Emmett Chappelle

Emmet Chappelle fue un científico americano nacido en 1925 en Estados Unidos que trabajó en los campos de la medicina, la ciencia de los alimentos y la astroquímica.

Asistió al instituto Phoenix Union Colored High School en la ciudad de Phoenix (Arizona), donde se graduó en 1942. En el mismo año, se alistó en el ejército y aprovechó su estancia en el mismo para tomar algunos cursos de ingeniería. En 1946 volvió a Estados Unidos y se matriculó en Phoenix College para estudiar Ingeniería Eléctrica.

En 1950 se graduó en Bioquímica en la Universidad de Berkeley (California) y en los años posteriores obtuvo un Máster en Bioquímica en la Universidad de Washington (Washington). Entre 1955 y 1958 trabajó como investigador asociado en la Universidad Stanford.

En 1958, Chappelle se incorporó al Instituto de Investigación de Baltimore, donde realizó uno de sus mayores descubrimientos: la confirmación de que los organismos celulares son fotosintéticos (es decir, capaces de transformar energía lumínica en energía química, convirtiendo dióxido de carbono en oxígeno, al contrario que los seres humanos). Esto ayudó en la creación para astronautas en el espacio de un ambiente con oxígeno que se renueva de forma constante gracias a la actividad de las algas.

En 1966 se incorporó a la NASA como exobiólogo y astroquímico. En los años siguientes trabajó en la Nave “Viking” y colaboró en el desarrollo de instrumentos dirigidos al estudio del suelo en Marte.

Sin embargo, Chappelle es principalmente reconocido por su trabajo en bioluminiscencia (proceso por el que ciertos microorganismos son capaces de producir luz). Por medio de la enzima luciferasa y el compuesto luciferina elaboró un método para detectar la presencia de ATP (Adenosín Trifosfato), compuesto orgánico presente en todos los seres vivos, con el fin de utilizarlo en la búsqueda de vida extraterrestre.

Además, es responsable del descubrimiento que demostró la posibilidad de contar bacterias atendiendo a la cantidad de luz proyectada por las mismas, lo que permitió a los médicos detectar infecciones a partir de reducidos grupos de bacterias, y de la fluorescencia inducida por laser para determinar la salud de las plantas midiendo la fotosíntesis de los cultivos, lo que permitió el estudio de aspectos como las tasas de crecimiento o los períodos de cosechas. Se jubiló en 2001.

Chapelle perteneció a lo largo de su vida a varias asociaciones, como son la Sociedad Americana de Química, la Sociedad Americana de Bioquímica y Biología Molecular y la Sociedad Americana de Microbiología.

En 2007 su nombre fue incluido en el Salón de la Fama Nacional de Inventores. Murió en 2019.

La Teoría de Ramsey

La Teoría de Ramsey, que recibió el nombre del filósofo y matemático británico Frank Plumpton Ramsey, es una rama científica que estudia, básicamente, las condiciones requeridas para la aparición del orden. En otras palabras, trata de determinar, a partir de la construcción de una estructura matemática y su posterior división en elementos, cuántos de ellos debe contener la misma para garantizar la existencia de una propiedad particular.

La Teoría de Ramsey consta de dos teoremas clave: el Teorema de Van der Waerden’s y el Teorema de Hales-Jewett.

El Teorema de Van der Waerden’s establece que para cualquier par de números enteros positivos “r” y “k” existe un número “N” tal que si los enteros desde 1 hasta “N” son coloreados con “r” diferentes colores, entonces hay al menos “k” enteros en progresión aritmética (secuencia númerica en la que la diferencia entre términos consecutivos es constante) del mismo color.

El Teorema de Hales-Jewett afirma por su parte que para cualquier par de números enteros positivos “n” y “c”, hay un número “H” tal que si las celdas de un cubo con “H” dimensiones “n”x“n”x“n”...x“n” son coloreadas con “c” colores, debe haber una fila, columna o diagonal de longitud “n” cuya totalidad de celdas sean del mismo color.

El color de las imágenes astronómicas

Si hay algo común a todas las imágenes tomadas del universo es la extraordinaria belleza de sus colores. ¿Pero te has preguntado alguna vez si estos colores son o no “reales”, es decir, si los veríamos de la misma forma en directo con nuestro propios ojos o si han sido modificados para que los veamos así cuando observamos una fotografía, por ejemplo, de una nebulosa o de una galaxia?

Respondiendo a la pregunta, los colores son efectivamente reales, pero hay cierta complejidad en ello. Curiosamente, las cámaras que se utilizan para fotografiar el universo funcionan en escala de grises, lo que les confiere una sensibilidad mucho mayor a la de las cámaras en color a las que en la actualidad estamos acostumbrados en nuestra vida diaria.

Los astrónomos utilizan filtros de diferentes colores para captar una parte concreta de la luz que nos llega de los cuerpos celestes, de manera que codificando distintas tomas con varios colores, obtenemos una imagen como la mostrada a continuación, en la que se observa una región que albergó la formación de una nueva estrella en la constelación “Cygnus”, tomada por el Telescopio Espacial Hubble en 2011.

No obstante, también existe la posibilidad de recurrir a radiaciones que nuestros ojos no tienen capacidad de ver, como la luz ultravioleta o la infrarroja, lo que da lugar a imágenes como la siguiente, tomada en 2012 por el Telescopio Galaxy Evolution Explorer mediante luz ultravioleta, que jamás podríamos ver de forma natural. En ella se muestra el conocido como “Bucle de Cygnus”, en la misma constelación de la primera imagen, una nebulosa formada por los restos de una supernova (es decir, la explosión de una estrella).

Aunque parezca algo de importancia meramente estética, lo cierto es que los colores son de gran ayuda para los astrónomos en el estudio de las propiedades físicas y químicas de diferentes cuerpos como estrellas, nebulosas o galaxias a través de la utilización de filtros específicos que dejan pasar únicamente la luz emitida por un elemento químico en concreto como el oxígeno, el hidrógeno o el azufre. De esta forma, los astrónomos son capaces de distinguir, por ejemplo, las estrellas jóvenes de las viejas, o las galaxias con mayor número de unas o de otras.

Emmy Noether

Emmy Amalie Noether nació en Erlangen (Alemania) en 1882. En 1900 recibió un certificado que la convirtió en profesora de idiomas, pero su interés en las matemáticas la llevó a acudir a las clases que su padre, Max Noether, impartía en la Universidad de Erlangen. No obstante, su condición de mujer le imposibilitó matricularse, por lo que tuvo que asistir como oyente.

En 1908, Noether empezó a trabajar en el Instituto de Matemáticas de Erlangen, donde se doctoró y colaboró con el famoso matemático Ernst Otto Fischer, dando comienzo a su trabajo en álgebra teórica. En 1915, se trasladó al Instituto de Matemáticas de Göttingen, donde supervisó varios doctorados y trabajó en las ecuaciones de la Teoría de la Relatividad General de Einstein y en la demostración de varios teoremas, uno de los cuales pasó a ser conocido como “Teorema de Noether”. Dicho Teorema trataba fundamentalmente la razón por la que existen leyes de conservación y magnitudes físicas que no cambian en la evolución temporal de un sistema físico.

Tras varios años solicitando un puesto como investigadora y docente titular en la facultad, en 1922 fue nombrada profesora adjunta. A lo largo de la siguiente década, Noether desarrolló varios estudios en el campo del álgebra abstracta sobre temas tan destacados como la teoría de grupo, la teoría de anillos, grupos representativos y la teoría de números.

Entre 1928 y 1929 impartió clases en la Universidad de Moscú y en 1932 participó con una disertación en el Congreso Internacional de Matemáticas celebrado en Zurich. En el mismo año, le fue concedido el premio “Ackermann-Teubner Memorial Award”.

El ambiente que siguió al ascenso al poder del Partido Nazi forzó a Noether, de familia judía, a emigrar a Estados Unidos, donde fue nombrada profesora invitada en Bryn Mawr College y realizó varias conferencias en el Instituto de Estudios Avanzados de la Universidad de Princeton. Murió en 1935 tras una cirugía por complicaciones postoperatorias.

Personalidades tan famosas como Albert Einstein o David Hilbert reconocieron en sus escritos en numerosas ocasiones sus inestimables aportaciones más allá de las propias publicaciones, que ayudaron a iniciar nuevas líneas de investigación en campos separados de su trabajo habitual.

En la actualidad, sus contribuciones a las matemáticas se ven reflejadas en numerosos elementos y conceptos en la disciplina que llevan su nombre, como son los grupos noetherianos, los módulos noetherianos o los espacios topológicos noetherianos.

Nathan Rosen

Nathan Rosen fue un físico americano-israelí nacido en Nueva York en 1909. Completó sus estudios en Ingeniería Electromecánica en 1929 en el MIT (Massachusetts Institute of Technology), donde también obtuvo un doctorado en Física en 1932.

En 1932 realizó un período de investigación en la Universidad de Princeton (Nueva Jersey), donde además trabajó como asistente de Albert Einstein en el Instituto de Estudios Avanzados entre 1934 y 1936. En 1935 publicó un artículo junto a Einstein sobre el plegamiento del espacio-tiempo en una estructura en forma de “túnel” o “puente”, conectando dos puntos en el universo muy alejados entre sí, lo que más tarde se conocería como “agujero de gusano”, sobre el que se habló en la entrada de la semana pasada.

Trabajando con Einstein y el físico ruso-americano Boris Podolsky, Rosen colaboró en la publicación de un artículo en 1935 sobre lo que se conoce como “Paradoja Einstein-Podolsky-Rosen Paradox” o simplemente “Paradoja EPR”, un experimento mental que puso de manifiesto un supuesto problema en la explicación de la realidad física a través de la mecánica cuántica.

Entre 1936 y 1938 trabajó como profesor en la Universidad de Kiev y entre 1941 y 1952 en la Universidad de Carolina del Norte. En 1947 Rosen publicó un nuevo artículo junto a Einstein, “Sobre las ondas gravitacionales”, una vez más sobre el plegamiento del espacio-tiempo.

En 1952, Rosen fue contratado como profesor e investigador en el Instituto Tecnológico de Israel (en Haifa, una ciudad en el norte del país). Entre 1955 y 1957 fue presidente de la Sociedad de Física de Israel, que ayudó a fundar. En 1961 colaboró además en la fundación de la Academia Israelí de Ciencias y Humanidades en Jerusalén y entre 1974 y 1977 presidió la Sociedad Internacional de Relatividad General y Gravitación. Se jubiló en 1977, pero continuó trabajando dando clases y realizando investigaciones durante algunos años. Falleció en 1995.

Las plantas de resurrección en la lucha contra el crecimiento poblacional y el cambio climático

Durante gran parte de nuestra historia, la población humana se ha mantenido estable salvo algunos cambios en prolongados períodos de tiempo. Sin embargo, en los últimos siglos los avances científicos y tecnólogicos han permitido un crecimiento exponencial que a principios del S.XIX permitió alcanzar por primera vez las 1.000 millones de personas. Este número se duplicó a finales del primer tercio del S.XX, habiéndose multiplicado casi por cuatro en poco menos de un siglo.

Las predicciones con respecto a este aumento de población son diversas: hay quienes defienden que los números se habrán estabilizado para mediados de siglo en una población próxima a la actual, algo menos de 8.000 millones de personas, mientras que otros piensan que seguirán aumentando hasta superar los 10.000 millones sobre 2050.

En este contexto, una de las principales problemáticas que se plantean es la falta de recursos para alimentar a tal población, especialmente si tenemos en cuenta el aumento de zonas áridas a consecuencia del cambio climático.

Algunos científicos, como la profesora sudafricana Jill Farrant, creen que la clave se encuentra en las conocidas como “plantas de resurrección”, que reciben este nombre debido a que pueden perder hasta un 95% del agua celular y sobrevivir a condiciones extremas como las que se dan en las sequías durante meses o incluso años, de forma que al recibir agua vuelven a crecer en un corto período de tiempo.

Según Farrant, que habló de esta problemática en una charla TED en diciembre de 2015, hoy en día se conocen 135 especies de plantas con flores con esta capacidad. Estudiando los mecanismos utilizados por estas plantas, se ha encontrado viabilidad en la modificación genética (lo que sería simplemente “añadir” en cultivos como el trigo, el arroz o el maíz, que constituyen el 95% de nuestra alimentación de procedencia vegetal, genes de las “plantas de resurrección”).

De esta forma, se lograría paliar en cierta medida la falta de alimentos que se prevee venga asociada al incremento poblacional, fomentando además una disminución en el gasto de agua, casi tres cuartas partes del cual se requiere para su uso en la agricultura actual.

La velocidad de la luz y los viajes interestelares

Como es ampliamente sabido, la velocidad de la luz es la mayor en el universo. Nada puede superar sus 299.792 km/s, lo cual plantea un serio problema de cara a los viajes interestelares tantas veces imaginados por el ser humano. Incluso aunque se lograra alcanzar esta velocidad, lo que se aleja mucho de nuestra capacidad tecnológica actual (hasta la fecha, el récord de velocidad en un vuelo espacial tripulado se encuentra en poco más de 11 km/s), las distancias en el universo son tan grandes que harían casi cualquier desplazamiento inviable en el transcurso de una vida humana.

Para hacerse una idea, el sistema estelar más cercano a nosotros, Alfa Centauri, se encuentra a 4,37 años luz de la Tierra. La galaxia más cercana a la nuestra, denominada “Enana del Can Mayor”, se sitúa a 25.000 años luz. Sin salir del Grupo Local de galaxias en el que se encuentra la Vía Láctea, la más lejana de ellas supera los 5.000.000 de años luz de distancia a nosotros y los números aumentan hasta cientos o incluso miles de millones de años luz en cuanto tratamos de alcanzar las galaxias más lejanas.

Fue la Teoría de la Relatividad Especial, publicada por Albert Einstein en 1905, la que estableció este límite para la velocidad en el universo, el cual entre otros aspectos resolvía el problema de la causalidad, que en el campo de la física establece que la causa precede siempre al efecto y el segundo nunca puede influir sobre el primero, lo que se cumple siempre y cuando no se supere la velocidad de la luz.

Einstein partió del Principio de Equivalencia de Galileo (la gravedad acelera todos los cuerpos de la misma forma, sea cual sea su masa o composición) para concluir que la trayectoria de todo objeto en el universo es curva y con ello que el Espacio-Tiempo también lo es, según su Teoría de la Relatividad General, publicada en 1916. Esta teoría, no obstante, permitiría dos opciones para viajar más rápido que la luz:

*Agujero de Einstein-Rosen (imagen inferior): conocidos especialmente a través de la ciencia ficción como “agujeros de gusano”, se trata de una hipotética estructura ideada por Einstein y el físico Nathan Rosen en 1935, para el cual se consideró una forma de túnel que haría posible alcanzar puntos muy lejanos en el universo en tiempos mucho menores a los de la luz, sirviendo como una especie de “atajo”.

*Propulsión o Distorsión Warp, también conocido como “la métrica de Alcubierre” (imagen inferior): llamada así por su autor, el físico mexicano Miguel Alcubierre, propone una deformación del Espacio-Tiempo que, en pocas palabras, “alargaría” el espacio detrás de nosotros y “acortaría” el situado delante de nosotros, lo que nos acercaría al punto de destino.

Sin embargo, ambas opciones necesitan de algo que, aunque las leyes de la física permiten su existencia, a día de hoy no se ha logrado observar: energía negativa. Hasta que se sepa con seguridad si dicha energía existe o no, no se podrá confirmar con absoluta certeza si la velocidad de la luz es la mayor a la que nunca se podrá viajar o si simplemente se convertirá en otra barrera más a superar por la ciencia y la imaginación humana.