TEMA 3: Modelo atómico "ESCALAS DEL UNIVERSO Y DEL SER HUMANO: LO MACO INFINITO Y LO MICRO INFINITO"

TEMA 3: MODELO ATÓMICO

"ESCALAS DEL UNIVERSO Y DEL SER HUMANO: 

LO MACO INFINITO Y LO MICRO INFINITO"

En el universo en el que habitamos hay materia, esta misma, cuando se junta forma cosas, objetos que podemos ver a simple vista y otros que no son tan visibles para nosotros, en este artículo se intentara mostrar al lector las distintas escalas que tiene el universo, desde partículas elementales hasta clusters, pasando por el mismo ser humano y lo que conoce. Empezaremos desde lo más pequeño, hasta lo más grande de nuestro universo. Tomemos al ser humano como una escala “media” entre lo micro y lo macro, y claro, con esto también tomaremos a la medida metros como base, entonces cualquier medida que encuentre el lector en este artículo (10x o Yx10x) estará en basada en metros.

¿Qué es lo más pequeño en nuestro universo?

Hasta ahora, sabemos que la escala más pequeña para medir algo es la longitud de planck, esta es equivalente a 10-35 o hasta 0.0000000001 yoctometros, con ella se podría llegar a medir las cuerdas o p-branas de la teoría de cuerdas o la espuma cuántica en el espacio y tiempo que nos plantea la teoría cuántica de bucles.

 Formación “Calabi-Yau” está también pertenece a la escala de la longitud de Planck, de hecho sirve para teorizar las dimensiones extras que propone la teoría de cuerdas. Fuente: Naukas.com

Ahora vamos ascendiendo…

Un yoctometro (ym) es como medir 10-24 metros y justo en esta medida se encuentran partículas elementales como los neutrinos (se sabe que los leptones son muy pequeños, incluso más pequeños que el quark).

Un poco más arriba de los 10 yoctometros, por la medida 10-22 encontramos a partículas elementales llamadas “quarks” iniciando con el top quark que es el más pequeño de todos los quarks.

Entre el rango 10-19.7 y 10-19 encontramos partículas de mayor tamaño como los neutrinos de alta energía o los quarks bottom y charm; yendo un poco más allá, en la medida atometro (am) que son aproximadamente 10-18 metros, encontramos partículas aún más grandes como los quarks strange, down y up, incluso un poco más arriba, en el rango 10-17 encontramos el rango hasta donde llega la fuerza nuclear débil, cabe mencionar que de las 4 fuerzas fundamentales, está es la de menor rango.

Modelo estándar de física de partículas en él se muestran todas las partículas fundamentales hasta ahora encontradas experimentalmente. Créditos: Naukas.com

Ahora entramos al rango de los femtometros (fm) que son como 10-15 metros  en este rango encontramos partículas compuestas como el protón y en neutrón (que forman toda la materia barionica), en el rango 10-14.7 y 10-14 encontramos a todos los núcleos atómicos de los elementos químicos (desde Hidrogeno hasta Uranio) y también al tan famoso electrón.

En la imagen podemos apreciar el modelo atómico actual y la representación de cómo se vería un núcleo de hidrógeno.
Créditos: Wikipedia.org

Ahora llegamos a los picometros (pm) que con como 10-12 metros, justo en el rango 10-11.7 encontramos a las ondas de rayos gamma, las cuales son las más pequeñas del espectro electromagnético.

En el rango 10-11 y 10-10.3 podemos encontrar algunos átomos básicos como el del hidrogeno y el helio o hasta el carbono.

Esquemas de los modelos atómicos más sobresalientes en la historia. Créditos: Mariano Diaz

Ahora vamos al rango de los nanómetros (nm) que vale aproximadamente 10-9 metros, del rango 10-9.1 hasta 10-8-9 podemos encontrar desde átomos de elementos más complejos como el cesio, hasta Fosfolípidos, pasando por moléculas básicas como la del agua (H2O) u otras más complejas como la de la Glucosa, también la hélice alfa del ADN (DNA), las Buckyballs (esferas hechas con átomos de carbono) o hasta los nanotubos de carbono.

Representación de la molécula de Glucosa.
Créditos: Wikipedia.org

Del rango 10-8.2  hasta 10-7 encontramos desde una membrana celular (formada por fosfolípidos) hasta la cosa más pequeña vista en un microscopio, pasando por la cadena completa del DNA, el transistor de Gate, y diversa variedad de virus como el circovirus porcino, la hepatitis B o el VIH SIDA, también encontramos las ondas ultravioleta, que se encuentran cerca del rango visible en el espectro electromagnético.

Membrana celular (formada por fosfolípidos, proteínas y carbohidratos). Créditos: biomodel.uah.es

Llegamos al rango de los micrómetros (µm) que equivale a 10-6 metros, podemos encontrar del rango 10-6.6 hasta el 10-5.7 desde virus más grandes como el microfago hasta un cromosoma X, pasando por granos de arcilla, el echerichia coli (protozoario más estudiado por el ser humano), el cromosoma Y, y las ondas de luz roja.

Luego, del rango 10-5.6 hasta el 10-4  encontramos desde mitocondrias hasta el ancho de un cabello humano, pasando por glóbulos rojos, cloroplastos, glóbulos blancos, el núcleo celular, una gota de roció, el ancho de un hilo de fibra de seda, las células de piel, las ondas de infrarrojo, granos de arena, o hasta el cigoto humano.

Núcleo celular, el orgánulo más fundamental en la célula.
Créditos: Wikipedia.org

Llegamos al rango de los milímetros (mm) o 10-3 metros, del rango 10-3.3 al 10-2.2 encontramos diversos objetos, desde el grosos de una hoja de papel, hasta un hielo de granizo, pasando por otros como un LCD pixel, el paramecium, una ameba, el acaro de polvo, un grano de arena gruesa, un grano de sal, grandes colonias de bacterias, una lenteja, una hormiga, un grano de arroz, una semilla de flor, la punta de un lápiz o hasta un grano de café.

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Imagen bajo microscopio del paramecium, un protozoario muy estudiado por el ser humano.
Créditos: Wikipedia.org

Siguiendo en el rango de los milímetros entramos a un rango mayor que va de 10-2.1 hasta 10-0.1 en este rango encontraremos objetos con los es que estamos aún más familiarizados, desde una canica hasta un colibrí, cabe recalcar que en este rango ya hablamos de centímetros, pasando por objetos familiares como un centavo, una lombriz común, un cerillo, un huevo de codorniz, un huevo de gallina, un ratón, cosas aún más grandes como un balón de baloncesto.

Por fin entramos al mundo de los metros, las cosas se pondrán interesantes por aquí, echaremos un vistazo a lo más grande que conocemos en la tierra, pasando por diversos objetos…

Un humano promedio mide aproximadamente 1.7×100 metro, si lo comparamos con animales más grandes como un elefante (que mide 5×100  metros) o un tiranosaurio rex (que media aproximadamente 7×100 metros) una persona promedio parece ser algo pequeño, pero ahora veamos animales un poco más grandes, una ballena azul puede llegar a medir 3×101 metros, o un dinosaurio cuello largo podía llegar a medir 6×101 metros. Pero ahora, no solo hablemos de seres vivos, sino también de otros objetos de gran tamaño, empezando por el árbol redwood, este árbol puede llegar a medir 1×102 metros, la estatua de la libertad mide unos 9.3×101 metros, el titanic media 2.7×102 metros y la torre Eiffel en Francia mide 3.2×102 metros.

Comparación de los animales más grandes conocidos que han habitado el planeta.
Créditos: http://documentalium.foroactivo.com/

Ahora pasemos al siguiente rango, los kilómetros, un kilómetro (km) equivale a 1000 metros, la torre más grande el mundo (Burj Khalifa) mide 8.28×102, las cataratas “Salto Ángel” (que son las más grandes en su tipo) miden 9.79×102, Central Park mide 4×103, y las ondas de radio en el espectro electromagnético tienen una medida aproximada de 1×103, el Uluru (una grande formación de roca en Australia) mide 3×103.

Entramos a objetos de gran tamaño (para el ser humano) con las cuales algunos no están tan familiarizados, el asteroide Cruithne es un objeto que tiene su órbita respecto a la tierra y tiene un tamaño de 5×103, el LCH (Gran Colisionador de Hadrones) tiene un tamaño de 8.6×103, el monte Everest (el más grande en su tipo) tiene una altura de 8.8×103, Deimos (la luna más pequeña conocida) que pertenece al planeta Marte tiene un tamaño de 1.3×104, un Maratón como tal la distancia de 42.2 kilómetros.

El LHC, el Colisionador de partículas más grande creado por el ser humano, una gran herramienta para la ciencia.
Créditos: Washington.edu

Hora de salir de nuestro planeta un poco e ir al espacio exterior, satélites naturales, planetas, estrellas, nebulosas, galaxias, cúmulos y más…

Una estrella de neutrones puede llegar a medir 24 kilómetros y seguir teniendo una de gigantescas cantidades, satélites naturales como Nix, Hydra (ambas de Plutón) y Dysnomia (del planeta enano Eris) están en un rango de 80 y 150 kilómetros.

Y es aquí donde comenzamos a hacer uso de una nueva unidad de medida, los megametros (Mm) (que son como 106 metros), satélites naturales, planetoides e incluso algunos planetas pueden ser medidos con esta unidad, en un rango entre 950 kilómetros y 12,000 kilómetros podemos encontrar diversos objetos espaciales como Ceres (el planetoide más pequeño), Charon (de Plutón), Quaoar, Sedna, Eris (planetoides pos plutoniano), Plutón, Tritón (de Neptuno),  la Luna (de la Tierra), Ío, Europa, Titán, Callisto y Ganimedes  (todas de Júpiter),  Marte y el mismísimo Venus.

Imagen que nos da la comparativa de diversas lunas del sistema solar con el planeta tierra.
Créditos: spaceplane.nasa.gov

Ahora vamos con nuestro planeta y más allá de él, nuestro planeta mide aproximadamente 12,700 kilómetros, y un poco más allá, en un rango entre los 20,000 kilómetros y los 230,000 kilómetros encontramos a los demás planetas del sistema solar y a algunas estrellas enanas, algunos ejemplos de estos objetos son Sirius B (enana blanca), Neptuno, Urano, Saturno, Gliese 229B (enana marrón), Júpiter, Wolf359 (enana roja), el planeta TReS-4 (el planeta más gran conocido que está a unos 1400 años luz de distancia o la famosa estrella próxima Centauri (estrella más cercana a nuestro sistema solar conocida). Es importante decir que cerca de este rango se encuentra la distancia entre la tierra y la luna (380,000 kilómetros), es sabido que todos los planetas del sistema solar juntos podrían caber entre la distancia de los dos objeto ya mencionados.

Distancia entre la tierra y la luna, aquí podemos ver como los demás planetas juntos pueden caber entre estos dos objetos, sin duda nos da una idea de las impresionantes distancias que tiene el universo.
Créditos: gizmodo.com

Entramos a la escala de los gigametros (Gm) que equivalen a 109 metros, a partir de aquí se encontraran solo estrellas, en un rango entre los 420,000 km y los 310 millones de kilómetros encontramos estrellas de todo tipo, algunos ejemplos son Luyten, Gliese 229A (ambas enanas rojas), Kapteyn (una estrella roja que está a unos 13 años luz), Alpha Centauri A, Alpha Centauri B, el Sol (todas de un tamaño parecido que rodea los 1.5 millones de km), Altaír, Vega (que forman parte del triángulo de verano), Sirius A (la estrella más brillante en el cielo nocturno), Procyon (a unos 10 millones de años luz), Regulus (la más brillante en la constelación de Leo), Spica (la quinceava estrella más brillante), Arcturus (la tercera estrella más brillante en la noche), Polaris (conocida como la estrella del norte), Ainitak (que pertenece al cinturón de Orión), Rigel (la estrella más brillante de la constelación de Orión) o Deneb (la estrella más brillante en la constelación de Cygnus). Cerca de este rango también está la distancia entre el sol y la tierra (150 millones de kilómetros).

Comparación de los planetas del sistema solar y el sol con las estrellas más grandes conocidas.
Créditos: Wikipedia.org

Llegamos a los Terametros (Tm), estos equivalen a 1012 metros, pasando este rango encontraremos a las estrellas más monstruosas del universo y cosas que van más allá de todo esto, entre los 420 millones de kilómetros y los 140 billones de kilómetros encontramos en su mayoría estrellas como La superba (de las estrellas más rojizas del cielo nocturno, su núcleo arde a unos 2500ºC), Pistola (de las más masivas en la galaxia, es la más luminosa conocida), R Doradus (se encuentra a unos 193 años luz), S Doradus (estrella hipergigante, de las más brillantes en la gran nube de Magallanes), Antares (la más brillante de la constelación de escorpio), Betelguese (Supergigante roja de la constelación de Orión, la novena más brillante en el cielo), KY Cygni (Estrella Supergigante roja de la constelación del Cisne), V354 Cephei (Estrella Supergigante roja, la cuarta mas gran conocida), Mu Cephei (Supergigante roja de la constelación de Cefeo), WOH G64 (Hipergigante roja de la gran nube de Magallanes), VV Cephei A (La segunda estrella más grande conocida) y VY Canis Majoris (La estrella más grande conocida por los astrónomos, localizada en la constelación de Canis Major). También encontramos distancias como la que hay entre el sol y Neptuno (4.5 billones de km), la dela Voyager 1 y la tierra (17 billones de km) o la del sol con el planetoide Sedna (el más alejado, 140 billones de km), incluso encontramos lo que vale un día luz (26 millones de km), o la nebulosa del homúnculo (20 millones de km) o la región del cinturón de Kuiper en el sistema solar (15 billones de km).

Imagen que muestra la Voyager 1, están sonda espacial fue lanzada con un disco de Oro que contiene información sobre nuestra especie y civilización, su objetivo fue para el contacto con vida extraterrestre, aunque también es vista como una capsula del tiempo de lo que algún día fuimos.
Créditos: Wikipedia.org

Acercándonos al final de esta cuenta encontramos a los Petametros (Pm), 1 Petametro equivale a 1015 metros, en un rango entre los 0.07 años luz y los 24 años luz podemos encontrar diversos objetos (nebulosas en especial) como ejemplo podríamos mencionar a la nebulosa de stingray (de tipo planetario, en la constelación de Ara a 18,000 años luz de la tierra), la nebulosa de la hamburguesa de Gómez (a 900 años luz de la tierra, en la constelación sagitario), la nebulosa del ojo de gato (de tipo planetaria en la constelación del dragón), la nebulosa NGC 6826 (de tipo planetario, en la constelación cygnus a 2,200 años luz de la tierra), la nebulosa reloj de arena (en la constelación de Musca a 8000 años luz de la tierra), la protonebulosa de calabaza (en la constelación de puppis a 5,000 años luz de distancia), la nebulosa de la hormiga (de tipo planetaria en la constelación de norma a 3,000 años luz de distancia), la nebulosa del anillo (de tipo planetaria en la constelación de lyra), la nebulosa hélix (de tipo planetario en la constelación de acuario a 680 años luz de distancia), la nebulosa del esquimal (de tipo planetaria en la constelación de géminis), la nebulosa cabeza de caballo (situada en el cinturón de orión a unos 1,500 años luz de la tierra), la protonebulosa planetaria boomerang (de los lugares más fríos del universo [-272ºC] a unos 5000 años luz de la tierra), la nebulosa burbuja (de emisión, en la constelación de casiopea), la nebulosa del cono (en la constelación de monoceros a 830 parsecs), la nebulosa del cangrejo (remanente de supernova a 6,523 años luz de la tierra), la nebulosa “pilares de la creación” (dentro de la nebulosa del águila que se encuentra a 7,000 años luz) y para finalizar la nebulosa de orión (situada en el cinturón de orión, de las más brillantes que existen). Además también podemos encontrar en este rango algunas distancias mencionadas (año luz y parsec), el año luz tiene 9.46 trillones de km y el parsec 3.3 años luz; también encontramos a la nube de Oort, la cual es la región más lejana del sistema solar, en total mide aproximadamente 2 años luz.

La imagen nos muestra 100 nebulosas, la mayoría de las nebulosas en la imagen se encuentran en el rango del que hablamos.
Créditos: Taringa.net

Es hora de hablar de los Exametros (Em) que equivalen 1018 metros, entre el rango de los 40 años luz y los 22,000 años luz encontramos algunas nebulosas, pero lo importante en resaltar aquí es que en este rango se encuentran la mayoría de los cúmulos globulares y las galaxias enanas, estos dos pueden tener miles y miles de estrellas, pero no tantas como una galaxia promedio, empecemos hablando de las nebulosas faltantes, algunos ejemplos son la nebulosa de norte américa (en la constelación cygnus, cerca de la estrella Deneb), la nebulosa de la quilla (de tipo emisión, rodea varios cúmulos abiertos de estrellas), la nebulosa del águila (se encuentra en la constelación de serpens, está a 7,000 años luz), la nebulosa de la caverna (de clasificación E, localizada en la constelación cefeo), la nebulosa roseta (localizada en la constelación de monoseros), la nebulosa de la laguna (de tipo emisión, en la constelación de sagitario, a 5,000 años luz), el bucle de Barnard (nebulosa de tipo emisión, contiene a la nebulosa cabeza de caballo y la nebulosa de orión), nebulosa de la tarántula (se encuentra en la gran nube de Magallanes, es la nebulosa más grande conocida); ahora empecemos con los cúmulos globulares, de los que más destacan son Omega Centauri (en la constelación de centauro a 18,300 años luz) y el Messier 54 (en la constelación de sagitario, a 87,000 años luz). Ahora mencionemos algunas galaxias enanas (y otras no tan enanas), Leo ll (de tipo esferoidal, está en la constelación de Leo a 690,000 años luz), pequeña nube de Magallanes (de tipo irregular, a 200,000 años luz), Canis Major (de tipo elíptica, a 25,000 años luz de la tierra), Canes Venatici (de tipo esferoidal, está a 220 kpc [kilo parsecs]), Sagittarius (de tipo elíptica, está a unos 70.000 años luz), gran nube de Magallanes (de tipo irregular, a 41,700 parsecs) y finalmente NGC 3310 (la galaxia más pequeña de tipo espiral, está a 42 millones de años luz de la constelación de la osa mayor).

Cumulo globular Messier 54, es de los más famosos en la astronomía, como ven, puede tener miles de estrellas.
Créditos: Wikipedia.org

Llegamos a una nueva escala, los Zettametros (Zm) que es equivalente a 1021 metros, pasando este rango encontraremos muchas galaxias mayores, entre el rango de los 50,000 años luz y los 30 millones de años luz encontraremos objetos maravillosos como la galaxia del sombrero (de tipo lenticular, de la constelación de virgo, a 28 millones de años luz), la galaxia del triángulo (vinculada gravitacionalmente con andrómeda), nuestra galaxia la vía láctea (de tipo espiral, no se puede observar porque estamos dentro de ella), la galaxia rueda de carro (de tipo lenticular, a unos 500 millones de años luz de la constelación de sculpor), la galaxia del molinete (de tipo espiral, a 25 millones de años luz de la constelación osa mayor), la galaxia andrómeda (de tipo espiral, contiene aproximadamente 1 billón de estrellas), la galaxia del remolino (de tipo espiral, de la constelación canes venatici), la galaxia ngc 1232 (de tipo espiral, caracterizada por su gran belleza, está a 72 millones de años luz en dirección de la constelación de erídano), la galaxia del renacuajo (con espiral barrado y perturbado, a 420 millones de años luz hacia el norte de la constelación draco), la galaxia virgo A (de tipo elíptica, es de las más visibles al cielo nocturno), la galaxia ngc 4889 (te tipo elíptica, es también muy visible ante los telescopios aficionados) y  la galaxia ic 1101 (la galaxia más grande, está a 1,07 mil millones de años luz de la constelación de serpens). Encontramos objetos aún más grandes, como Abell 2029 (cumulo galáctico, está a unos 1,000 millones de años luz de la constelación de serpens), el grupo local de galaxias (cumulo de galaxias en el que se encuentra la vía láctea), el cumulo de fornax (segundo cumulo de galáctico con mayor número de galaxias y está a 19Mpc [Mega pársec] de la vía láctea) o el tan conocido cumulo de virgo (el más grande en el supe cumulo de virgo).

En la imagen se muestran algunas galaxias del cumulo de virgo.
Créditos: astrónomo.org

Ahora, para terminar, cerraremos con la escala Yottametros (Ym) que equivale a 1024 metros, entre los 110 millones de años luz y los 12.7 billones de años luz encontraremos objetos raros, de tamaños inimaginables como el supercumulo de virgo (contiene otros cúmulos galácticos, es como un disco plano), la distancia de la tierra y el gran atractor (250 millones de años luz [este atractor es una falla gravitacional que atrae millones de galaxias {incluyendo la nuestra}]), el supervacio de eridanus (región del cielo nocturno ligeramente más fría, nos queda mucho por aprender sobre este vacío), la distancia entre la tierra y el supercumulo de shapley (650 millones de años luz), el complejo de supercumulos piscis-cetus (segundo objeto de mayor tamaño conocido en el universo observable), encontramos también la medida del giga pársec (3.3 billones de años luz), la distancia entre la tierra y el campo profundo del Hubble (12.7 billones de años luz) y finalmente, el objeto más grande en el universo observable, la gran muralla sloan (filamento galáctico que nos rodea por completo).

Campo profundo del Hubble. Cada punto luminoso en la imagen es una galaxia.
Créditos: Naukas.com

Empezamos con la pregunta de “¿Qué es lo más pequeño en nuestro universo?” y ahora terminaremos con una pregunta más “¿Hay algo más grande que todo esto?” y la respuesta es sí, por las investigaciones más recientes, se sabe que no vemos el universo completamente, que solo vemos una parte, a esto se le ha llamado “Universo Observable”, el radio de este es de aproximadamente 46 mil millones de años luz, algunos se harán la pregunta de “¿pero que el universo no solo tiene 13.7 mil millones de años luz?” la respuesta seria que gracias a que el universo se expande los objetos que estaban a 13.7 mil millones de años ahora están a 46 mil millones de años luz y podemos observarlos. Se estima que el universo en su totalidad podría ser de un tamaño infinito, una aproximación serían los 160 billones de años luz, pero no tenemos nada asegurado.

Esto puede dejar muchos pensando, puede ser que haya cosas mucho más allá, se habla de un multiverso y los googolplex, pero no tenemos nada seguro, aun así solo vasta quedarse un segundo a pensar en toda la complejidad del universo.

Esta imagen nos desvela el universo infrarrojo, esto nos permite mirar más allá y maravillarnos.
Créditos: Wikipedia.org

Referencias digitales y bibliograficas: 

Este trabajo fue hecho en base a The Scale of the Universe – Interactive
Flash Animation Credit & Copyright: Cary & Michael Huang  link: http://apod.nasa.gov/apod/ap120312.html