¿Cuáles fueron los cimientos del universo?

¿Cuáles fueron los cimientos del universo?

Neall Machado

Pontificia Universidad Católica del Ecuador-Carrera de Biología

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El Hidrógeno el elemento primigenio de la materia

“Hidrógeno, helio, litio y berilio, son los bloques del universo visible” Neil deGrasse Tyson.

El hidrógeno jugo un papel principal en uno de los mayores descubrimientos de la astrofísica del siglo XX. Cuando se averiguó que era uno de los elementos más abundantes del universo, solo seguido por el helio. Conformando casi el 90% de la materia bariónica (la materia que interacciona con las ondas electromagnéticas).

Pero este elemento en estado puro no es estable aquí en la Tierra ya que, al ponerse en contacto con el oxígeno, tiende a arder y produce agua, esta es la razón por la que en la tierra no hay hidrógeno puro y representa solo el 26%, ocupando el segundo puesto de los gases que conforman el aire. Por ser tan ligero sube a las capas de la atmósfera y escapa al espacio. También es el responsable de que el hielo flote haciendo que su densidad disminuya, por esta razón el agua es la única sustancia menos densa en estado sólido. Sin embargo, al hablar de una escala universal este gas se vuelve la materia más abundante del cosmos (Tyson, 2014)

La razón de su abundancia en nuestro universo tiene relación directa con los átomos de este elemento, que son los más sencillos de todo el cosmos; se componen de 1 electrón que órbita su corteza y 1 protón en su núcleo. Solo consta de tres isotopos naturales el protio (núcleo con 1 protón), el deuterio (núcleo con protón y neutrón) y el tritio (núcleo con 1 protón y 2 neutrones). Que este gas sea ligero es el motivo de que al inflar un globo con hidrógeno este flotara, debido a que el aire que es una mezcla heterogénea (conformado por oxígeno, nitrógeno etc.) será más “pesado”. En la tierra los elementos más comunes son el oxígeno, silicio, aluminio y el hierro, ocupando el hidrógeno el décimo puesto (Carl R, 2001)

Al mencionar los elementos más abundantes de nuestro cuerpo el oxígeno se encuentra en mayor cantidad, seguido del carbono y del hidrógeno en el tercer puesto, este elemento se encuentra presente en los tres grupos de macronutrientes (grasas, carbohidratos y proteínas). Desempeña grandes funciones como por ejemplo los famosos puentes de hidrógeno que contribuyen a la forma helicoidal que tiene el DNA, también ayuda a mantener un pH normal en los órganos. Según Albert Szent-Györggyi, la versatilidad del hidrógeno es lo que lo hace el combustible indispensable para la vida. A nivel industrial también es bastante utilizado a pesar de ser altamente inflamable, el hecho de que se bastante reactivo lo vuelve peligroso.

  • Abundante y peligroso

El caso de Hindenburg fue un accidente que ocurrió en Estados Unidos el 6 de mayo de 1937, en donde un dirigible alemán tipo zeppelín (dirigible aerostático o autopropulsado), se incendió en pleno intento de aterrizaje, con un costo de 35 muertes. La electricidad estática fue la responsable del incendio debido a que el exceso de carga resulta ser un riesgo potencial de fuego.

Las bombas H son otro ejemplo de lo volátil que es el hidrógeno y de cómo su uso puede ser mal utilizado. Su alto nivel de devastación se debe a las fuerzas internas del átomo más específicamente la fuerza nuclear fuerte (una de las cuatro fuerzas fundamentales que mantiene unido al átomo), teniendo el potencial de acabar con toda la vida sobre la Tierra. (Kaku, 2007)

  • ¿Cómo se descubrió el hidrógeno?

El inglés Henry Cavendish fue quien descubrió el hidrógeno, al darse cuenta que era un gas distinto y no un tipo de aire. Consiguió liberar este elemento del ácido sulfúrico al disolver el metal, más tarde confirmo que se volvería agua al calentarse. Posteriormente Antoine Lavoisier seria el que le pondría su respectivo nombre.

  • El hidrógeno en el universo y en el Big Bang

Su simpleza es la razón de que sea el primer elemento que se formó del big bang, junto con el helio, que empezó a condensarse en grandes nubes de gas dando lugar a las primeras estrellas, galaxia, etc. El resto de elementos químicos se encuentran en menor cantidad.

Cecilia Payne sería la primera persona en comprender que de la composición química del universo el 99% de los átomos eran de hidrógeno. Pese a esto solo ocupa el 73, 4% de la masa total del cosmos, debido a que sus átomos son también los más ligeros.

Un universo compuesto de las mismas cosas

  • ¿Cómo se sabe de qué está compuesto el universo?

Como la longitud de onda del sonido determina el tono que escuchamos, la longitud de onda de la luz determinara el color que vemos. Mediante espectroscopios que se conectan a telescopios ponentes de teodolito (instrumento de medición óptica que permite medir ángulos horizontales y verticales), se puede saber la descomposición química de la luz por las líneas de Fraunhofer, teniendo la capacidad de poder deducir de lo que están compuestos los astros sin importar que se encuentran a enormes distancias (Teyson, 2014)

Esto se da debido a las mismas propiedades que tiene un prisma separando los colores del haz de luz solar. A diferencia del espacio o el aire en donde las longitudes de onda viajan a la misma velocidad, al golpear un cristal en ángulo la luz se desacelera y cambia de dirección, por tal motivo en el prisma cada color se mueva a una velocidad distinta.

  • ¿Porque los objetos tienen colores?

El color es la forma en que los ojos pueden percibir cuan energética es la luz. Los seres vivos podemos percibir algunos colores de acuerdo a nuestras necesidades biológicas. Pero los humanos vamos más halla y lo relacionamos con las emociones que nos inspiran porque dentro de nuestro cuerpo algo reacciona ante una diferencia particular de la frecuencia y energía de las ondas de luz.

Las diferentes longitudes de la luz solar llegan desde nuestra estrella hasta la tierra, los objetos absorben colores y emiten longitudes de ondas opuestas. Las rosas por ejemplo absorben todas las longitudes de onda azules tanto de baja y de alta energía, pero sus pétalos reflejan las longitudes de onda rojas más largas y de energía más baja.

  • El principio de Exclusión de Pulí y el reino de la cuántica

En el átomo los electrones pueden saltar de un nivel energético y reaparecer en otro, sin embargo, no pueden escoger cualquier órbita que quieran, están restringidos a órbitas con solo ciertas energías. El tamaño de las órbitas de estos fermiones (partículas de espín semi entero) es estrictamente diferente y estará limitada para los átomos de cada uno de los elementos químicos. Este es el principio de exclusión de Pauli (no puede haber ala vez dos electrones en el mismo lugar y con el mismo estado cuántico) y la razón de que los elementos sean diferentes. La química de todas las cosas está determinada por las órbitas de sus electrones sostenida por la fuerza eléctrica (Santaolalla, 2018).

El electrón de un átomo de hidrógeno ondulara alrededor de su núcleo central, dando saltos cuánticos de una órbita a la otra, mientras mas grande es la órbita más carga tendrá la partícula, el electrón deberá tener energía para saltar a una órbita más grande, y la debe perder para volver a bajar. Cada uno de los saltos a un nivel de energía superior es provocado por un átomo que absorbe luz, en cambio el que se den saltos a órbitas inferiores sigue siendo un misterio, pero da como resultado una onda de luz, que coincide con la diferencia de energía entre los orbitales.

  • El espectro de Fraunhofer y las “huellas dactilares” de cada elemento

El hecho de ver el espectro de luz visible magnificado por un telescopio, permite observar como el electrón ondula dentro del átomo, cuando el electrón cae a un orbital más bajo, la onda de luz que emite se separa, la mayoría de esta no se visualizara, por esta razón se formara una brecha negra en el espectro luz. Estas rectas oscuras serán sombras proyectadas por los átomos de hidrógeno en la atmósfera solar, “átomos de distintos elementos proyectarán sombras diferentes” Neil deGrasse Tyson.

 

Resultado de imagen para espectro de luz en una galaxia

Imagen relacionada

Hidrógeno y la astrofísica del siglo XX

Cuando se observa una estrella con un espectroscopio, se ven las líneas oscuras que nos permiten saber todos los elementos que tiene en su atmosfera, las medidas de las propiedades de luz que nos da ya sea terrestre o de un objeto distante nos permite saber de qué está hecho. “Las líneas de Fraunhofer son las firmas atómicas de los elementos a gran escala a lo largo del cosmos” Neil deGrasse Tyson.

Mediante estas líneas espectrales se confirmó que toda la materia barionica está conformada de los mismos elementos, los planetas, galaxias estrella, agujeros negros, usted y yo, la vida misma, estamos hechos del mismo material estelar, “somos polvo de estrellas” Carl Sagan. También nos permitió conocer su distancia con respecto a la nuestra, y por lo tanto que el universo se está expandiendo además del descubrimiento de una nueva materia oscura que no se puede ver.

Bibliografía

  • Kaku, M. (2007). Hiperespacio. Barcelona: Critica.
  • Hydrogen. (s.f.). Recuperado el 14 de octubre de 2019 de: Scienceclarified.com
  • La importancia del hidrogeno.Importancia.org.14/10/2019.https://www.importancia.org/hidrogeno.php
  • Steven H, Livia H. (Productors). (2014). Cosmos a spacetime odysses. [serie de televisión]. 20th Televisio, EU.: Twentieth Century Fox, National Geohgraphic
  • Sherwood C. (13 de junio de 2017). How is hydrogen used in the body? En: livestrong.com
  • Carl R. (2001). Abundancia de elementos en la corteza terrestre. En: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/Tables/elabund.html
  • Javier S. [Date un Vlog]. (2018, septiembre 26). Una de las propiedades más locas de la cuántica. Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=vKCZPcqLr7w&t=328s

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