La Paradoja de Fermi

Enrico Fermi era un físico italiano que construyo la primera pila nuclear en 1942 en la universidad de Chicago. Antecedente de los reactores nucleares. Participo en la construcción de la primera bomba atómica dentro del proyecto Manhattan.
Cuando se enteró de que algunos científicos consideraban la posibilidad de que existieran numerosas civilizaciones galácticas, el respondió, y porque no hemos recibido contacto de ninguna de ellas?. Donde están?. Esta es la paradoja de Fermi, si hay tantas civilizaciones tecnológicamente avanzadas como es que no tenemos evidencia de su existencia. Para Fermi la solución era muy sencilla, simplemente no existen o se han destruido a si mismas.
Puede existir una solución intermedia, quizás estén demasiado lejos y el viaje interestelar podría no ser posible. O quizá ya estén aquí, o quizá estén en camino o de vuelta a su casa. Quizá se comuniquen a través de la Galaxia de modos que desconocemos. Quizá son tan diferentes a nosotros que su concepto de la ciencia escapa a nuestros conocimientos. Quizá la vida tarda más en desarrollarse a partir de moléculas elementales hasta las células procariotas (bacterias) y luego hasta las eucariotas (vegetales y animales) y más en desarrollar sistemas multicelulares.
Demasiados quizás y basados en una formula, la de Drake, que como me comentan, no tiene ninguna o muy poca validez dado la diversidad de resultados. Pues bien, voy a intentar dar con algunos parámetros indicativos de la cantidad de civilizaciones tecnológicamente avanzadas que pueden existir en la Galaxia. Para ello tengo que partir de los conocimientos básicos sobre las dimensiones de nuestra Galaxia.

Adjunto un documento en pdf donde pongo los cálculos, que denomino "La solución Fermi".

Nuestra Galaxia se parece a un disco de diámetro 160000 años luz y altura 2000 años luz. Un año luz es la distancia que recorre la luz en un año. Teniendo en cuenta que la luz viaja aproximadamente a 300000 km/s en el vacío y que un año tiene 365x24x60x60 segundos, esto es 31536000 segundos, al multiplicar obtenemos 9460800000000 kilómetros. Podemos decir que un año luz son aproximadamente 9,46 billones de kilómetros.
Con estos datos podemos saber el volumen de la Galaxia (ver documento pdf), supongo que existen N civilizaciones tecnológicamente avanzadas en la Galaxia y que se encuentran uniformemente distribuidas en ella. Por supuesto que es una aproximación, el centro galáctico se encuentra más densamente poblado que el exterior y también es más peligroso para la vida. De esta manera obtengo que el volumen galáctico es de unos 40 billones de años luz cúbicos. Si existen N civilizaciones en la Galaxia estas ocuparan un determinado volumen, que será el total galáctico dividido por N. Este volumen considero que forma parte de un cubo de dimensiones dc.

Este parámetro dc es además la distancia media entre civilizaciones. Se obtiene el siguiente resultado

Siguiendo el estudio considero que el volumen total que ocupan las civilizaciones no puede sobrepasar el volumen total de la galaxia, siguiendo la paradoja de Fermi, sino ya las habríamos detectado. De esta manera se obtiene un resultado no tan artificioso como el de la ecuación de Drake y me da 6000 civilizaciones (ver pdf).

Tenemos dos valores para N el valor máximo obtenido de esta manera (N=6000) y el que obtenía a partir de la ecuación de Drake (N=33). La distancia entre civilizaciones para estos casos es la siguiente:

• N= 6000 obtengo un valor de dc =1885 años luz


• N= 33 obtengo un valor de dc = 10681 años luz

Son valores muy grandes incluso para civilizaciones avanzadas, pero cuanto tiempo tardarían en viajar de una a otra en los dos casos?
Supongo que se posee una nave interestelar que puede viajar a 0.1 veces la velocidad de la luz. Existe un estudio de la NASA, el proyecto Daedalus que consiste en una nave interestelar con combustible nuclear de fusión capaz de viajar a esta velocidad. Pues bien, el tiempo de viaje entre estas civilizaciones para los dos valores de N es

• N = 6000 obtengo un valor de tc = 18850 años


• N = 33 obtengo un valor de tc = 106810 años

Estos resultados me dicen que si existen civilizaciones tecnológicamente avanzadas en la Galaxia, incluso para ellas el viaje interestelar es sumamente difícil y parece obvio que si no hemos tenido ningún contacto es porque a lo mejor no es posible viajar por la galaxia de forma sostenible. Y por supuesto las comunicaciones mediante señales electromagnéticas quedan muy débiles a estas distancias.

Considerar la posibilidad de vida inteligente en la galaxia me parece razonable, aunque la posibilidad de mantener un contacto es sumamente difícil. Y esto cuadra con las observaciones, mas o menos, aunque...

Quizás pueda existir vida inteligente en la galaxia, pero de una cosa estoy seguro, en la Tierra no existe.

Ecuación de Drake y solución Fermi

Frank Drake y su ecuación

En el año 1960 Frank Drake fue el primero en utilizar un radiotelescopio para escuchar una señal de vida extraterrestre. Lo hizo escuchando a dos estrellas parecidas al Sol, Tau Ceti y Epsilon Eridani, 6 horas al dia durante 4 meses, en la banda de emisión de 21 cm del hidrogeno, sin ningun resultado. A partir de entonces se han realizado numerosas escuchas, siempre sin ningún resultado. En 1961 Frank Drake invento una manera de calcular el número de civilizaciones tecnológicamente avanzadas en la Galaxia y cuyos mensajes podamos detectar. Hay que decir que es una ecuación de probabilidades y por tanto no tiene solución única.

La ecuación de Drake es la siguiente:

Cada término significa lo siguiente:

N: numero de civilizaciones tecnológicamente avanzadas en la Galaxia y cuyos mensajes podamos detectar.

R: ritmo de formación de estrellas parecidas al Sol en la Galaxia. Es decir la cantidad de estrellas como el Sol que se forman cada año en nuestra galaxia.

fp: fracción de estas estrellas que puedan tener planetas. Es decir, la probabilidad de que en estas estrellas que se forman cada año, se generen planetas.

ne: número de planetas parecidos a la Tierra que se puedan formar.

fl: fracción de estos planetas parecidos a la Tierra en que haya aparecido la vida.

fi: fracción de estos planetas con vida que haya evolucionado a vida inteligente.

fc: fracción de estos planetas con vida inteligente que haya evolucionado a una sociedad con tecnología capaz de enviar mensajes interestelares.

L: vida media de una civilización avanzada tecnológicamente.

Vamos a intentar poner números a cada término de la ecuación.

• Ritmo de formación de estrellas parecidas al Sol
  Haremos una estimación a la alta, escogemos el numero de estrellas en la Galaxia y dividimos por el tiempo que tardan en formarse, tenemos
  

• Fracción de estas estrellas que puedan tener planetas.
  Es muy difícil detectar planetas, pues son miles de millones de veces menos luminosos que las estrellas, se encuentran muy cerca de ellas y su brillo estelar los oculta. Mas o menos según las observaciones podemos decir, hasta ahora, que un 10% de las estrellas tiene planetas. Esto seria un factor 0,1, pero claro nos quedan muchas estrellas por investigar, el factor podría subir hasta 0,5. Pues bien, yo me quedo en le medio, ponemos 0,3.
  
  
• Número de planetas parecidos a la Tierra
  Este es un factor difícil de averiguar, puesto que no hemos detectado ningún planeta parecido al de la Tierra. Se han detectado planetas pero son parecidos a Júpiter y no a la Tierra. Existen muchas variantes para hacer el cálculo, yo escojo el único modelo que conocemos, el Sistema Solar. Tenemos tres planetas parecidos a la Tierra, con esto quiero decir, planetas ni muy cerca del Sol ni muy lejos del Sol, son Venus, Tierra y Marte. Cuantos planetas tiene el Sistema Solar? Considero 9, pues no considero Plutón pero si al cinturón de asteroides como un planeta no formado, en otro sistema solar igual podría llegar a ser un planeta. Tenemos en este caso 3/9 = 0,3.

• Fracción de estos planetas parecidos a la Tierra en que haya aparecido la vida.
  Ahora empieza a complicarse mucho mas. Evidencias de vida en la Tierra de bacterias fosilizadas nos indican que la vida empezó hace 3,8 mil millones de años. La vida compleja tardo mucho en aparecer, pero la vida primitiva, por decirlo de alguna manera, parecer que apareció muy rápidamente. Vuelvo otra vez a lo que conocemos, el sistema solar, tenemos tres planetas con posibilidades de vida y hay vida en uno de ellos (la Tierra). Es posible que en Marte existió vida en la pasado (comentario que dejo para otro post), escojo 1 entre 3, 1/3 = 0,33.

• Fracción de estos planetas con vida que haya evolucionado a vida inteligente.
  
  Definir la inteligencia es algo difícil y mas para una especie como la nuestra en que la inteligencia no es su fuerte, aunque nos pensemos lo contrario. Pero bueno, es lo único que hay, podemos decir que nosotros evolucionamos al homo sapiens a partir de un ancestro común de hace 3 millones de años. Esto no significa nada, los dinosaurios estuvieron 160 millones de años y no evolucionaron a especie inteligente. Algunos sugieren que la vida inteligente es un resultado natural de la evolución, yo no, para que vamos a engañarnos. Considero 0,1.

• Fracción de estos planetas con vida inteligente que haya evolucionado a una sociedad con tecnología capaz de enviar mensajes interestelares.
  
  Nosotros no tenemos la capacidad de enviar señales suficientemente potentes a toda la Galaxia, hacemos lo que podemos. Tema que dejo para el post de radiación. Una civilización avanzada tendría que disponer de un emisor con más de 100 millones de watios de potencia. Puesto que el espacio es vacio, lo mejor es focalizar la señal, como un faro. El radiotelescopio de Arecibo (el mayor del mundo) tiene una potencia de 20 trillones de watios (un millon de veces más potente que las emisiones de televisión). En 1974 Drake envio una señal en dirección al cúmulo de estrellas M13, situado a unos 25.000 años luz de distancia, durante 169 segundos. La señal tardará 25 mil años en alcanzar su destino. M13 ni siquiera esta en nuestra galaxia, sino que orbita alrededor de ella pero en el camino hacia M13 nuestro mensaje pasará cerca de por lo menos 30 estrellas. Bueno pues pongo otro 0,1.
  

• Vida media de una civilización avanzada tecnológicamente.
  Aquí realmente se puede poner lo que uno quiera, si ja se que pensaran que en los otros también hemos procedido de igual forma. En todo caso pongo 10000, que es el tiempo que hemos pasado desde que se descubrió la agricultura hasta que explotamos bombas nucleares.
  

Resultado

N = (10)(0,3)(0,33)(0,33)(0,1)(0,1)(10000)=32,67 civilizaciones que intentan comunicarse con nosotros. Existen cálculos más pesimistas y más optimistas y otro mediano.
Cálculo optimista N=(50)(1)(1)(1)(1)(1)(5000000000)= 250000000000 civilizaciones en la galaxia. Quizá muy optimista.

Cálculo pesimista N =(5)(0,1)(0,15)(0,01)(0,01)(0,01)(100)=0,0000075

Cálculo mediano N =(10)(0,5)(0,89)(0,5)(0,7)(0,6)(1000000)=930000

Me quedo con este cálculo mediano, tenemos unas 930 mil civilizaciones que intentan comunicarse con el resto de la galaxia. Más interesante encuentro los seis primeros términos, estos indican la cantidad de civilizaciones altamente inteligentes que aparecen en la galaxia al año. Multipliquemos (10)(0,5)(0,89)(0,5)(0,7)(0,6)=0,93. Que curioso, podemos decir que aparece una civilización altamente inteligente en la Galaxia al año.

Después de tanta civilización altamente inteligente, ¿Por qué no hemos detectado ninguna señal?. La respuesta que dio Enrico Fermi es muy sencilla, porque no están. Simplemente no existen. Esto se llama la paradoja de Fermi.

Pueden jugar con la ecuación de Drake bajandose un fichero exel que he sacado de Jim Plaxco en: jugar con Drake

En el siguiente post comentare la posibilidad de comunicarse, es una discusión sobre la paradoja de Fermi.

Nunca llueve a gusto de todos

Reserva de agua embalsada al final de año hidrológico 2006-2007

No era mi intención escribir sobre este tema, ni tan siquiera escribir nada, pero estoy corrigiendo exámenes y tengo que “descansar” un poco, no sea que los que me faltan por corregir lo paguen con unas notas más bajas que sus compañeros. Y puesto que oigo en los medios de comunicación “la pertinaz sequía” y como ya deben saber a estas alturas aquellos que se han tomado la molestia de leerme, yo no me creo nada hasta comprobarlo por mi mismo, pues busco por ahí a ver que encuentro. Voy al Sistema Español de Información sobre el Agua (Hispagua) y no tengo que buscar mucho. Pongo un copy/paste de sus conclusiones:

Las principales conclusiones que se pueden extraer tras los datos ofrecidos por los organismos oficiales para el año hidrológico 2006-2007 son:

• El presente año hidrológico puede ser considerado como más húmedo de lo normal. De hecho, las diferencias en las precipitaciones respecto al periodo anterior son significativas
• El nivel de los embalses se ha recuperado este año, acercándose notablemente a la media histórica de los diez últimos años. En contraste con el año anterior, donde un periodo seco provocó que el agua embalsada se alejara hasta en 22 puntos porcentuales dicha media, los últimos doce meses han aportado reservas que reducen esta diferencia a solo 7 puntos
• De nuevo, existen diferencias significativas entre las reservas de agua de la vertiente atlántica y la mediterránea. Aunque se han producido crecimientos en ambas, los de la segunda son mucho menores que los de la primera
• Las precipitaciones han aumentado, aunque su distribución geográfica ha sido muy irregular. Además de la mitad sur peninsular, Cataluña ha sido particularmente afectada por la escasez de lluvias este año.
• El nivel medio de los embalses ha crecido. No obstante, las cuencas del Segura y Júcar continúan con unos niveles preocupantes, que no alcanzan siquiera una quinta parte de su capacidad. Algunos de sus mayores embalses continúan en niveles preocupantemente bajos.

En ningún lugar encuentro nada sobre sequía, todo lo contrario. Es cierto que la situación no es para tirar cohetes, pero tampoco para alarmar.

Por supuesto tampoco pido que me crean a mi, pueden encontrar los datos y más información en:http://hispagua.cedex.es/documentacion/especiales/annohidrologico/datoscuenca.htm

Voy a retomar la corrección de exámenes más tranquilo ahora que se que podre ducharme tranquilamente cuando llegue a casa y gastar agua en un café o dos, para preparar lo que me interesa que es hablar sobre la radiación y la radioactividad en los siguientes posts. En el fondo esto era un blog de ciencia no?

Temperatura en el Polo Sur

Temperaturas anuales en diferentes estaciones Antárticas

Titular en diferentes medios de información: “El Polo Sur se derrite”. Poco puedo decir a parte que es una tremenda desinformación dicho de esta manera. Que el Polo Sur se derrite esta claro en verano (ahora estamos en el verano austral) y en invierno se vuelve a congelar.

En la Antártida hay diferentes formas de hielo, tenemos la banquisa, que es hielo que se forma directamente sobre el agua marina a -1.8 ºC (temperatura de congelación del agua de mar) y puede llegar a una grosor de decenas de metros. Varia mucho del verano al invierno. La mínima extensión es en el mes de febrero, y ocupa entonces unos 4 millones de kilómetros cuadrados la máxima extensión se da en el mes de septiembre, pudiendo llegar a los 20 millones de km2.

Tenemos el hielo continental que cubre el continente antártico con una extensión de unos 13,5 millones de km2 y tiene un grosor medio de un kilómetro, aunque puede llegar a 2,7 km en el centro del continente. En volumen ocupa 32 millones de metros cúbicos y por su peso se desplaza hacia los extremos del continente entre uno y diez metros por año según las zonas(el tiempo que tarda el hielo de un copo de nieve que cae sobre la Antartida en llegar al mar es de unos 50.000 años.), formando glaciares y icebergs de unos 400 millones de toneladas los más grandes. Uno de los más grandes surgió en octubre de 1987 y media 160 por 40 km.

El peso del hielo continental es tan grande que en algunas zonas hunde al continente por debajo del nivel del mar. Sin este peso el continente Antartico se levantaria 450 m sobre el nivel del mar. Es decir, si se fundiese todo el hielo de la Antártida, no solamente no aumentaría el nivel del mar en la Antartida sino que disminuiría.

Bueno, me interesaba saber si me tenia que preocupar por la noticia, la forma de saberlo es a partir de la información de los registros de temperatura de las estaciones antárticas. No me ha sido fácil encontrarlas pero finalmente se pueden localizar en

http://www.antarctica.ac.uk/met/gjma/

Tambien pueden encontrar la webcam de la base antártica Scott entre mucha más información en

http://www.antarcticanz.govt.nz/education/2568

Vistas las gráficas no me parece muy preocupante, estas son una media anual sacadas de una media mensual. Es decir es una media de una media y por tanto los valores estadísticos hay que tratarlos con cuidado. Y aun que es cierto que en algunas estaciones hay una muy pequeña tendencia a aumentar la temperatura, en otras la tendencia es a disminuir. Depende mucho de la zona donde se encuentre la base, Bellinghausen por ejemplo este año ha bajado dos grados de media.

Diseño Inteligente?

Esquema de los fotorreceptores en el ojo humano

Leo en elpais.com “El creacionismo llega a España”, “Lo que Darwin no sabía. Este es el título de un ciclo de conferencias con el que miembros de la asociación estadounidense denominada Médicos y Cirujanos por la Integridad Científica (PSSI en sus siglas en inglés) quieren darse a conocer en España, en particular en el mundo universitario y en prestigiosos foros de debate”.

Se trata de un movimiento generado en Estados Unidos ya hace mucho tiempo, que no creen en la teoría de la evolución y mantiene que nosotros, nuestro mundo y por supuesto todo el universo se ha creado a partir de un diseño inteligente. Este movimiento tiene muchos adeptos en estados como Arkansas, Tennesse, Missisipi y Louisiana. En algunos estaba prohibido enseñar en las escuelas la teoría de la evolución. Incluso los Adventistas del Séptimo Día esperan la segunda venida de Jesucristo de un momento a otro, oponiéndose a la teoría de la evolución y por supuesto a toda la genética moderna. Siguen creyendo que el universo fue creado por Dios en siete días hace unos seis mil años.
No olvidemos que la teoría de la evolución fue desarrollada por Darwin y Wallace, a mediados del XIX, casi trescientos años después de las leyes de Newton y dos mil después de los descubrimientos científicos de Aristóteles y Erastótentes. Es por tanto una teoría joven y que conjuntamente con los recientes avances en la genética se esta preparando para empezar a dar sus frutos científicos.

Curiosamente el principal representante de PSSI en España es Antonio Martínez, un oftalmólogo y esto me resulta familiar. Les cuento. William Paley, teólogo del siglo XVIII escribió en 1802 el libro “Natural Theology” donde pretendía aportar pruebas de la existencia de Dios a través de aspectos de la naturaleza. Es el libro de referencia habitual en los creyentes del diseño inteligente. Uno des los aspectos que utiliza para demostrar la existencia de Dios es el ojo humano, un instrumento de perfección y imposible de ser creado sin la ayuda del diseño inteligente (por cierto, yo utilizo gafas). Si el ojo humano si ha sido construido a partir de un diseño inteligente, resulta que el diseñador no término sus estudios elementales. Veamos porqué, el ojo es una cámara oscura que conduce a los fotones de luz hacia las células fotorreceptoras (conos y bastones) y a partir de ahí a través del nervio óptico hacia el cerebro. Según un diseño inteligente estas células fotorreceptoras tendrían que recibir a los fotones directamente, pero no es el caso. Las células fotorreceptoras se encuentran en sentido contrario al de la luz (¿?), según se puede observar en la imagen que pongo arriba. En cambio en el pulpo las células fotorreceptoras se encuentran situadas correctamente, situaciones como esta solo se explican dentro de la evolución. En unos organismos la evolución a permitido desarrollar un órgano perfectamente adaptado y en otros casos imperfectamente adaptado. Por eso utilizo gafas, gracias al diseño inteligente de los ingenieros ópticos que han terminado correctamente sus estudios.

ICE (In Case of Emergency)

Quería comentar la diferencia entre radiación y radioactividad y su relación con la telefonía móvil y las antenas. De pronto me ha venido a la cabeza que el uso de la tecnología tiene que servir para algo, ya lo dijo Einstein, lo cito de memoria, “La ciencia no sirve de nada si no puede hacer sonreír a un niño”. Pues bien, hay un acuerdo internacional en la utilización del código ICE (In Case of Emergency) propuesto por Bob Brotchie a consecuencia de los atentados del metro londinense el 7 de julio de 2005. Se dio el caso de que muchas victimas llevaban el teléfono móvil pero los servicios de emergencia no sabían a que número llamar.
La solución es muy sencilla, en la agenda de contactos del móvil hay que incluir las siglas ICE1, ICE2, ... delante del nombre de las personas a las que queremos que se contacte en caso de emergencia. No solamente es para avisar a los familiares, imaginen el caso de una persona diabética o alérgica a un medicamento. Si los servicios de emergencia pueden contactar con un familiar o persona conocida que pueda facilitar datos médicos vitales para nuestra salud es la diferencia entre la vida o la muerte.

Impacto en Marte?

Crater Arizona

La NASA tiene un programa de búsqueda de asteroides y cometas cercanos a la Tierra, se denomina NEO (Near Earth Objet). Su misión consiste en detectar posibles colisiones de estos objetos con la Tierra. Uno de ellos, un asteroide denominado 2007 WD5, se espera que cruce la órbita de Marte el día 30 de Enero de 2008. Los cálculos realizados indican que el asteroide de unos 50 metros de ancho podría pasar a menos de 48.000 kilómetros de distancia de Marte. La velocidad del asteroide es de 44.900 kilómetros por hora (15 veces más rápido que una bala de un rifle) y no se descarta la posibilidad que choque contra Marte. Se calcula que la probabilidad de impacto es de un 3,6 %.
Seguramente no habrá impacto, pero lo curioso de la noticia es que nos devuelve a la realidad cósmica de nuestra Tierra. No se encuentra sola en el espacio, sino rodeada de innumerables pedazos de roca que chocan de vez en cuando y producen grandes cambios. El asteroide 2007 WD5 es muy parecido al que dejó el cráter de Arizona hace 50.000 años (mirar la fotografia) o al que exploto sobre Tunguska (Siberia) el 30 de junio de 1908 con una energía de 3 megatones. Si realmente impacta contra Marte dejará un cráter de 0,8 kilómetros de ancho. Se cree que impactos como este contra Marte suceden una vez cada mil años. En el fondo es un impacto pequeño comparado con asteroide de 1 km de ancho. Si uno de estos grandes asteroides impactara contra la Tierra las consecuencias serian devastadoras. Colisionaría con una energía 24 veces mayor que la mayor explosión termonuclear realizada por la Unión Soviética en 1961 con una energía de 58 megatones.
Asteroides de este tamaño que pasen cerca de la Tierra solo hay uno, el 2004 BX159 con una probabilidad de impacto de 0,0000000036, si chocase lo haría con una energía de 95000 megatones. El que tiene una probabilidad de impacto mayor es 2007 VK184 con 0,00037 para el día 3 de junio de 2048 impactando a una velocidad de 69084 km/h equivalente a una energía de 150 megatones.

Veremos que pasa en Marte.