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Cómo la Ciencia llegó a descubrir el  origen de la Materia que compone  nuestros cuerpos y lo que nos rodea

Creada26-03-2018
Modificada26-03-2018
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Reseña del Documental Alquimia Cósmica de la serie El Universo de Stephen Hawking

Alquimia Cósmica

El mundo que nos rodea está repleto de numerosos objetos de una gran diversidad, materiales y texturas. Pero todo surgió de un momento de gran simplicidad, a partir de una singularidad que extendió su poder creador por todo el Universo.

¿Cómo llegó aquel origen tan simple a formar la gran complejidad del Universo actual?

El Origen de la Alquimia

Hace siglos, los primeros alquimistas creyeron descubrir el proceso por el cual había surgido TODO en el Universo. A ese proceso lo llamaron Transmutación.

Creían que tomando elementos simples, transformándolos mediante procesos químicos, podían transmutarlos para convertirlos en otros elementos. Su objetivo era producir oro, el elemento más noble.

Los alquimistas medievales adoptaron la creencia de los antiguos griegos de que todo lo que existe está formado por distintas combinaciones de cuatro materias elementales: Tierra, Agua, Aire y Fuego.

La Tierra es la que da forma a los objetos. El Agua es el aglutinante que los mantiene unidos y en determinadas condiciones los disuelve o los hace fluir. El Fuego aporta energía, luz y calor. Y el Aire es el medio que permite comunicar y conectar todos los objetos entre sí.

Durante siglos, los alquimistas intentaron realizar transmutaciones de elementos, en un infatigable intento de producir Oro. Todos sus experimentos fracasaron, pero aportaron los conocimientos básicos que posteriormente darían paso a la nueva ciencia de la Química.

Los Elementos

A mediados del siglo XIX, en Siberia, el niño Dimitri Mendelev se asombraba de la complejidad de los elementos usados en la fábrica de vidrio que su madre dirigía.

Para entonces la Química moderna había abandonado las creencias sobre las cuatro sustancias elementales, y las necesidades industriales, sobre todo el trabajo del vidrio y el análisis de las sustancias usadas para darle distintos colores y consistencias, habían fomentado el estudio de las sales y otros productos usados en la industria.

Los químicos sometieron todos estos productos a procesos analíticos que los dividían en sustancias fundamentales a las que dieron el nombre de Elementos, ya que éstos no podían descomponerse en otras sustancias.

Mendelev comenzó a trabajar en la fábrica de su madre y se fue interesando cada vez más por la química.

Un incendio destruyó la fábrica y, al no poder reconstruirla, su madre lo llevó a San Petersburgo, en cuya Universidad lo matriculó. En pocos años se convirtió en uno de los químicos más sobresalientes de Rusia.

En esa época ya se conocían 65 elementos simples, entre sólidos, líquidos y gaseosos. Los químicos creían que las distintas propiedades de los elementos eran debidas a las características de sus átomos. Todos los átomos tenían distinto peso. Y había elementos con propiedades metálicas y otros sin ellas.

Mendelev comenzó a examinar si el peso de los elementos se relacionaba de alguna forma con su metalicidad.

En 1.869 se le ocurrió utilizar tarjetas para representar los distintos elementos y los ordenó por peso, de menor a mayor. Y también por sus propiedades, de arriba abajo.

Observó que los elementos situados en la misma columna tenían propiedades similares, y la diferencia de peso entre cada par era la misma.

Donde se rompía la pauta, Mendelev dejó casillas en blanco y pronosticó que con el tiempo se descubrirían nuevos elementos que encajarían por sus propiedades y peso en los huecos libres.

En Rusia, esta tabla fue conocida como la Tabla de Mendelev. En el resto del mundo se la conoce como la Tabla Periódica.

Elementos Radiactivos

En 1.897, Marie Curie estaba buscando un tema para su tesis doctoral.

Recientemente, Henry Becquerel había descubierto que el Uranio emitía algún tipo de radiación invisible a simple vista pero que podía velar las placas fotográficas.

Esa radiación también producía una cierta cantidad de corriente eléctrica, pero de una intensidad tan pequeña que resultaba casi imposible de medir.

El matrimonio Curie utilizó un cristal piezoeléctrico que generaba una pequeña cantidad de electricidad al ser sometido a presión, y haciendo pasar ambas intensidades en direcciones opuestas por un mismo sistema, pudo medir la intensidad, que resultó ser de apenas una billonésima de amperio.

Quisieron medir otros elementos, por ver si alguno tenía propiedades similares. Probaron con la Pecblenda, el mineral del que se había extraído el Uranio. Al no estar refinado esperaban que su radiación sería menos intensa, pero comprobaron sorprendidos que era cuatro veces superior.

Tras separar el mineral en sus elementos constituyentes descubrieron dos nuevos elementos hasta entonces desconocidos. A uno lo bautizaron como Polonio, en honor al país de Marie. Al otro lo llamaron Radio.

El Radio puro emitía una sorprendente luz azulada, muy llamativa en la oscuridad. Ignorando aún el peligro de la radiactividad, los Curie estuvieron a menudo sometidos a esa intensa radiación, y a Marie le provocó leucemia, por la cual murió años más tarde.

Las Partículas Subatómicas

Pero aunque los Curie descubrieron estos elementos, fue el neozelandés Ernest Rutherford el que comprendió lo que era esa radiación.

Él y su colega Frederick Soddy, diseñaron un experimento para captar las partículas emitidas, saber a qué velocidad se propagaban y cuáles eran sus propiedades.

Y descubrieron que esas partículas tenían un peso atómico muy inferior al del Radio.

El Radio se estaba transformado de forma natural en otro elemento, liberando energía en el proceso.

Era el sueño buscado durante siglos por los alquimistas: La Transmutación Espontánea.

Pero ¿por qué se liberaba energía en ese proceso?

Rutherford estudió esas partículas dejando que golpearan una fina lámina de Oro. Descubrió que algunas de esas partículas rebotaban en la lámina. Pero otras muchas la atravesaban, desviándose más o menos.

Para él, eso significaba que los átomos que componían la lámina de Oro no ocupaban todo el volumen de la materia, sino que había mucho espacio vacío entre ellos. Y generaban una fuerza lo bastante grande para desviar y en ocasiones hacer rebotar las partículas emitidas por el Radio.

Comprendió que los átomos no eran partículas sólidas, como se había pensado desde la antigüedad, sino que estaban compuestos de partículas más pequeñas.

Materia y Antimateria

En 1.905, en su Teoría Especial de la Relatividad, Albert Einstein había publicado una ecuación que podía explicar el origen de esta energía: e = m·c²

Según esta fórmula, la Materia era una forma de Energía.

El Físico Paul Dirac, desarrollando las ecuaciones de Einstein, postuló que si la Materia es una manifestación de la Energía, de una cierta cantidad de Energía se podría producir Materia, pero de sus fórmulas se deducía que también se produciría Antimateria.

Y cuando la Materia interactuara con la Antimateria ambas se aniquilarían entre sí produciendo Energía pura.

Según esto, la Antimateria sería idéntica a la Materia en el aspecto gravitatorio, pero opuesta en el aspecto electromagnético. Si la materia contaba con partículas como los electrones, con carga negativa, también deberían existir los Positrones, idénticos pero con carga positiva.

Y cuando un electrón y un positrón colisionan, ambos desaparecen, generando gran cantidad de energía.

Y el proceso es reversible: A partir de una gran cantidad de energía se puede crear Materia y Antimateria.

¿Es posible que en el Big Bang, cuando se creó toda la Materia del Universo, se creara también la misma cantidad de Antimateria?

Rastros en la Niebla

Los científicos estaban por entonces estudiando los Rayos Cósmicos, partículas muy energéticas procedentes del Espacio, aparentemente de más allá de la Galaxia. Para verlos fabricaron recipientes transparentes llenos de un gas en forma de niebla. Cuando un Rayo Cósmico la atravesaba dejaba tras sí un rastro de burbujas.

Comprobaron que la lluvia de Rayos Cósmicos, en la cima de las montañas más altas, era aproximadamente de uno por cada cm² cada segundo. Muchos son interceptados por la atmósfera y al nivel del Mar sólo llegan unos pocos por minuto.

Pero la trayectoria de los Rayos Cósmicos era tan veloz, que al aparecer su rastro en la cámara de niebla no se podía saber si procedían de una dirección o de la opuesta.

El científico Carl Anderson colocó una cámara de niebla entre dos magnetos para desviar las partículas según su polaridad. El rastro de burbujas quedaba curvado y donde estuviera la mayor curvatura indicaría en qué dirección se movía el rayo cósmico que la generaba. Y también su polaridad.

Con ello localizó las primeras partículas cósmicas de Antimateria.

Colisiones de PartículasEn los aceleradores de partículas más modernos se ha conseguido hacer colisionar partículas a muy altas velocidades y de esas colisiones se han generado nuevas partículas de Materia y Antimateria.

Pero si en el Big Bang se produjo Materia y Antimateria ¿dónde está la Antimateria? ¿Por qué todo lo que nos rodea está hecho de Materia?

Si las leyes físicas fueran perfectamente simétricas, la cantidad de Materia y Antimateria creadas sería idéntica.

Pero no lo es. Existe una pequeñísima tendencia a crear más Materia que Antimateria. Y esa es la razón de que nosotros existamos.

Historia de la Materia

Por lo que sabemos, en el momento del Big Bang sólo existía Energía en grandes cantidades en un estado de concentración enorme.

A partir de esa energía se creó Materia y Antimateria, con una leve ventaja para la Materia.

Al chocar entre sí esas partículas se aniquilaron, destruyéndose toda la Antimateria y quedando sólo una pequeña cantidad de Materia. Y mucha energía, de la que se formaron más partículas de Materia y Antimateria repitiendo el mismo esquema de aniquilación y creación.

Cuando el Universo tenía un segundo de existencia se empezaron a formar núcleos atómicos.

Unos 300.000 años más tarde los núcleos captaron electrones, convirtiéndose en átomos, la mayoría de Hidrógeno.

Nubes EstelaresEstos átomos se empezaron a condensar formando nubes de gas que, atraídas por su propio peso, formaron estrellas y galaxias.

En las estrellas se formaron los elementos pesados con los que millones de años más tarde se formaron nuevas estrellas, esta vez con planetas sólidos a su alrededor.

Y en los planetas que estuvieran a una distancia adecuada de su estrella se produjeron las reacciones químicas necesarias para formar organismos vivos.

En mi opinión

Se muestra cómo los científicos fueron descubriendo la forma en que apareció la Materia en el Universo, pero deja varios pasos sin mencionar y algunos datos han sido corregidos desde que se hizo el documental, en 1.997.

No obstante, lo que explica lo hace con bastante claridad.

Para completar la información sobre el Origen de la Materia del Universo y disponer de datos más actualizados, recomiendo ver otros documentales de la sección La Materia del Universo.

Otros Documentales de Stephen Hawking

Ver Ficha de Alquimia Cósmica de la serie El Universo de Stephen Hawking

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