La energía es la consecuencia de la actuación mediante interacciones o intercambios de los cuatro tipos de fuerzas fundamentales de la naturaleza: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil. La única moneda de cambio universal es la energía. Sin transformación de energía no hay nada. Incluso los seres humanos somos complejos transformadores de flujos de energía.

Una tendencia que ha sido modelizada por la ley de la máxima energía del matemático y químico Alfred Lotka: "Mientras exista materia y energía disponible (si usar), la selección natural operará en todo momento para aumentar la masa total del sistema orgánico, la velocidad de circulación de la materia a través del sistema y el flujo de energía total que circula a través del mismo".

La energía y el ser humano

A su vez, la historia del ser humano, y sobre todo la de la civilización, es una historia de búsqueda de energía. Desde las calorías que alimentaron a nuestros antepasados y moldearon sus apetitos gastronómicos hasta imprimirlos en su ADN, hasta los electronvoltios (eV) de la física nuclear. Y aún hoy, habida cuenta de nuestra voracidad y nuestra multiplicación por todo el planeta, las posibilidades de éxito en la búsqueda de un nuevo sistema de energía que nos permita sobrevivir siguen siendo inciertas.

Historia de la Energía (Divulgación Científica)

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La energía, pues, tiene muchos enfoques, resultados, objetivos, servidumbres. Forma parte de todo lo que hacemos. Es un caleidoscopio para explicar el mundo. Esta misma reseña del último libro del prolífico Alejandro Navarro es fruto, en esencia, de procesos energéticos, tanto los que se suceden en mi cerebro y mis músculos como en las entrañas del ordenador donde tecleo.

El libro es, en toda su claridad expositiva, Historia de la energía. Un título sencillo y directo como la prosa de Navarro, que es capaz de tornar digerible hasta lo más abstruso. Y así, capítulo a capítulo, picoteando caprichosamente en diferentes momentos históricos e hitos científicos, nos irá revelando todas las facetas de la energía y cómo esta ha ido moldeando nuestra historia:

El corazón del átomo o la transmutación de la materia; el móvil perpetuo, el reloj de Cox y la conservación de la energía; el big bang; el universo oscuro; el poder de Electro; la «muerte por el calor» del cosmos; la luz de los dioses; la manzana de Newton y el secreto de Star Trek; Thomas Alva Edison y las bombillas led; los fantasmas y ¡el carburante de los platillos volantes!... Alejandro Navarro aborda en este libro de forma magistral la historia de la energía y las múltiples formas en las que aparece. Nos encontraremos con celebridades como Galileo, Newton, Franklin, Marie Curie o Einstein; pero también con genios olvidados que contribuyeron, con su curiosidad y tesón, al esclarecimiento de algunas de las leyes más importantes de la naturaleza.

En definitiva, otro libro para la colección de Alejandro Navarro, que, además de la excelente edición Guadalmazán, se nos presenta en tapa dura. Para saborear a tragos cortos.

Aproximadamente, solo el 4 % de toda la materia del universo resulta visible para nosotros y está compuesta de protones, neutrones y electrones. Es decir, el tipo de materia que forma las estrellas, los planetas, los soles, los seres vivos…

También forma toda la tabla de los elementos, y naturalmente, el hidrógeno, el elemento más abundante del Universo conocido, y el helio, que es el segundo. Sin embargo, hasta aquí, solo hemos explicado el 4 % del universo. ¿De qué está hecho el resto?

Energía y materia oscuras

Toda la materia restante, es decir, prácticamente todo el universo, es invisible. Nunca la hemos visto, nunca la hemos tocado, no sabemos dónde está, ni mucho menos tenemos una ligera idea de cómo llegar hasta ella. No sabemos qué aspecto tiene ni cómo se comporta. Ignoramos qué hace exactamente. Toda ella es pura conjetura. Concretamente, esta parte del universo está hecha de energía oscura (73 %) y materia oscura (23 %).

La energía oscura es una forma hipotética de materia que estaría presente en todo el espacio, produciendo una presión negativa y que tiende a incrementar la aceleración de la expansión del Universo, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva.

Es decir, casi todo el universo está hecho de algo que no entendemos demasiado. Solo sabemos que el universo se está expandiendo cada vez más deprisa, y que ello tiene que ser resultado de la energía oscura, tal y como sugieren las observaciones de supernovas muy lejanas realizadas por Supernova Cosmology Project en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

La energía oscura es muy poco densa, y no interatúa con las fuerzas del universo, excepto con la gravedad. Acerca de su composición solo se dispone de un puñado de hipótesis. Algunos teóricos piensan que la energía oscura y la aceleración cósmica son un fallo de la relatividad general en escalas muy grandes, mayores que los supercúmulos. Pero un científico honesto, ante la pregunta «¿de qué está hecha la energía oscura?», debería sencillamente levantar los hombros.

La energía oscura puede convertirse en materia oscura cuando es golpeada por partículas bariónicas, conduciendo así a excitaciones como de partículas en algún tipo de campo dinámico, conocido como quintaesencia. La quintaesencia difiere de la constante cosmológica en que puede variar en el espacio y en el tiempo.

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La consecuencia más directa de la existencia de la energía oscura y la aceleración del universo es que este es más antiguo de lo que se creía. Si se calcula la edad del universo con base en los datos actuales de la constante de Hubble, se obtiene una edad de 10 000 millones de años, menor que la edad de las estrellas más viejas que es posible observar en los cúmulos globulares, lo que crea una paradoja insalvable.

Investigadores de la Universidad de Australia del Sur advierten que la grasa corporal dañina también puede aumentar el riesgo de demencia y accidente cerebrovascular. Tras examinar la materia gris del cerebro de miles de personas, concluyeron que el aumento de la grasa corporal conduce gradualmente a una mayor atrofia de la materia gris en el cerebro y, en consecuencia, a un mayor riesgo de deterioro de la salud cerebral.

La materia gris es una parte esencial del cerebro responsable del control de la ejecución, la actividad muscular y sensorial, así como del aprendizaje, la atención y la memoria.

No siempre conduce a enfermedad: solo aumenta el riesgo

El estudio utilizó la aleatorización mendeliana para examinar los datos genéticos de hasta 336.000 registros individuales en el Biobanco del Reino Unido, con información autoinformada y registros de hospitales y registros de defunción vinculados para conectar la demencia. Se usó los perfiles genéticos y metabólicos de los individuos para confirmar diferentes tipos de obesidad.

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Se encontró que la materia gris del cerebro en los grupos de edad media a avanzada (37-73) disminuyó en un 0.3 por ciento por cada 1 kg / m 2 adicional, lo que equivale a 3 kg adicionales de peso para una persona de estatura promedio, (173 cm)

Si bien la carga de morbilidad de la obesidad ha aumentado en las últimas cinco décadas, la naturaleza compleja de la enfermedad significa que no todas las personas obesas son metabólicamente enfermas, lo que dificulta identificar quién está en riesgo de contraer enfermedades asociadas y quién no. Con todo, ciertamente tener sobrepeso generalmente aumenta el riesgo de enfermedad cardiovascular , diabetes tipo 2 e inflamación de bajo grado.

Según un nuevo estudio dirigido por investigadores de la Universidad Estatal de Georgia y el Instituto de Tecnología de Georgia, los pacientes con COVID-19 que experimentan fiebre muestran un volumen reducido de materia gris en la red frontal-temporal del cerebro.

El estudio encontró que un menor volumen de materia gris en esta región del cerebro se asoció con un mayor nivel de discapacidad entre los pacientes con COVID-19, incluso seis meses después del alta hospitalaria.

COVID persistente

Los investigadores, que están afiliados al Centro de Investigación Traslacional en Neuroimagen y Ciencia de Datos (TReNDS), analizaron tomografías computarizadas en 120 pacientes neurológicos, incluidos 58 con COVID-19 agudo y 62 sin COVID-19, emparejados por edad, género y enfermedad. Con ello se usó un análisis de morfometría basado en fuentes, que aumenta el poder estadístico de los estudios con un tamaño de muestra moderado como este.

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El análisis mostró que los pacientes con niveles más altos de discapacidad tenían un menor volumen de materia gris en las circunvoluciones frontales superior y media incluso cuando se controlaban las enfermedades cerebrovasculares. El volumen de materia gris en esta región también se redujo significativamente en los pacientes que recibieron oxigenoterapia en comparación con los pacientes que no recibieron oxigenoterapia. Los pacientes con fiebre tuvieron una reducción significativa en el volumen de materia gris en las circunvoluciones temporales inferior y media y la circunvolución fusiforme en comparación con los pacientes sin fiebre.

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Los resultados sugieren que COVID-19 puede afectar la red frontal-temporal a través de fiebre o falta de oxígeno. Los hallazgos del estudio también demuestran que los cambios en la red frontal-temporal podrían usarse como un biomarcador para determinar el pronóstico probable de COVID-19 o evaluar las opciones de tratamiento para la enfermedad.

La materia gris es vital para procesar información en el cerebro y la anomalía de la materia gris puede afectar el funcionamiento y la comunicación de las neuronas.

Fruto de una colaboración una colaboración científica internacional, Beijing-Arizona Sky Survey (BASS) de la NAOC (Observatorios Astronómicos Nacionales de China) y el Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) ha concebido un mapa verdaderamente giganteco del universo.

Se extiende digitalmente más de 10 billones de píxeles y contiene alrededor de 2.000 millones de objetos. Las observaciones astronómicas revelan que el universo se está expandiendo y parece estar acelerándose.

10 billones de píxeles

Para crear este monstruo en forma de mapa, casi 200 investigadores de la NAOC y la DESI observaron galaxias y analizaron los datos de forma conjunta durante los últimos seis años.

Ahora, el DESI llevará a cabo una misión de cinco años para obtener los desplazamientos al rojo de millones de galaxias y construir el universo 3D más grande. De esta forma se pretende resolver el misterio la energía oscura: la materia que impulsa la expansión del universo.

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La primera fotografía de la Materia Oscura

De toda la materia del universo visible, solo un 4% es materia normal, como la materia de la que están formadas todas las cosas que conocemos. Un 23% está hecho de materia oscura (invisible), que los físicos intuyen que existe pero no saben lo que es. El 73% restante, es decir, casi toda la materia del universo, es energía oscura, que también es invisible.

The Beijing-Arizona Sky Survey (BASS) and the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) International cooperation project team jointly released the new two-dimensional sky map, paving the way for the upcoming new generation cosmological redshifts survey. (photo/BASS) pic.twitter.com/5oiCYrC6Qp

— China Science (@ChinaScience) January 14, 2021

Según un nuevo estudio, la masa de todas nuestras cosas (edificios, carreteras, coches, etc.) supera ahora a la masa de todos los seres vivos del planeta.

No es extraño que sea así si tenemos en cuenta que la cantidad de nuevo material añadido cada semana es igual a la masa total de los casi 8.000 millones de personas de la Tierra (los seres humanos constituyen aproximadamente el 0,01% de la biomasa del planeta).

Masa elaborada: crecimiento exponencial

En 1900, la masa de los materiales humanos era solo el 3% de la biomasa total de la Tierra. Desde entonces, los materiales se han duplicado aproximadamente cada 20 años.

El exceso de hormigón y asfalto comenzó durante los años de auge entre la Segunda Guerra Mundial y la crisis del petróleo de 1973, cuando los países desarrollados comenzaron a construir.

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Mientras tanto, la biomasa total disminuyó gradualmente desde 1900 debido a la deforestación y otras razones. El aumento de la masa humana está impulsado por el uso de recursos geológicos: rocas, minerales y metales.

La masa creada por el ser humano finalmente superó la biomasa viva total de la Tierra este año. El momento de esa transición depende de si la biomasa contabiliza el agua. Si se incluye el agua, la biomasa seguirá siendo más grande que los materiales humanos hasta aproximadamente 2037.

Incluso así, las comparaciones son muy llamativas: los edificios y otra infraestructura pesan más que los árboles y arbustos del mundo. Y la masa de plástico es el doble que la de todos los animales.

En mundo puede dividirse en tres clases de materia en función de su propósito: la materia muerta, la materia viva y la materia elaborada. Analicemos cuantos billones de toneladas hay de cada tipo de materia en el mundo... y descubramos que ¡hay más materia hecha de vacas que de humanos!:

La materia constituye el 31% de la cantidad total de materia y energía en el universo, y el resto consiste en energía oscura, es lo que revela una de las mediciones más precisas jamás realizadas utilizando la técnica de cúmulos de galaxias.

Los resultados de la investigación realizada por un equipo dirigido por científicos de la Universidad de California, Riverside, han sido publicados en el Astrophysical Journal.

Nuevas herramientas

Es difícil medir con precisión la masa de cualquier cúmulo de galaxias porque la mayor parte de la materia es oscura. Los telescopios se tornan inútiles. Así que se empleó una herramienta cosmológica para medir la masa de un cúmulo de galaxias utilizando las órbitas de sus galaxias miembros.

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A continuación, los los investigadores aplicaron su herramienta a las observaciones del Sloan Digital Sky Survey (SDSS) para crear "GalWCat19", un catálogo de cúmulos de galaxias disponible públicamente. Finalmente, compararon el número de grupos en su nuevo catálogo con simulaciones para determinar la cantidad total de materia en el universo.

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Una gran ventaja de utilizar nuestra técnica de órbita galáctica GalWeight fue que nuestro equipo pudo determinar una masa para cada cúmulo individualmente en lugar de depender de métodos estadísticos más indirectos. Según explica el primer autor Mohamed Abdullah, estudiante de posgrado en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California Riverside:

Para poner esa cantidad de materia en contexto, si toda la materia del universo se distribuyera uniformemente por el espacio, correspondería a una densidad de masa promedio igual a sólo unos seis átomos de hidrógeno por metro cúbico. Sin embargo, dado que sabemos que el 80% de la materia es en realidad materia oscura, en realidad, la mayor parte de esta materia no consiste en átomos de hidrógeno, sino en un tipo de materia que los cosmólogos aún no comprenden.

Suele argumentarse que la ciencia se equivoca, que la ciencia se corrige, que la ciencia, si es dogmática, no es ciencia. Esto no es del todo cierto. Todo depende, claro está, de lo que consideremos que es inamovible o dogmático.

Muchos modelos pretéritos, como los postuladores por Newton, se han descubierto no suficientemente precisos... pero continúan inamovibles en el sentido de que aún son operativos en cuerpos macroscópicos. En ese sentido, ¿los principios newotonianos son dogmáticos? Pero no puede ser de otra manera porque la realidad no va a cambiar, es como es.

De igual forma, la ciencia se autocorrige, pero lo hace en muchos avances novedosos, caminos que se abren que resultan ser improductivos. Sin embargo, la ciencia ya ha abierto senda y recorrido muchos kilómetros de caminos que nunca más se desandarán. No se van a autocorregir.

Un buen ejemplo de ello es la tabla periódica de los elementos. Mi ejemplo favorito, sin embargo, es el de los poliedros regulares.

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Los 5 poliedros regulares

La historia de la ciencia o los científicos no son lo mismo que la ciencia. La historia de la ciencia es más que ciencia, también influye en ella la política, la psicología, y otros vaivenes y caprichos que propician que la ciencia, en la práctica, no siempre sea "científica". Igualmente, los científicos son algo más que practicantes de la ciencia: son también criaturas egoístas, mentirosas, que tienden al autoengaño, sesgados, etc.

Dicho lo cual, hablemos de la ciencia, y dejemos a un lado la historia de la ciencia y los científicos. Hablemos de la ciencia en sí misma, a nivel epistemológico.

Uno de los descubrimientos más importantes. Se le atribuye a Platón. Es que sabemos que solo puede haber cinco poliedros regulares. Es un descubrimiento impresionante de la naturaleza. La demostración, entre otras, de que la naturaleza no es un caos. ¿Por qué 5 y no 7 o 8?

Es un problema de topología precioso. En 1750, Leonhard Euler escribió su teorema para poliedros (publicado posteriormente en la obra "Elementa doctrinae solidorum" en 1758), el cual indica la relación entre el número de caras, aristas y vértices de un poliedro convexo.

Esto constituye un principio morfológico de la ontología tan importante como la teoría del hilemorfismo de Aristóteles (todo cuerpo se halla constituido por dos principios esenciales, que son la materia y la forma. Como cualquier objeto material tiene una forma, la materia prima es el sustrato básico de toda la realidad. En el mundo material, la materia no puede darse sin forma y la forma no puede darse sin materia).

Un poliedro se llama regular cuando cumple las siguientes condiciones:

• Sus caras son polígonos regulares

• En cada vértice concurren el mismo número de caras.

Solo existen cinco poliedros regulares:

1. El tetraedro formado por 4 caras que son triángulos equiláteros iguales.
2. El hexaedro o cubo formado por 6 caras que son cuadrados iguales.
3. El octaedro formado por 8 caras que son triángulos equiláteros iguales.
4. El dodecaedro formado por 12 caras que son pentágonos regulares iguales.
5. El icosaedro formado por 20 caras que son triángulos equiláteros iguales.

El hecho de que hayamos descubierto cosas que son como son siempre así, que siempre serán así, que son así con independencia del lugar del universo desde que las contemplemos, que serán así para cualquier entidad extraterrestre lo suficientemente inteligente es, sencillamente, abrumador, maravilloso, excitante.

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Las verdades de la ciencia no son verdades, son humildes modelos explicativos susceptibles de ser rebatidos

Hay una cura de humildad cuando descubrimos cuán profundas y oceánicas son las lagunas de ignorancia que aún nos quedan por rellenar de conocimiento. Un conocimiento cada vez más complejo, contraintuitivo y difícil de computar incluso con por los ordenadores más poderosos. Pero también hay un empuje y una trepidación de emoción que recorre el pecho cuando descubrimos que, a pesar de todo, siendo como somos seres falibles, monos sin pelo, hemos logrado como civilización alcanzar lo más parecido a un puñado de modelos que describen lo más parecido ontológicamente a la Verdad... aunque tengamos distintas concepciones del término, como remata Pere Estupinyá en su libro A vivir la ciencia:

La palabra "verdad" conlleva discusiones eternas entre filósofos, constructivistas, científicos y cualquiera que se atreva a deliberar sobre ella. Para algunos es una entelequia, pues todas nuestras ideas e interpretaciones se construyen de manera subjetiva a partir de fragmentos inexactos de información, y por tanto no se puede estar completamente seguro de nada. Como es obvio, los científicos aceptan que ellos también son víctimas de la subjetividad, pero defienden que el empirismo y la ciencia bien hecha nos permiten acercarnos mucho más a la realidad objetiva que existe en el universo y que sí se pueden concluir bastantes certezas. Yo estoy completamente de acuerdo. La Tierra es redonda y el ADN lleva información genética porque los datos empíricos lo demuestran.

Ya se ha logrado alcanzar la temperatura más baja del universo en la Estación Espacial Internacional, en un experimento que ya os explicamos, así que ahora otro laboratorio ha optado por concebir el objeto más denso de todo nuestro planeta.

Este objeto solo ha existido durante un tiempo muy breve (menos de una mil millonésima de segundo), y consistió en comprimir muestras microscópicas de cobre a presiones de 30 millones de atmósferas.

Cobre más delgado que un cabello humano

La unidad de presión denominada atmósfera equivale a la presión que ejerce la atmósfera terrestre al nivel del mar. En el estudio citado se revelan que el cobre mantiene su estructura cristalina a presiones que van desde una atmósfera hasta más de 30 millones de atmósferas. Estas condiciones extremas triplicaron la densidad de la muestra, creando el objeto más denso del planeta por un breve momento en el tiempo.

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Éste es el dector "más aislado de todo" para detectar materia oscura

Esto ha sido posible empleando el National Ignition Facility, el mayor láser energético del mundo, por parte deinvestigadores del LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory). Los resultados han sido publicados en Physical Review Letters.

Para determinar cómo respondió la rigidez del cobre al aumento de la presión, el equipo de investigación tomó una serie de imágenes de rayos X para controlar la estructura cristalina a medida que el cobre se comprimía. También midieron cómo cambiaba la velocidad de las ondas de sonido a medida que se apretaba el cobre.

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Según explica Dayne Fratanduono, físico de LLNL y autor principal del artículo:

Generar estados de materia tan extremos requiere limitar grandes cantidades de energía en volúmenes extremadamente pequeños, lo cual logramos usando NIF, la instalación láser más grande y energética del mundo. Producir estados de materia de alta densidad de energía es fácil de lograr en la práctica, pero extremadamente difícil de medir con precisión.

La gravedad es una fuerza universal, bien lo intuyó Newton, y además de hacer lo que ya hace, para todos evidente, está detrás de otros fenómenos menos obvios, como la creación de planetas tal y como los conocemos.

La gravedad es esa fuerza que existe entre todo trozo de materia del universo y el resto de materiales. Normalmente nos resulta imperceptible con trozos pequeños, pero ésta se incrementa a medida que aumenta la cantidad de materia.

5,98 trillones de Tierra

Si notamos tanto la gravedad de la Tierra es sencillamente porque ésta es un pedazo de materia muy grande. Nada menos tiene una masa de 5,98 trillones de toneladas. Lo suficiente como para que siempre tire de nosotros hacia el suelo.

Al ser la gravedad una fuerza universal, además, ésta intenta juntar toda la colección de partículas de materia dotadas de maasa de la forma más compacta posible, siempre, por sistema. Esa forma es la esfera.

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Esto solo es posible si la materia fluye como melaza, lo que en la práctica requiere que el objeto sea comprimido con gran fuerza por su propia gravedad. Por eso no solo hay planetas en forma de esfera, sino que es más fácil que haya planetas con esta forma si son de hielo, tal y como lo explica Marcus Chown en su libro Gravedad:

Y puesto que es más fácil comprimir el hielo que la piedra, el umbral de masa es diferente para un cuerpo de hielo que para otro compuesto de piedra. En nuestro Sistema Solar, todos los cuerpos gélidos con un diámetro superior a 600 kilómetros son redondos, mientras que los que no alcanzan ese diámetro son amorfos. En el caso de kos objetos rocosos, el umbra se sitía en torno a los 400 kilómetros.