LA ESCALERA DE LA DENSIDAD
HACIA ABAJO
ESCALÓN 1
1 kilogramo por litro (100 kg/L)
Hemos regresado a la densidad del agua, al objeto de estar preparados para bajar por la escalera de la densidad.
Dado que los tejidos vivientes están formados, principalmente, por agua, la densidad total de los seres humanos (y de muchas otras formas de vida) se encuentra en el nivel de densidad del Escalón 1. Ésta es la razón de que logremos en el agua «hacer el muerto»: descansando horizontalmente sobre una superficie de agua y derivando a menudo de la misma, con sólo una pequeña parte de nuestro cuerpo por encima de la línea del agua.
ESCALÓN 2
0,316 kilogramos por litro (10-0,5 kg/1)
3,16 hectogramos por litro (100,5 hg/L)
El alcohol etílico (el «alcohol» común empleado como bebida) tiene una densidad de 7,9 hectogramos por litro. En principio, debe flotar en el agua si se añade a ésta, pero no lo hace porque es completamente soluble en el agua y, cuando se le añade, se mezcla con ella.
No obstante, si el alcohol etílico se pusiera en una bolsa sellada de hoja delgada de aluminio y se echase ésta al agua, flotaría en ella.
La mayor parte de los compuestos orgánicos son más ligeros que el agua. Las grasas y alcoholes poseen densidades de unos 9 hectogramos por litro y, dado que son insolubles en agua, flotarán en ésta. El contenido en grasa del hombre (y de otros animales) tiende a bajar la densidad total por debajo de la del agua, y, así, contrapesará aquellas porciones del cuerpo —principalmente los huesos— que son más densos que el agua. Por ello, una persona robusta flotará con mayor facilidad que una delgada.
No obstante, pocos líquidos y sólidos tienen densidades que se hallen en el nivel del Escalón 2. El menos denso de los sólidos, en condiciones ordinarias, es el litio. (Sus átomos son menos masivos que los de cualquier otro elemento sólido a temperaturas ordinarias). Su densidad es de 5,34 hectogramos por litro, por lo cual es sólo algo más de la mitad de denso que el agua, pero aún se encuentra un poco por encima del nivel de densidad del Escalón 2.
Como es natural, el litio podría considerarse el sólido menos denso sólo si habláramos de los sólidos continuos, y estuviesen en contacto todos los átomos que lo componen. Es posible asimismo considerar sólidos que formen redes sueltas, repletas de pequeños agujeros llenos de aire y poros, a veces tan diminutos, que resultan invisibles a simple vista. El aire añade muy poco a la masa del sólido, por lo cual la porción masiva, el sólido en sí, se extiende sobre un volumen muy poco característicamente grande, y por ello, en conjunto, tiene una densidad desacostumbradamente baja.
Así, si pensamos en un sólido común que flota en el agua, diremos en seguida que se trata de la madera. Sin embargo, las diferentes clases de madera varían muchísimo en densidad, según su porosidad. Algunos tipos de madera, muy compactos y no porosos, son más densos que el agua, por lo cual se hundirían si los tirásemos en una charca. Por ejemplo, la madera de ébano puede tener una densidad de hasta 1,33 kilogramos por litro. El pino blanco tiene una densidad tan baja como 3,5 hectogramos por litro, aunque la madera que lo forma sea más densa que el agua. Por lo general el agua penetra en los pequeños espacios de aire de la madera, sólo después de una larga exposición, o sea, cuando se convierte en «madera empapada», y entonces sí puede hundirse.
ESCALÓN 3
0,1 kilogramos por litro (10-1 kg/L)
1 hectogramo por litro (100 hg/L)
Por lo general, los materiales sólidos en este ámbito de densidad tienen agujeros y poros en su mayor parte. El corcho (la corteza del alcornoque) posee una densidad de unos 2,5 hectogramos por litro, y aquí la porosidad de la sustancia resulta obvia. Esto es aún más cierto para la madera de balsa, cuya densidad puede ser tan baja como 1,1 hectogramos por litro. La madera de balsa llega a comprimirse entre los dedos.
Una pelota de ping pong —delgada cascara esférica de plástico que contiene aire en su interior— tiene un radio de 1,9 centímetros y una masa de 2,5 gramos. Toda su masa se encuentra en la cascara de plástico, mientras que casi todo su volumen se reduce al aire encerrado. Por tanto, la densidad en conjunto, es tan baja como 0,9 hectogramos por litro.
Y, sin embargo, podemos encontrar sólidos continuos en este nivel de densidad.
Ya he dicho que el litio es el menos denso de los sólidos continuos, en condiciones ordinarias. No obstante, hay dos elementos con átomos menos masivos que los de litio. Se trata del helio y del hidrógeno, que son gases en condiciones ordinarias. Sin embargo, en condiciones de gran frío, tanto el helio como el hidrógeno pueden licuarse y llegar a solidificarse. Los líquidos y sólidos formados por helio e hidrógeno son las sustancias menos densas que existen, o que pueden existir. En los dos casos, el líquido es menos denso que el sólido.
El helio líquido tiene una densidad de 1,5 hectogramos por litro, mientras que la del hidrógeno líquido es de 0,7 hectogramos por litro. Una pelota de ping pong hecha de hidrógeno sólido tendría una masa más pequeña que la pelota corriente de ping pong de plástico relleno de aire.
Los gases no son una sustancia continua. Mientras los líquidos y los sólidos están compuestos por átomos y moléculas en contacto, los gases están constituidos por átomos y moléculas que no se hallan en contacto, sino separados por un espacio (mayor o menor) que no contiene materia en absoluto (vacío).
Aunque los átomos de moléculas de gases son tan masivas como las de numerosos sólidos y líquidos, el vacío entre los átomos y moléculas de los gases no contribuye con masa, por lo cual, aunque aumenta el volumen, no lo hace la masa. Por esta razón, los gases, en general, tienen unas densidades más bajas que la de los sólidos y líquidos. Y ésta es la razón de que los sólidos que contienen gases en poros, incluidos agujeros o espacios, sean menos densos que aquéllos en que todo esto no existe y se extienden de una forma continua sobre el mismo volumen.
Los gases pueden comprimirse con facilidad; es decir, los átomos y moléculas que los componen se empujan fácilmente unos muy cerca de otros, gracias a la presión. Por tanto, la densidad de los gases aumenta con la presión y, en casos extremos, los átomos y moléculas se empujan unos contra otros hasta que, virtualmente, se ponen en contacto. En dicho caso, los gases se hacen, más o menos, tan densos como los líquidos y los sólidos.
Esto puede llevarse a cabo en el laboratorio, pero también se produce en la Naturaleza. Las atmósferas de un planeta están comprimidas bajo la atracción del campo gravitatorio de dicho planeta. Esas porciones de la atmósfera, cerca de la superficie sólida o líquida del planeta, se hallan comprimidas por el impulso que ejercen hacia abajo las porciones que yacen por encima. Cuando una atmósfera es muy profunda y muy intenso el campo gravitatorio, las densidades del gas se aproximan a las que consiguen los líquidos y los sólidos. Esto, indudablemente, se produce en la atmósfera de los «gigantes gaseosos», sobre todo en Júpiter y, naturalmente, también en las estrellas.
Entre los planetas más pequeños, Venus posee la atmósfera más masiva. Los gases próximos a la superficie están comprimidos hasta 90 veces la densidad que mostrarían cerca de la superficie de la Tierra. La atmósfera de Venus, que en su mayor parte está formada por dióxido de carbono, tiene una densidad superficial que se halla en el ámbito del Escalón 3, con un valor de unos 1,7 hectogramos por litro. Esto hace que su densidad sea más elevada que la del helio líquido.
ESCALÓN 4
0,031 6 kilogramos por litro (10-1,5 kg/L)
3,16 decagramos por litro (100,5 dag/L)
El campo gravitatorio de la Tierra tiene una intensidad mucho menor que el de una estrella o de un planeta gigante, y su atmósfera no es particularmente masiva en comparación con la de Júpiter, e incluso la de Venus. Por tanto, la compresión de la atmósfera de la Tierra, al nivel del mar, es moderada, y la densidad del aire es del todo baja, en comparación incluso con el menos denso de los líquidos y de los sólidos.
Todos los gases, en las proximidades de la superficie terrestre, experimentan la misma compresión. Por tanto, la densidad de un gas particular, en las condiciones del nivel del mar, varía de acuerdo con la masa de los átomos o moléculas que la componen. Cuanto más masivos son los átomos o las moléculas, tanto más denso es el gas.
Un gas de moléculas particularmente masivas es el hexafluoruro de uranio, cada molécula del cual está formada por un átomo de uranio y seis de flúor: UF6. (En realidad, no es un gas en condiciones ordinarias, sino que hierve con mayor facilidad que el agua, formando un vapor que es muy denso incluso para un gas).
La molécula de hexafluoruro de uranio tiene una masa de 352 daltones, comparado con un promedio de 29 daltones para las moléculas del aire. Por tanto la densidad del vapor del hexafluoruro de uranio está más cerca del nivel de densidad del Escalón 4, aunque, en su mayor parte, sea vacío. En las condiciones del nivel del mar, posee una densidad de 1,6 decagramos por litro, que es casi una cuarta parte de la densidad del hidrógeno líquido.
(Sobre Venus, el vapor de hexafluoruro de uranio estaría comprimido hasta 60 veces su densidad en la Tierra, por lo cual su densidad venusiana llegaría a 1,4 kilogramos por litro, y sería aún más denso que la madera de ébano).
ESCALÓN 5
0,01 kilogramos por litro (10-2 kg/L)
1 decagramo por litro (100 dag/L)
En el nivel de densidad del Escalón 5 nos encontramos ya en el ámbito de los gases más densos. El vapor de yodo (con una molécula formada por dos átomos de yodo, I2) tiene una densidad de 1,13 decagramos por litro, unas tres cuartas partes de la densidad del hexafluoruro de uranio.
El gas radón está compuesto por átomos simples, pero muy masivos. Es el gas más denso de los compuestos por átomos simples, y también el más denso de los gases a temperaturas ordinarias. (El hexafluoruro de uranio y el yodo deberían calentarse antes de que puedan producir vapores). La densidad del radón es sólo de 1 decagramo por litro.
ESCALÓN 6
0,003 16 kilogramos por litro (10-2,5 kg/L)
3,16 gramos por litro (100,5 g/L)
El tetrafluoruro de azufre (cada molécula contiene un átomo de azufre y cuatro átomos de flúor) posee una densidad de unos 4,82 gramos por litro. El arsenio (cada molécula contiene un átomo de arsénico y tres átomos de hidrógeno, AsH3), tiene una densidad de unos 3,48 gramos por litro.
ESCALÓN 7
0,001 kilogramos por litro (10-3 kg/L)
1 gramo por litro (100 g/L)
Con este escalón llegamos al más familiar de todos los gases. El dióxido de carbono, CO2 —el gas que nosotros (y todas las otras formas de la vida animal) producimos al respirar y el que las plantas verdes usan para formar sus tejidos— tiene una densidad de unos 1,98 gramos por litro.
El oxígeno (con moléculas compuestas por dos átomos de oxígeno, O2) es el gas que permite la vida animal; tiene una densidad de 1,43 gramos por litro. El nitrógeno (con moléculas formadas por dos átomos de nitrógeno, N2) posee una densidad de 1,25 gramos por litro.
El aire es una mezcla de nitrógeno y oxígeno, en una proporción de casi cuatro a una a favor del primero. Así, pues, el aire tiene una densidad de casi 1,29 gramos por litro. La densidad del aire, el gas más común, es, pues de 1/775 la densidad del agua, el elemento líquido más común. El aire tiene 1/55 de la densidad del hidrógeno líquido, el menos denso de todas las sustancias continuas.
Las grandes estrellas tienden a ser menos densas que las pequeñas, mientras que las mayores temperaturas en el núcleo de las estrellas más grandes tienden a expansionar poderosamente el volumen. La gigante estrella gigante roja posee una densidad media de 1 gramo por litro, o casi exactamente la densidad de la atmósfera de la Tierra al nivel del mar. (Naturalmente, el núcleo de una estrella así es enormemente denso, y las regiones exteriores están muy poco alejadas del vacío).
ESCALÓN 8
0,000 316 kilogramos por litro (10-3,5 kg/L)
3,16 decigramos por litro (100,5 dg/L)
Hay gases considerablemente menos densos que el aire. Por ejemplo, el gas neón, compuesto por simples átomos de neón, tiene una densidad de 9 decigramos por litro, y es sólo las tres cuartas partes de la densidad del nitrógeno, que, a su vez, es el menos denso de los dos componentes principales del aire.
El vapor de agua, a temperatura corriente, tiene una densidad de 8 decigramos por litro; el amoníaco, de 7,6 decigramos por litro y el metano, de 7,1 decigramos por litro. Sin embargo, todos esos gases están sustancialmente por encima del nivel de densidad del Escalón 8, y la verdad es que no hay ningún gas, en condiciones naturales, en la superficie de la Tierra que esté cerca del nivel de densidad del Escalón 8.
Sin embargo, esto no significa que hayamos llegado ya al final. Aún seguiremos adelante.
ESCALÓN 9
0,000 1 kilogramos por litro (10-4 kg/L)
1 decigramo por litro (100 dg/L)
Los dos gases menos densos son el hidrógeno y el helio, compuestos por los átomos más pequeños de todos.
El helio está formado por átomos simples de helio, y el hidrógeno, por moléculas, cada una de las cuales contiene dos átomos de hidrógeno (H2). La densidad del helio es de 1,78 decigramos por litro, mientras que la del hidrógeno es de 0,9 decigramos por litro.
El helio sólo tiene una séptima parte de la densidad del aire, por lo cual flota con mucha facilidad en éste (si no se le permite mezclarse con el aire). Se emplea para llenar globos, desde los de juguete, hasta los que se elevan a la estratosfera con hombres e instrumentos. El hidrógeno, con sólo un catorceavo de la densidad del aire, es más efectivo aún, pero presenta la desventaja de ser inflamable, e incluso es explosivo, mientras que el helio no arde ni reacciona con ninguna clase de mezcla química y en ninguna circunstancia.
ESCALÓN 10
0,000 031 6 kilogramos por litro (10-4,5 kg/L)
3,16 centigramos por litro (100,5 cg/L)
Aunque el gas hidrógeno es la sustancia menos densa que existe de forma natural en la superficie de la Tierra, podemos encontrar unas densidades más bajas si abandonamos la superficie de nuestro planeta.
A medida que subamos a través de la atmósfera, menos nitrógeno encontraremos y, por tanto, menos pesada será la atmósfera que comprime la región inferior. En consecuencia, el aire se hará cada vez menos denso, a medida que ascendamos.
Para cuando hayamos llegado a unos 25 kilómetros por encima de la superficie terrestre (tres veces la altura del pico del monte Everest), la densidad del aire en tomo de nosotros se hallará en las proximidades de los 3 centigramos por litro, el nivel de densidad del Escalón 10. Como es natural, mucho antes de llegar a esa altura, el aire es insuficientemente denso como para permitir la vida, y los seres humanos llegarían vivos a dichas elevaciones sólo si viajasen en unos vehículos estancos con una atmósfera a la densidad normal.
A esa altura nos hallamos por encima de la troposfera, la región de la atmósfera inferior en la que se producen los cambios de tiempo, en donde se presentan las nubes y las precipitaciones. Nos encontramos, pues, en la estratosfera, y una porción de la misma es comparativamente rica en ozono (variedad de oxígeno con tres átomos en la molécula, O3, que bloquea la peligrosa porción de la radiación ultravioleta del Sol). Esta región se llama a veces «ozonosfera».
ESCALÓN 11
0,000 01 kilogramos por litro (10-5 kg/L)
1 centigramo por litro (100 cg/L)
A 35 kilómetros por encima de la superficie de la Tierra, la densidad del aire es de cerca de 1 centigramo por litro.
El planeta Marte tiene una atmósfera muy sutil, según los tipos de la Tierra, y la densidad de la atmósfera marciana (en su mayor parte, dióxido de carbono) en la superficie planetaria es de sólo 1 centigramo por litro. La atmósfera de Marte no permitiría la vida animal de la Tierra, ni aunque estuviese formada por oxígeno puro, lo cual no es el caso.
ESCALÓN 12
0,000 003 16 kilogramos por litro (10-5,5 kg/L)
3,16 miligramos por litro (100,5 mg/L)
La densidad de la atmósfera de la Tierra alcanza el nivel del Escalón 12 a unos 45 kilómetros de altura.
ESCALÓN 13
0,000 001 kilogramos por litro (10-6 kg/L)
1 miligramo por litro (100 mg/L)
Ésta es la densidad de la atmósfera terrestre a poco más de 50 kilómetros por encima de la superficie de la Tierra. A esta altura, el 98 por 100 de la atmósfera se halla por debajo de nosotros. Por encima tendríamos el 2 por 100 de la «atmósfera superior».
Las muy grandes estrellas gigantes rojas tienen una densidad media de 1 miligramo por litro. Estrellas como Antares o Betelgeuse —cuyo brillo rojo destaca en el universo—, son en realidad, unos muy grandes volúmenes de materia gaseosa, de densidad inferior a la de la estratosfera. En realidad, la densidad de la superficie que vemos es mucho menor que la de la estratosfera terrestre. Naturalmente, el núcleo de semejante gigante rojo se halla en las densidades de una enana blanca.
Podríamos seguir moviéndonos a través de las escalas de densidades hacia abajo, llegando cada vez a mayores alturas por encima de la superficie terrestre, pero esto nos dejaría, en su mayor parte, muy poco interesante que decir. Por tanto, saltemos los escalones que sean necesarios hasta…
ESCALÓN 15
0,000 000 1 kilogramos por litro (10-7 kg/L)
100 microgramos por litro (102 g/L)
A unos 70 kilómetros por encima de la superficie terrestre, la densidad es de unos 100 microgramos por litro. A esta altura, la mayor parte de los escasamente esparcidos átomos de la atmósfera han absorbido fuertes radiaciones del Sol y perdido los electrones. Los electrones libres transportan una carga eléctrica negativa, y los fragmentos remanentes atómicos, menos los electrones expulsados, llevan una carga eléctrica positiva. Esos fragmentos iónicos se llaman «iones», y esta región de la atmósfera se denomina «ionosfera».
La ionosfera refleja las ondas de radio que están más allá de la región de las microondas. Esto permite que las ondas de radio puedan emplearse en las comunicaciones terrestres para alcanzar más allá parte de la curva de la superficie terrestre, cuando rebotan entre la superficie de la Tierra y la ionosfera. La ionosfera refleja también gran parte de la radiación de ondas de radio procedente del Universo, e impide que alcancen la superficie de la Tierra…
ESCALÓN 25
0,000 000 000 001 kilogramos por litro (10-12 kg/L)
1 nanogramo por litro (100 ng/L)
A 160 kilómetros de altura de la Tierra, la densidad atmosférica es de 1 nanogramo por litro. Cuanto menor es la densidad de cualquier gas, menor es la resistencia a los objetos que se mueven a través del mismo.
Un objeto que se desplace lo suficientemente aprisa en una senda horizontal por encima de la superficie de la Tierra, no es preciso que caiga al suelo. La atracción gravitatoria le hace caer, naturalmente, pero esa caída —si el objeto avanza lo suficientemente aprisa en dirección a la horizontal— se adecuará a la curva de la superficie esférica. El objeto en movimiento permanece así a una distancia fija por encima de la superficie curva, aunque llegue a caer. El objeto se halla «en órbita» por encima de la Tierra.
No obstante, si el objeto se acerca tanto a la superficie de la Tierra que llega a pasar a través de la atmósfera, cada átomo es golpeado si aumenta de velocidad, como resultado de la colisión. El átomo gana inercia, inercia que pierde el objeto que gana velocidad. La cantidad de inercia por un átomo es totalmente insignificante, pero los átomos son alcanzados a billones en cada corto intervalo de tiempo, y la inercia del objeto en órbita (y, por ende, su velocidad), queda lentamente disminuida. El objeto no avanza lo suficientemente de prisa como para adecuarse a la curva de la Tierra, gira en espiral hacia abajo y, eventualmente, colisiona con la superficie. Su órbita ha «decaído».
Cuanto mayor sea la altura a la que se establezca una órbita, menos densa será la atmósfera, menor será la colisión de los átomos con el objeto en movimiento y más tardará la velocidad en disminuir, hasta el punto de una total decadencia orbital.
A una densidad de 1 nanogramo por litro, la resistencia del aire es lo suficientemente pequeña como para permitir a un satélite en órbita que siga en la misma durante un considerable período de tiempo, por lo cual los satélites más logrados, en general, se acercan a la superficie terrestre a no más de 160 kilómetros.
ESCALÓN 31
0,000 000 000 000 001 kilogramos por litro (10-15 kg/L)
1 picogramo por litro (100 pg/L)
A unos 450 kilómetros de altura por encima de la superficie terrestre, la densidad de la atmósfera ha caído hasta 1 picogramo por litro, una milésima parte de la densidad a una altura de 160 kilómetros.
Aquí cabe esperar que los satélites en órbita permanezcan en ella durante años, aunque no para siempre. El Skylab —la estación espacial en órbita en la que tres astronautas norteamericanos permanecieron durante meses juntos, en tres ocasiones diferentes— fue colocado en 1973, en una órbita que oscilaba entre los 400 y los 425 kilómetros por encima de la superficie terrestre, pese a lo cual, hacia mediados de 1979, se precipitó y se estrelló contra la Tierra.
Todas las atmósferas, incluso las que son más espesas que la de la Tierra, se hacen cada vez menos densas con la altura y, eventualmente, alcanzan esos insignificantes niveles. Hasta la atmósfera del Sol llega a atenuarse por completo.
A unos 2 megámetros de altura sobre la superficie visible del Sol pasamos a una región de transición por encima de la cual se halla la atmósfera superior del Sol, o «corona». En la porción más inferior de la corona, la densidad de los vestigios de materia que contiene se halla también en el ámbito de 1 picogramo por litro…
ESCALÓN 37
0,000 000 000 000 000 001 kilogramos por litro (10-18 kg/L)
1 femtogramo por litro (100 fg/L)
A 1 megámetro aproximadamente por encima de la superficie terrestre, la densidad de la atmósfera ha caído otros tres órdenes de magnitud, hasta 1 femtogramo por litro.
A esta altura llegamos a la porción de la atmósfera que se denomina «exosfera», donde los átomos y moléculas de gas se hallan tan separados y tan débilmente dispersados, que es sumamente pequeña la probabilidad de que choquen entre sí mientras se desplazan al azar. Se mueven virtualmente en órbitas independientes en torno de la Tierra.
Mientras los gases considerablemente más densos que éstos se encuentran, por lo general, en la proximidad de los planetas y estrellas, hay ligeros indicios de gas también en ciertas regiones del espacio entre las estrellas. Estas «nubes interestelares» se hallan, en su parte más densa, en el ámbito de un femtogramo por litro, e incluso las nubes más densas de esta clase representan sólo el equivalente de la exosfera de la Tierra. Sin embargo, las nubes interestelares son tan enormes en volumen, y su masa total es tan grande, que desempeñan un papel importante en la evolución cósmica.
A partir de las nubes de gas interestelar se condensaron las estrellas y sus sistemas planetarios, de la misma forma que nuestro Sistema Solar hace muchos eones. Cómo se efectúa semejante condensación a partir de un gas tan rarificado, con campos gravitatorios tan atenuados, es algo que los astrónomos aún tratan de averiguar.
Asimismo, también sabemos ahora que hay moléculas en las nubes de gas, incluyendo algunas sorprendentemente complejas y formadas hasta por siete o más átomos. Cómo han podido formarse si se tiene en cuenta que a esas densidades se producen muy raramente las colisiones atómicas, constituye otro rompecabezas…
ESCALÓN 41
0,000 000 000 000 000 000 01 kilogramos por litro (10-20 kg/L)
10 attogramos por litro (101 ag/L)
Los gases de densidad extremadamente baja se encuentran no sólo a apreciables distancias por encima de las superficies de los mundos, o en las nubes de gases interestelares, sino también en la superficie de la Tierra, puesto que los forman los seres humanos. En los tres últimos siglos, los científicos han aprendido a extraer cada vez con mayor eficiencia el aire de volúmenes cerrados, hasta obtener el vacío.
La palabra «vacío» procede de una voz latina, y un vacío realizado por el hombre carece comparativamente de materia —mucho más cerca del vacío que el medio ambiente circundante—. Sin embargo, no se alcanza un vacío total. El vacío mejor realizado por el hombre tiene una densidad de unos 10 attogramos por litro, lo cual se produce de forma natural, en la densidad de la atmósfera terrestre, a unos 10 megámetros de altura por encima de la superficie.
A tal altura nos encontramos en la capa más inferior de la «magnetosfera», donde se presentan las corrientes de unas partículas cargadas eléctricamente, que se mueven a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético de la Tierra.
En este escalón sería más conveniente empezar a buscar densidades representadas por el número de átomos por litro. El átomo más simple es el del hidrógeno, y éste es, con mucho, el átomo más común del Universo. Si consideramos que los escasos indicios de gas que se presentan en la Naturaleza son por completo de hidrógeno —y no andaremos muy equivocados—, podemos decir que una densidad de 10 attogramos por litro representaría 6 000 000 de átomos de hidrógeno por litro. Podemos simbolizar por «H/L» los «átomos de hidrógeno por litro».
ESCALÓN 47
0,000 000 000 000 000 000 000 01 kilogramos por litro (10-23 kg/L)
0,01 attogramos por litro (10-2 ag/L)
6 000 átomos de hidrógeno por litro (103,78 H/L)
Si seguimos avanzando hacia abajo, la densidad de la atmósfera no cae a cero. Si nos apartamos de la Tierra hasta una distancia igual a la de la órbita de la Luna, veremos que la densidad de la atmósfera tiende a nivelarse, dado que la propia Tierra, y hasta la Luna, se mueven en torno al Sol dentro de ligeros vestigios de la corona del Sol.
En otras palabras; el espacio interplanetario al menos en las proximidades de la Tierra, tiene una densidad de unos 6 000 átomos de hidrógeno por litro. Objetos que se mueven en una órbita más cerca del Sol, como Venus y Mercurio, se desplazarán a través de unas mayores densidades. Los que se mueven en órbitas más alejadas del Sol, como Marte y los planetas más exteriores, avanzarán a través de densidades menores.
A semejantes tenues densidades de gas (y considerando la vasta masa de los grandes asteroides), las órbitas planetarias no decaerán durante miles de millones de años…
ESCALÓN 49
0,000 000 000 000 000 000 000 001 kilogramos por litro (10-24 kg/L)
0,001 attogramos por litro (10-3 ag/L)
600 átomos de hidrógeno por litro (102,78 H/L)
En este estadio hemos de abandonar ya el Sistema Solar.
La Galaxia está llena de centenares de miles de millones de estrellas y, presumiblemente, de un más vasto número de objetos más pequeños y no luminosos. Sin embargo, se hallan tan ampliamente esparcidos en un volumen tan enorme, que la Galaxia es, ante todo, un espacio vacío.
Si toda la materia de la Galaxia se hallase esparcida al azar sobre el vasto volumen de la misma, la densidad media sería de unos 600 átomos de hidrógeno por litro. La Galaxia contiene, en promedio, sólo 1/10 000 de dicha materia en un volumen dado, como el mejor vacío que el hombre puede conseguir…
ESCALÓN 51
0,000 000 000 000 000 000 000 000 1 kilogramos por litro (10-25 kg/L)
0,000 1 attogramos por litro (10-4 ag/L)
60 átomos de hidrógeno por litro (101,78 H/L)
Naturalmente, en la Galaxia, la materia no se halla distribuida al azar. Tal vez, por lo general, el 90 por 100 de la materia se halle localizada en el interior de las estrellas y los planetas. Sólo un 10 por 100 se distribuye a través de los espacios interestelares.
La actual densidad del espacio interestelar, tal vez sea, en promedio, de 60 átomos de hidrógeno por litro. Esto es el equivalente de 60 000 átomos de hidrógeno por metro cúbico (H/m3), la unidad de densidad a la que ahora cambiaremos…
ESCALÓN 60
0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 003 16 kilogramos por litro (10-29,5 kg/L)
0,000 000 003 16 attogramos por litro (10-8,5 ag/L)
2 átomos de hidrógeno por metro cúbico (100,3 H/m3)
Ahora debemos abandonar la Galaxia y considerar todo el Universo.
Las galaxias se hallan distribuidas tan ampliamente, que hay más espacio en el exterior de las galaxias que en su interior. Si toda la materia de todas las galaxias del Universo se esparciese al azar, ¿cuál sería la densidad media?
En la actualidad, los astrónomos no están seguros. Una cifra clave la forma una densidad de unos 3 átomos de hidrógeno por metro cúbico, densidad algo por encima del nivel del Escalón 60. Si la densidad fuese algo inferior a ésta, el Universo continuaría expansionándose para siempre Se trataría de un «Universo abierto». Si fuera algo más alta que lo anterior, llegado el caso se contraería de nuevo, y entonces se trataría de un «Universo cerrado».
Todo depende de que los neutrinos tengan o no una pequeña cantidad de masa. Si la poseen, el Universo, probablemente, es cerrado; en caso contrario sería abierto.
Digamos, incidentalmente, que 2 átomos de hidrógeno por metro cúbico es el equivalente de 3 000 000 000 de átomos de hidrógeno por kilómetro cúbico (H/km3), y ahora nos cambiaremos a esa unidad…
ESCALÓN 65
0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 01 kilogramos por litro (10-32 Kg/L)
0,000 000 000 01 attogramos por litro (10-11 ag/L)
6 000 000 de átomos de hidrógeno por kilómetro cúbico (106,78 H/km3)
Si los neutrinos quedaran fuera de los cálculos, los astrónomos sospechan que la densidad media del Universo debería encontrarse en las proximidades de los 6 millones de átomos de hidrógeno por kilómetro cúbico, o sea, sólo 1/500 del valor requerido para cerrar el Universo. Esto asciende a 1 átomo de hidrógeno en 167 metros cúbicos, ó 167 000 litros. El Universo es, simplemente, un vacío (de promedio) rarificado de forma increíble…
ESCALÓN 69
0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 1 kilogramos por litro (10-34 kg/L)
0,000 000 000 000 1 attogramos por litro (10-13 ag/L)
60 000 átomos de hidrógeno por kilómetro cúbico (104,78 H/km3)
Cerca del 99 por 100 de la materia del Universo la contendrían las diversas galaxias. En tal caso, la densidad del espacio intergaláctico estaría en promedio, en las proximidades de los 60 000 átomos de hidrógeno por kilómetro cúbico. Esto equivaldría a 1 átomo de hidrógeno en unos 17 000 metros cúbicos, ó 17 000 000 de litros, y ya no podemos avanzar más bajo de esta densidad.
Así, en 100 escalones que han cubierto 50 órdenes de magnitud, hemos pasado de la inimaginablemente baja densidad del espacio intergaláctico, a la inimaginablemente alta densidad de una estrella neutrónica. Aun así, hemos dejado aparte los ámbitos de densidad de los agujeros negros, lo cual podría hacer infinito el número de escalones.