nocicepción y termocepción en la entrada sobre el dolor y la temperatura, en donde vimos cómo determinadas moléculas agredían nuestra dermis provocando dolor, o bien cómo la capsaicina o el mentol llegaban a estimular los sensores de la temperatura induciéndonos unas sensaciones de calor o frío. Pero no es de eso de lo que vamos a hablar ahora, ya que me estoy refiriendo básicamente a los sentidos del olfato y el gusto.

En particular, esta entrada la dedicaremos a ver qué procesos fisiológicos y neuronales se desencadenan cuando llega un estimulante químico exterior a nuestra pituitaria, la membrana mucosa que recubre el interior de ambas fosas nasales que, al final, nos va a producir esta sensación tan potente como es la paleta de olores del mundo que nos rodea. La evolución ha matizado las sensaciones olorosas que percibimos, de forma que normalmente lo que huele bien no es nocivo para nuestro organismo -incluso puede ser beneficioso- y lo que huele mal nos avisa de que, cuanto menos, hay que alejarse de ello como medida preventiva. Incluso la evolución nos ha regalado unas sutilezas casi “hedónicas”, al haber montado la posibilidad de integrar varias de las experiencias sensoriales: qué sería de los momentos en que nos proponemos deleitarnos con la comida sin la combinación de buen olor, buen sabor y agradable vista que nos genera el placer del gusto. ¿Qué éxito comercial tendría un perfume fragantemente oloroso y a la vez de un sospechoso color marrón “no digo qué”? ¿Qué éxito reproductor tendría una posible pareja exponente máximo de la perfección corporal, pero que huela a Sus estrofa doméstica ? Evidentemente, en esto último dejo aparte a los cerdos y cerdas.

Como ya se comentó en la entrada anterior, el sentido del olfato es evolutivamente uno de los más antiguos, y prueba de ello es la simplicidad del camino que conecta al elemento químico externo con el cerebro: el área olfativa es el único lugar donde el sistema nervioso central está en directo contacto con el medio ambiente, al ser colindantes los sensores externos y las estructuras corticales olfatorias. Nos da una clara pista de esta antigüedad el hecho de que en el desarrollo embrionario las estructuras cerebrales olfativas se inician y maduran antes que los núcleos talámicos. No nos ha de extrañar, por tanto, que a la corteza olfativa se la conozca como paleocorteza -del griego παλαιός, palaiós, “antiguo“- siendo sólo superada en antigüedad evolutiva por la corteza del cerebro emocional. Un reflejo de esta antigüedad lo tenemos en el cerebro de los vertebrados inferiores, en los que la corteza olfatoria es muy representativa tanto física como funcionalmente, ya que con ella gestionan sus trascendentales respuestas, que debemos imaginar como reflejos inconscientes, frente a los retos de la supervivencia.

Prolongaciones nerviosas que desde las fosas nasales forman en conjunto, al atravesar el hueso etmoides, el nervio olfatorio. Este último finaliza en el bulbo olfatorio, que en los vertebrados ya es parte del prosencéfalo (Anatomy of the Human Body, Henry Gray, wikimedia, dominio público)

Sigue leyendo ›

2017 10 21 jreguart Biología
Divulgación
jreguart
neurología Comentarios (7) Permalink

Biografía del Universo 16: La sinfonía del Universo II

a lo largo de los primeros 380.000 años

(Revisión 2025) (pdf)

En la entrada anterior de esta serie descubrimos cómo el Universo, a lo largo de sus primeros 380.000 años, estaba compuesto por un plasma que perdía progresivamente su densidad por causa de la continua expansión que experimentaba el tejido espacio-temporal de base. Decíamos también que este plasma estaba rielado por una serie de ondas sonoras consecuencia de las ondas de presión impulsadas en los colapsos gravitatorios iniciales. Una sinfonía cósmica. Repito la imagen que ya se propuso en la entrada anterior y que nos daba una buena idea de cómo las ondas particulares -izquierda-, generadas gracias a la compresión-expansión de la gravedad-radiación en una fluctuación cuántica primigenia local, se iban superponiendo -derecha- para crear esta particular sinfonía global.[1]

Doy por hecho que habéis leído la entrada anterior para que podáis conectar sin problemas con esta entrada de hoy, que acabará por desvelar sus secretos.

     

Vayamos a por harina e intentemos entender su armonía. Porque si conseguimos distinguir en los acordes de esta melodía a las flautas traveseras de los pícolos, los diferentes colores de los instrumentos de su plantilla, quizás comprendamos mejor su ser. Para ello necesitamos introducir ciertos conceptos elementales de la física de los sonidos y de las matemáticas que la soportan. Que no cunda el pánico, no habrá misterios. Sigue leyendo ›

  1. El pico central corresponde inicialmente a toda la materia, bariónica y oscura, más la radiación. Con el tiempo va quedando en el centro un pico de materia oscura con una excursión de la bariónica y la radiación hacia el límite de la onda, cuyo radio crecía al ritmo de la expansión del Universo. [↩]
2017 10 14 jreguart Cosmología
jreguart Comentarios (0) Permalink

Los sistemas receptores 13: La audición II. Procesos superiores.

En la entrada anterior de esta serie sobre “Los sistemas receptores“ habíamos dejado a los potenciales de acción circulando por los axones del nervio auditivo, cada uno con su etiqueta específica que dice “por aquí llevo la información de una frecuencia sonora determinada, pero no sé ni cómo ni cuál es“. Este nervio, que conjuntamente con el vestibular que vimos en otra entrada se le conoce como nervio craneal número VIII, tiene un corto recorrido ya que sale de la cóclea y termina en el tronco encefálico, a la altura de la unión entre el bulbo raquídeo y el cerebelo, más o menos junto a la misma cóclea.

Allí, en el tronco, les esperan la segunda línea de neuronas [n2] situadas en un núcleo llamado coclear de las que podríamos esperar, a la vista de lo que ya sabemos que sucede en otros sentidos, que enviaran sus axones directamente hasta el tálamo en donde se situaría una nueva posta de la ruta auditiva. Sin embargo, aún siendo así en parte, en este caso es un poco más complejo. Las segundas neuronas formarán una serie de subnervios que ascienden por el tronco encefálico -unos mantendrán su lado y otros se cruzaran al contrario- que darán no sólo servicio al tálamo, sino también a pares -izquierdo y derecho- de núcleos neuronales situados en el propio tronco encefálico, por debajo del tálamo.

Esquema de las vías neuronales auditivas. Los puntos de colores corresponden a las neuronas que intervienen. Podemos observar cómo entre los núcleos cocleares y las olivas hay una comunicación directa y otra cruzada contralateral que permitirá la audiocalización. Lo mismo sucede en los colículos e incluso entre los tálamos (Imagen modificada de la red, ©Sinauer Associates. Inc, fair use)

Sigue leyendo ›

2017 10 09 jreguart Biología
Divulgación
jreguart
neurología Comentarios (2) Permalink

[De Thomson a Bohr, historia de un átomo] 0-Conceptos previos 7: Energía potencial

Seguimos con la serie de modelos atómicos. En el anterior artículo terminamos con el modelo de Thomson, un par de artículos algo complicados, es verdad, pero tengo la esperanza de que el lector haya aprendido algo sobre dicho modelo. Los siguientes artículos volverán a ser conceptos previos de física general (es decir, sin enfocarlos a la física atómica) para aprender algunos conceptos necesarios al presentar el modelo atómico de Rutherford. El primero, es decir, éste, es en realidad una ampliación del artículo donde hablamos sobre la energía potencial. Y en él vamos a centrarnos en la energía potencial electrostática.

Recordemos una definición que di en su momento sobre la energía potencial:

Primero definí lo que es una fuerza conservativa. Recordemos; una fuerza es conservativa si podemos llevar un objeto desde un punto A a un punto B realizando el mismo trabajo lo llevemos por donde lo llevemos. Teníamos esta imagen:

Es decir, el trabajo realizado por una fuerza conservativa para llevar un objeto desde el punto 1 al punto 2 es el mismo tanto por el camino S1 como por el camino S2. Bien, una vez identificamos que una fuerza es conservativa podemos definir una energía potencial “asociada” a esa fuerza; de hecho no podemos definir la energía potencial como tal, sino su variación. La energía potencial es la energía que tiene un cuerpo por el simple hecho de estar sometido a una fuerza conservativa. Como en general las fuerzas suelen afectar a los objetos en cualquier punto del espacio, podemos decir por lo tanto que un objeto, solamente por estar en un punto del espacio tiene una energía potencial.

Sigue leyendo ›

2017 09 30 Roger Física
Roger Balsach Comentarios (0) Permalink

Biografía del Universo 15: La sinfonía del Universo I

a lo largo de los primeros 380.000 años

(Revision 2025) (pdf)

A estas alturas de nuestra serie, y ya lo veníamos advirtiendo en anteriores entradas, sabemos que el Universo había emprendido un largo camino de monotonía que iba a durar casi cuatrocientos mil años. Como dijimos en el capítulo 3, tras la inflación el universo pasó de tener un tamaño algo menor que un protón reducido en un factor de 10-20, al de una “esfera” de 10 centímetros. Muchas veces se habla del tamaño de una naranja, pero ahora apuesto por la metáfora de una granada, repleta de multitud de infinitesimales granos jugosos preñados de una inestabilidad cuántica surgida durante la inflación exponencial. Ya veremos el porqué de la comparación.

Primero la radiación y luego la materia fueron los que iban manipulando su dinámica al fijar las tasas de expansión, por la que progresivamente disminuía la densidad del plasma que rellenaba el Universo. Pasó por un momento en que tuvo la del agua, luego atravesó el nivel de la del aire y no paró, pues se encaminaba hacia un estado en el que cada centímetro cúbico iba a tener tan sólo unos 103 átomos.[1]

Sigue leyendo ›

  1. Eso sería al final de esos 380.000 años. Añado aquí un sencillo cálculo para que nos hagamos idea: Sabemos que la composición de átomos en aquel momento era básicamente de 75% de hidrógeno y 25% de helio 4, por lo que un átomo medio pesaría [0,75 x 1 + 0,25 x 4]= 1,75 unidades de masa atómica (uma). Cada uma equivale a 1,7 x 10-27 kilogramos, luego la densidad sería 1,75 uma/cm3 x 1,7 x 10-27 kg/uma x 103 gr/kg x 103 átomos ≈ 3 x 10-21 gramos/ cm3. Por comparar: en condiciones normales la densidad del agua es de 1 gramo/ cm3 y la del aire, 1,4 x 10-3 gramos/ cm3 . Llevada esta cifra a día de hoy, tras una dilatación espacial de 1.100 veces, lo que hizo que el cm3 inicial se convirtiera a más o menos 1010 cm3, la densidad bariónica ha pasado a ser más o menos 10-31 gramos/ cm3, del orden del % de la masa critica del universo que es del orden de magnitud 10-29 gramos/ cm3. [↩]
2017 09 25 jreguart Cosmología
jreguart Comentarios (5) Permalink

Los sistemas receptores 12: La audición I. Detección.

En esta nueva entrada de la serie “Los sistemas receptores“, una vez acabado en la anterior el recorrido por el sentido de la visión, vamos a iniciar nuestro paseo por las rutas neuronales relacionadas con el sentido del oído. Una vez más, antes de empezar, la pregunta que me surge es: ¿qué hay ahí afuera, cuáles son las causas que me generan la experiencia subjetiva del sonido? Es una antigua pregunta que excitaba la imaginación lógica de los filósofos, que en el siglo XVIII discutían cosas tan abstractas como que si cuando caía un árbol en el bosque, y no había nadie para escucharlo, haría algún ruido o no. “Sólo conocemos lo que percibimos” decía el irlandés George Berkeley. Lo que un siglo antes ya era la opinión de filósofo francés René Descartes cuando en su libro “Principios de filosofía“, generalizando, opinaba que las cualidades secundarias de las cosas -colores, sonidos, gustos, olores y sensaciones táctiles- no existían fuera de nosotros sino en nosotros como sujetos “sintientes”. Nosotros nos vamos a hacer las mismas preguntas para al final descubrir, ahora para otra experiencia sensorial, que el ruido no existe: sólo existen ondas de presión que se transmiten por la materia.

Cualquier alteración de este tipo en el medio que nos rodea, ya sea éste el aire al andar, el agua al nadar, la pared al pegar la oreja… tiene en él un reflejo semejante a cuando lanzamos una piedra a la superficie de un líquido: se altera formando ondas, que no son más que la expresión material de las variaciones de presión que experimentan sus moléculas. La piedra iniciadora de la excitación, al entrar en el agua ejerce una fuerza -un empujón electromagnético entre los electrones de moléculas contiguas- sobre la primera capa del líquido, que se deforma disipando esta fuerza y que a su vez la transmite a la siguiente capa, que a su vez la transmite a la siguiente…. generando una cadena de ondas de presión. En el aire también se pueden generar estas ondas a partir de cualquier excitación iniciadora: un movimiento rápido de un cuerpo o un chorro de aire que penetre en el medio.

Simulación 2D de una onda de compresión iniciada en el punto central de la red y con una atenuación en el tiempo (Wikimedia, CC BY-SA 3.0)

Sigue leyendo ›

2017 09 16 jreguart Biología
Divulgación
jreguart
neurología Comentarios (12) Permalink

Historia de un ignorante, ma non troppo… Prism Rhapsody, de Keiko Abe

Tras unos pocos años de incontinencia musical, los que dura esta ignorante serie, aparece por primera vez por aquí la obra de un compositor japonés. O, mejor dicho, de una compositora japonesa, dado que Keiko Abe es, obviamente, mujer, y también es la primera vez que aparece aquí una obra compuesta por una mujer. No es porque yo sea machista ni nada de eso, que no lo soy: es que desgraciadamente ha habido muy pocas compositoras a lo largo de la historia… compositoras de música “clásica”, se entiende, que es del tipo de música del que trata esta serie.

Y además, por si no fueran pocas las primicias dentro de la serie (primera compositora, primer japonés), esta composición, Prism Rhapsody, es una obra para dos marimbas solistas y orquesta, por lo que es también la primera vez que aparece por aquí una obra para un instrumento solista de percusión, cosa que, por otra parte, es también algo bastante extraño. Es usual que las obras para instrumento solista y orquesta sean para uno de cuerda (violines, cellos, etc), para uno de viento (flauta, clarinete, trompeta, etc), o para el rey de los instrumentos solistas, el piano, que no sé muy bien si catalogarlo como instrumento de cuerda o de percusión…

En fin, muchas novedades juntas en este artículo, que va a ser, estoy seguro, una sorpresa para los fieles seguidores de la serie.

Sigue leyendo ›

2017 09 08 Macluskey Macluskey
Música Comentarios (0) Permalink

Biografía del Universo 14: La nucleosíntesis II

desde 1 segundo a 380.000 años desde el inicio

(Revisión 2025) (pdf)

En el transcurrir de esta serie sobre la historia de nuestro Universo habíamos llegado en la entrada anterior a abrir la ventana por donde se entreveían los núcleos de unos futuros actores imprescindibles en la representación, como son los elementos químicos. Para enlazar con lo que allí dijimos, transcribo uno de sus últimos párrafos:

“La historia de la aparición de los núcleos atómicos nos dice que el más simple ya lo teníamos allá por el segundo t=10-6 segundos, tan pronto como aparecieron los hadrones a partir de los quarks: el núcleo del hidrógeno, es decir, un solitario protón. Pero para salvar a los neutrones nos interesa que aparezca algo más sofisticado como el núcleo del deuterio: un protón y un neutrón unidos gracias a la intermediación de los piones.”

(Imagen a partir de “The Nuclear Wall Chart”, Nuclear Science Division del Lawrence Berkeley National Laboratory, fair use)

Todo pasó en un pequeño momento dentro de una larga era: desde el segundo 30 al segundo 240, dentro de lo que se nos imagina un inmerso periodo que decidimos acotar entre un segundo y 380.000 años desde el inicio del big bang. Después de los 240 segundos parece que el Universo, acabado de tomar el postre de la nucleosíntesis, se sentó a digerir todo lo que le había pasado mientras seguía expandiendo su dilatado estómago. Pero sigamos la historia.

Si analizamos la energía de enlace de los primeros elementos de la tabla periódica de Mendeléyev o sus isótopos, teóricamente podríamos esperar que cada uno de ellos aparecería, o se haría definitivamente estable, cuando el nivel energético promedio del Universo cayera por debajo de la energía con que se enlazan sus nucleones. Así que, para poder seguir las posibilidades de creación de los siguientes núcleos tras el del hidrógeno, vamos a ver qué características tiene el posible “material” implicado, recordando que en el tiempo un segundo después del big bang la energía promedia era de 1 MeV y a los 200 segundos, de 100 KeV. A continuación listo las energías de enlace por nucleón en los primeros elementos más ligeros:[1] Sigue leyendo ›

  1. En este enlace tenéis los datos de todos los elementos e isótopos, con los que podéis jugar viendo como varían sus características al movernos en vertical -mismo número de meutrones- u horizontal -mismo número de protones-. [↩]
2017 09 02 jreguart Cosmología
jreguart Comentarios (12) Permalink