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El azar y la necesidad (I)

10 abril, 2013

3d human with a red question markUno de los recuerdos que conservo desde la más temprana infancia consiste en la frustración que me producía la invariable respuesta de mi madre a muchos de mis “porqués“.

Si preguntaba por qué tenía que ponerme los zapatos y no las playeras, por qué debía merendar aunque no tuviera hambre (o fuera más interesante seguir jugando), por qué había que permanecer sentado durante toda la comida o cualquier otra protesta similar, mi madre espetaba un categórico “porque así tiene que ser“.

En caso de que mi curiosidad (y mi osadía) fueran un poco más allá con un “¿y por qué tiene que ser así?“, mi madre hacía gala de su intachable retórica para zanjar con un rotundo “porque lo digo yo“.

Tal despliegue argumental dejaba en mí una conclusión muy clara: una gran parte de mi vida dependía exclusivamente de los volubles caprichos de mi madre.

No se si por ello o por otras muchas circunstancias que me han influido a lo largo de la vida, odio terriblemente los “esto es así por que lo digo yo” o el equivalente que ahora estoy más acostumbrado a escuchar, lejos ya de las tajantes pero educadas expresiones de mi progenitora: “porque me sale a mí de los cojones“.

Los años también me hicieron comprender otra cosa: el error didáctico de la frase “esto es así porque lo digo yo” no se encuentra en la primera parte de la oración, sino en la segunda. Hay cosas que son de determinada manera invariablemente. Hay procesos que carecen prácticamente de variabilidad. Hay cosas que “deben ser así” por diversas causas, pero nunca por los caprichos de ninguna madre, padre, deidad o amigo imaginario.

caprichoEl gran problema de no preguntarnos el porqué de las cosas o aceptar que son de determinada forma porque así lo han sido siempre, es que resulta muy fácil extrapolar mi razonamiento de tierno infante: los planetas son esféricos porque así lo dictó cierto creador, eligiendo por mero capricho la forma geométrica que más le agradaba. Las membranas celulares están formadas por una bicapa lipídica en lugar de por un film plástico con microporos porque así  le petó a otro diseñador altamente imaginativo. No creo que a ninguno de nuestros lectores se les escape hacia donde se dirige este razonamiento si seguimos explotándolo.

El argumento analfabeto y oscurantista zanja la cuestión con la misma brusquedad que mi querida madre: si la forma de los planetas fuera al azar, sujeta únicamente a fenómenos naturales, los habría de todas las formas posibles. Por las mismas, si la membrana plasmática fuera consecuencia de una concatenación de casualidades, tendríamos docenas de modelos funcionales diferentes, de forma semejante a los resultados de lanzar un elevado número de dados. La redondez y las bicapas universales son el equivalente de obtener siempre un seis, tiremos el dado una o un millón de veces; algo imposible de imaginar sin la manipulación de un ser  inteligente.

Por supuesto, nada más lejos de la realidad. Al igual que en la frase de mi madre, el razonamiento cojea en su segunda parte: los planetas son siempre redondos, tienen que ser redondos, pero no es por capricho.

Pelotas espaciales

Los ocho planetas de nuestro Sistema Solar,  todos los planetas enanos y un buen número de lunas y asteroides son esféricos o cuasiesféricos. Según va disminuyendo el tamaño y la masa, esta tendencia desaparece, y encontramos cuerpos orbitales totalmente irregulares y variables, como las lunas de Marte: Fobos y Deimos.

Planetas, planetas enanos, lunas y asteroides esféricos (izquierda) y algunos asteroides irregulares (derecha)

Planetas, planetas enanos, lunas y asteroides esféricos (izquierda) y algunos asteroides irregulares (derecha)

Y así tiene que ser. No hay, ni puede haber, planetas cúbicos o piramidales. Sin embargo, no es por capricho, ni porque el universo tienda a la belleza o esté construido pensando en la perfección. Es así, pero no por narices, sino por la gravedad.

La formación de un planeta en los comienzos de un sistema solar se produce a partir de la agregación de granos de polvo que colisionan y permanecen unidos para formar cuerpos cada vez más grandes, parecidos a los asteroides, y denominados planetesimales. Al alcanzar un tamaño suficiente (entre 1 y 5 km), su masa permitiría la atracción entre ellos debido a la gravedad, aumentando progresivamente el tamaño del protoplaneta. En un disco planetario plagado de estos cuerpos, las colisiones serían muy frecuentes; aquellas de una gran violencia producirían la destrucción de ambas rocas, pero colisiones a baja velocidad o producidas en cuerpos de tamaños considerable, permitirían que en lugar de producirse la desintegración, el crecimiento continuara. A este proceso se le denomina acreción, y hoy se piensa que fue el mecanismo principal de formación de los planetas.

A partir de una masa crítica, la presión producida por la gravedad, así como la energía liberada por la colisión con otros cuerpos menores, provocará que el material rocoso se fundiera y el protoplaneta adquiriera una naturaleza fluida. En ese momento, entran en juego dos fuerzas clave para explicar la forma esférica del futuro planeta: por un lado, la energía del material fundido produce una presión que tiende a la expansión, mientras que la fuerza de la gravedad empuja en sentido contrario, tendiendo a acumular el material hacia el centro. Ambas solamente pueden encontrar el equilibrio (sin movimientos netos verticales) cuando el cuerpo adquiere una forma esférica, de tal forma que en todos los puntos se alcanza la misma intensidad en ambas fuerzas, al encontrarse a la misma distancia del centro del sistema. Al enfriarse y solidificarse, el planeta conservará esta forma.

No obstante, existe una tercera fuerza en discordia: la centrífuga producida por la rotación. Esto hace que la mayor parte de los planetas no sean totalmente esféricos, sino que presenten un mayor diámetro en el eje perpendicular al de rotación, lo que se conoce como “achatamiento de los polos”.

La esfera, una forma insistente

Sin embargo, no es necesario que un cuerpo alcance la fase de fluido y el equilibrio hidrostático para que adquiera forma redonda. A partir de cierto tamaño, la propia gravedad se basta para dotar al objeto de una forma esferoidal. Un cuerpo lo suficientemente grande no puede mantener irregularidades desmesuradas. Pensemos en una montaña en la Tierra: su altura se mantiene gracias a la fuerza de cohesión del material que la forma, en constante lucha contra la fuerza de la gravedad que empuja este material hacia el centro del planeta. Por ello decimos que el material que conforma la montaña presenta una energía potencial directamente proporcional a la altura a la que se encuentra.

Alcanzado cierto tamaño, la fuerza gravitatoria es mayor que la de cohesión y la montaña se derrumba. Así pues, las elevaciones tienen un límite que depende del tamaño del planeta. En nuestro Sistema Solar, la máxima altura de una montaña es la del Monte Olimpo en Marte, que con sus nada despreciables 25 kilómetros de altura apenas representa un 0,7% del radio marciano.

Esta es la causa de que  en los planetas no existan irregularidades que puedan compararse a escala con los que encontramos en los asteroides de pequeño tamaño, dado que este juego de fuerzas hace que un cuerpo lo suficientemente grande tienda a adquirir una forma esférica, que es la única en la que todas las partículas de la superficie se encuentran a la misma distancia del centro del sistema, siendo por lo tanto su energía potencial igual a cero.

Al fin y al cabo, mi querida madre llevaba razón: los planetas son redondos porque así tienen que ser, pero no porque lo diga ella…

[El caso de la membrana plasmática sensu madre lo abordaremos en la próxima entrega, que esto está quedando demasiado largo…]

 

TIERRA

Bueno, dije “cuasiesférica”


  1. 10 abril, 2013 en 8:40

    Sobre este tema, recomiendo este artículo mío publicado en Investigación y Ciencia hace poco:
    http://abordodelottoneurath.blogspot.com.es/2013/04/puede-la-ciencia-explicarlo-todo.html

  2. Masklin
    10 abril, 2013 en 8:43

    J.M. Comparto contigo la misma frustración de mi etapa “¿Por qué?”. Hoy en día la considero una de las etapas infantiles más importantes.

    Cuando me encuentro en estos casos siempre respondo pero no contestando directamente a la pregunta. Lanzo preguntas al niñ@ complementando sus posibles lagunas de conocimiento para que le lleven a la respuesta y, lo más importante, a razonar por sí mism@ y al pensamiento crítico. Los resultados son sorprendentes.

  3. 10 abril, 2013 en 9:12

    Muy bueno J.M., permiteme solo un pequeño comentario de fisico gafotas repelente:

    Esta es la causa de que en los planetas no existan irregularidades que puedan compararse a escala con los que encontramos en los asteroides de pequeño tamaño, dado que este juego de fuerzas hace que un cuerpo lo suficientemente grande tienda a adquirir una forma esférica, que es la única en la que todas las partículas de la superficie se encuentran a la misma distancia del centro del sistema, siendo por lo tanto su energía potencial igual a cero.

    En realidad la energia potencial de las particulas de una esfera no es 0 sino minima.

  4. Nanowires
    10 abril, 2013 en 9:26

    Lo único malo que encuentro a buscar ese “¿por que?” a todo, es que tu novia no comparta esa necesidad…

    -¿Porque saldrán más pelusas en un suelo de parque que en otro de baldosas?
    -¡Quieres coger la escoba y callarte de una vez!

    La curiosidad es necesaria para todo…

  5. Mirneth
    11 abril, 2013 en 21:28

    He colgado esto hace nada y no funcionó… a ver si ahora:
    Aún me río con lo de las baldosas, en respuesta a tu curiosidad una amiga geóloga dice:

    “Porque la arcilla está a menos temperatura debido a la porosidad de ésta, y por tanto condensa el vapor de agua atmosférico justo a la altura del suelo y las pelusas se quedan pegadas a la baldosa
    mientras que en el parqué las pelusas ruedan y se hacen más grandes.”

    Así en medio minuto y sin pensar mucho…

    pongo también una experiencia de cosecha propia: (verano en la Costa Brava)
    – Cariño… ¿Por qué tengo que guardar estas sobras de paella en la nevera para mañana? me da pereza…
    – Ya lo descubrirás, ya… estás hecha toda una científica.
    Sé que fui malvado… El día siguiente yo no comí en casa, adivinen quién tuvo problemas intestinales…

  6. Cronopio
    11 abril, 2013 en 22:36

    Nanowires :
    Lo único malo que encuentro a buscar ese “¿por que?” a todo, es que tu novia no comparta esa necesidad…
    -¿Porque saldrán más pelusas en un suelo de parque que en otro de baldosas?
    -¡Quieres coger la escoba y callarte de una vez!
    La curiosidad es necesaria para todo…

    1 por el coeficiente de rozamiento: al ser menor en el parqué, las pequeñas corrientes de aire hacen que el recorrido de las partículas de polvo y fibra sea mayor y se provoque el efecto “bola de nieve” con mayor facilidad.
    2 por el aislamiento electrostático, en el parqué las partículas acrecientan sus cargas electrostáticas fromando pelusas más esponjosas y voluminosas.
    3 por la contribución del desgaste propio del material constructivo, mayor y de partículas más ligeras en el parqué que en las baldosas.
    4 por ilusión óptica. La misma cantidad de polvo se ve mucho más en una superficie de parqué que en un embaldosado ( salvo que cometas el error de tener un suelo embaldosado negro acharolado… o comprarte un coche negro).
    (Unpublished data de mi tesis “Influencia de la intensidad del flujo de neutrinos en la morfogénesis de la pelusa bajo-camera: Una aproximación cuántica)

    Consejo práctico: huye de la escoba. Mejor la mopa de microfibra.

  7. Nanowires
    12 abril, 2013 en 6:46

    Cronopio :
    4 por ilusión óptica. La misma cantidad de polvo se ve mucho más en una superficie de parqué que en un embaldosado ( salvo que cometas el error de tener un suelo embaldosado negro acharolado… o comprarte un coche negro).

    Seguramente la que tenga más peso de todas sea esta, a parte del hecho de que el pasillo es más de pasar rápidamente, contribuyendo con tu movimiento al agrupamiento de de las pelusas, mientras que la cocina es más de estar quieto o andando

    Cronopio :
    Consejo práctico: huye de la escoba. Mejor la mopa de microfibra.

    Pero no la des ideas!

  8. Jon
    15 abril, 2013 en 2:14

    Excelente artículo, pero sólo apuntar una cosa: la fuerza centrífuga no existe en realidad, es una fuerza ficticia o virtual que se introduce en los sistemas de referencia no inerciales para que se cumplan las leyes de Newton; lo que sí existe y es una fuerza real es la centrípeta.

    Saludos cordiales y enhorabuena por el blog.

  9. Miguel
    25 abril, 2013 en 3:24

    Muy interesante el artículo.
    Sólo propondría que quitases la imagen final del artículo, porque, si no me equivoco en lo que representa, induce a confusión. Creo que es una imagen de las anomalías del campo gravitorio captadas por el satélite GOCE. Si es así no representaría la forma de la superficie terrestre sino la variación del campo gravitatorio en cada punto de la misma, algo que no tiene que ver necesariamente con la forma (según la imagen Indonesia estaría mucho más elevado que el Himalaya, por ejemplo).

    Si tengo razón en lo que apunto, el rango de variación entre las zonas azules y rojas sería de -50 a 50 miligals (o lo que es lo mismo de -0.0005 a 0.0005 m/s^2 respecto del valor estimado, considerando la variación del radio terrestre).

    Una imagen de las tomadas desde la ISS sería mucho más acertada… aunque en esas no se aprecia diferencia en las curvaturas…………..
    No soy ningún experto en el tema, así que si me equivoco, perdonen ustedes jeje.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Gal_%28unidad%29

  10. J.M.
    25 abril, 2013 en 7:17

    Jeje, hay que ver como hilan de fino nuestros lectores. Efectivamente, MIguel, las variaciones en el campo gravitatorio no son exclusivamente debidas a la forma, sino también a las diferencias de densidad, la estructura geológica, la topografía y la latitud. Como puede suponerse además, la escala de las variaciones en la imagen está sobredimensionada para su mejor apreciación.

    A escala real, estas variaciones son tan pequeñas, que en una imagen sin tratar resultan inapreciables (las que estamos acostumbrados a ver de una Tierra perfectamente redonda).

    Saludos.

  1. 10 abril, 2013 en 7:00
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