viernes, 12 de marzo de 2010

Antimateria. ¿La partícula de Dios?

 

La novela de Dan Brown “Ángeles y Demonios” nos presentó a los lectores un término que si bien conocíamos algunos, nunca habíamos profundizado al respecto: “La Antimateria”; la cual es presentada por el libro como un arma mortífera y letal; y que pretendía ser utilizada para borrar al Vaticano de la faz de la tierra.

Pero, ¿Qué es la Antimateria? Y ¿Por qué se le conoce como “La Partícula de Dios”.

Toda la materia está compuesta por electrones, cargados negativamente y protones cargados positivamente. Así se puede decir que la antimateria es lo mismo que la materia pero con cargas opuestas. Así, en un átomo de antimateria encontramos en lugar de protones (positivos), antiprotones (negativos) y, en lugar de electrones (negativos), antielectrones o positrones (positivos). La antimateria al entrar en contacto con la materia se produciría un efecto llamado de aniquilación, o lo que es lo mismo la transformación de la materia en energía.

 

Historia.

El año de 1905 se considera como el segundo Año Milagroso en la historia “el Annus Mirabilis” (el primero fue en 1666, con sir Isaac Newton y sus revelaciones que cambiaron el mundo). En ese año, Einstein publicó 5 artículos en los Annalen der Physik que cambiarían la forma de ver el mundo y el Universo: Estableció los conceptos de la teoría de la relatividad especial, la equivalencia masa-energía (con la bien conocida ecuación E = mc2) y explicó el fenómeno fotoeléctrico. Con este último trabajo, Einstein obtuvo el premio Nobel en 1921, y sería el trabajo con el cual dicho genio demostraba que la luz tenía un comportamiento similar a pequeños paquetes, los denominados fotones.

En torno a esos años, hombres como J. J. Thomson, Robert Millikan, Ernst Rutherford y Niels Bohr, irían desentrañando una estructura básica del átomo. Pronto encontrando que ésta partícula básica de la materia estaba constituida por electrones girando en torno a un núcleo compuesto por protones y neutrones. Los electrones poseen una carga eléctrica negativa, los protones una carga positiva y los neutrones una carga neutra.

Paul Dirac

En 1928, el físico francés Paul Dirac combinó las ecuaciones de la mecánica cuántica y las de la relatividad especial de Einstein, con el fin de lograr una mejor descripción del comportamiento del electrón a velocidades relativistas (cercanas a la velocidad de la luz). Su trabajo reveló que existían dos soluciones a sus ecuaciones, una específica del electrón y otra para una partícula similar al electrón, pero de carga positiva. Inicialmente Dirac creyó que se trataba del protón, la partícula subatómica contenida en el núcleo con carga positiva descrita inicialmente por Rutherford en 1919. Sin embargo, el protón tiene una masa que es 1,836 veces la del electrón, por lo que esto no dejaba a Dirac completamente tranquilo. En 1931, Dirac expuso que esta nueva partícula no era el protón y que se trataba de una nueva partícula aún no descubierta, a la cual puso el nombre de anti-electrón. El nombre sería cambiado positrón. A sólo cuatro años de la primera especulación sobre la existencia del positrón, esta partícula subatómica fue detectada en los rayos cósmicos. En estos rayos, los fotones originan un par electrón-positrón, para que en una diezmillonésima de segundo sean aniquilados produciendo nuevamente un fotón. En ese entonces, nacía la física de las antipartículas, la física de la antimateria.

En 1930 se postuló la existencia de la antipartícula del protón, el llamado antiprotón. Fue hasta el año de 1955 en el Laboratorio de Radiación de la Universidad de California cuando fue descubierta esta nueva partícula subatómica. Su masa es igual a la del protón, pero la eléctrica carga es la opuesta, es decir, negativa. Poco tiempo después de obtener el antiprotón se obtuvo el anti-neutrón. Esta última partícula posee la misma masa y spin, con un momento magnético igual en magnitud, pero opuesto al del neutrón.

El deuterio es un isótopo del hidrógeno compuesto por un protón y un neutrón, y en el año de 1965 en el CERN se logró crear antideuterones, las antipartículas del deuterio (compuesto por un antiprotón y un antineutrón). En 1995, el CERN fue el primer laboratorio en crear 9 antiátomos de antihidrógeno en forma artificial. Sin embargo, al crear antimateria también se crea materia (“ordinaria”), produciéndose la aniquilación casi inmediata de ambas materias. Su estudio es importante, debido a que dicho fenómeno pudo haberse presentado en el nacimiento del Universo, en el Big Bang, con la producción de materia y antimateria en “casi” iguales cantidades. Y se dice “casi” iguales cantidades, debido a que la aniquilación de los pares de elementos materia-antimateria no fueron equilibrados, ya que actualmente tenemos un Universo compuesto de materia. Se especula que hubo cierto desequilibrio a favor de la materia, logrando acumular una mayor cantidad de la misma para la creación del Universo tal como lo conocemos actualmente. O tal vez exista la anti-materia, sólo que en otras regiones del Universo. Se trata pues, de un misterio cuya resolución está pendiente de realizarse.

Se debe mencionar que es muy difícil almacenar la antimateria. Cualquier contacto de la antimateria con la materia produce a la inmediata aniquilación de las partículas: La masa de ambas “materias” se convierte en energía pura. Por lo tanto, para aislar una antipartícula, se debe aislar de cualquier otra partícula, incluidas las presentes en el aire. Un problema mayor se presenta al tratar de almacenar antipartículas eléctricamente neutras, como los antineutrones o como antiátomos. En esta circunstancia es imposible utilizar campos magnéticos para contener antimateria neutral debido a que no poseen efectos sobre este tipo de antimateria neutral. Actualmente se están desarrollando trampas magnéticas (trampas que actúen en el momento magnético) y trampas ópticas (utilizando láseres) para poder contener este tipo de antimateria.

¿Qué usos puede tener la antimateria?

La antimateria puede tener diferentes usos:

- El primero como combustible.

Para imaginar lo potente que puede llegar a ser, con sólo 250 gramos de antimateria se podría llegar a Marte en 1 día y a la Luna en 8 minutos.

- El segundo sería como para producir energía.

La antimateria es la fuente de energía más poderosa conocida por el hombre. Libera una energía de una eficacia del cien por cien (la fisión nuclear posee una eficacia del uno y medio por cien). La antimateria no genera contaminación ni radiación, y una gota podría proporcionar energía eléctrica a toda Nueva York durante un día. Aunque la energía liberada por la aniquilación de los pares materia-antimateria tiene una eficacia del 100%, no puede utilizarse como fuente de energía. Esto se debe a que la antimateria no existe en la naturaleza, sino que debe ser creada, lo que en sí exige una gran cantidad de energía. Además debe agregarse el coste energético acarreado por el simple almacenamiento de la antimateria, lo que la hace inviable como fuente de energía. Para darnos una idea, solo un 0.000,000,01% de la energía invertida para crear la antimateria puede regresar a nosotros. Visto de otra forma, si se pudiera reunir toda la antimateria creada en el CERN (algo así como 10 nanogramos en total, es decir, 0.000,000,001 gramos) y se aniquilara con materia, solo se podría obtener suficiente energía para mantener encendida una bombilla eléctrica de 60 vatios por unas cuatro horas. Aun si el CERN fuera usado sólo para crear antimateria, este podría producir tan solo 0.000,000,001 gramo por año. Por lo tanto, para lograr obtener 1 gramo de antimateria, se requeriría mil millones de años con nuestra tecnología actual.

- El tercer uso que podría tener la antimateria, y desgraciadamente el más peligroso, sería el de armamento. Este proceso de aniquilación materia-antimateria podría ser empleado como el explosivo más potente que pueda imaginarse. Un gramo de antimateria al unirse con un gramo de materia produciría una energía capaz de lanzar 1 millón de toneladas de material a casi 20000 metros de altura. O lo que es lo mismo, la potencia de veinte kilones, es decir, la potencia de la bomba que fue lanzada sobre Hiroshima.

   

Pero además de todo esto, la antimateria tiene muchas limitaciones:

- No existe en el mundo conocido antimateria relativamente disponible.

- Hasta ahora, en el proceso de obtener una unidad de energía como antimateria hemos de gastar previamente 100 millones más de energía.

- La eficacia del almacenamiento actual de antiprotones es tan solo del orden del 1%.

- Si toda la capacidad se usara para producir antiprotones, los resultados finales al cabo de un año únicamente servirían para mantener encendida una lámpara de 100 vatios durante 3 segundos.

- Si se acudiera a usar toda la capacidad mundial de antimateria producible la lámpara no podría estar encendida más de 6 minutos.

- Todas las reservas energéticas mundiales existentes de carbón, gas y petróleo, una vez convertidas en antiprotones, con los rendimientos actuales, producirían una energía insuficiente para que un automóvil pudiese dar la vuelta a España haciendo un recorrido costero.

La antimateria no es algo que abunde en la naturaleza. Por lo tanto, para estudiarla hay que crearla. La fórmula del CERN es la de emplear una enorme cantidad de energía enfocada en un espacio muy pequeño, tras lo cual se crean pares de partículas-antipartículas. Dicho de otra forma, la energía se transforma en masa de materia y antimateria en cantidades iguales. De esta antimateria producida, la mayoría no puede ser atrapada debido a su gran cantidad energía, por lo que se utiliza el llamado Desacelerador de antiprotones, el que disminuye la velocidad de los antiprotones desde el 96% de la velocidad de la luz al 10%, permitiendo “atrapar” una ínfima cantidad de antimateria producida en los experimentos del CERN.

Para producir antimateria se requiere mil millones de veces más energía que la contenida en su masa. Dado que E=mc2, un gramo de antimateria contiene: 0.001 kg x (300, 000,000 m/s)2 = 90,000 GJ (gigajoules) = 90,000,000,000,000 joules. Esto equivale a 25 millones de watts/hora. Para darnos una idea, el consumo promedio mundial de energía por persona al año es de 65 GJ (en India es de 10 GJ, en China de 40 GJ, en Europa de 140 GJ y en EUA de 360 GJ). Un kilotón equivale a 4,184 GJ y las bombas nucleares que se encuentran en rangos de kilotones se denominan como bombas nucleares tácticas. Las bombas nucleares que se encuentran dentro del rango de los megatones (1 megatón es igual a 1,000 kilotones o 4,184,000 GJ) se denominan como bombas nucleares estratégicas. La bomba más grande detonada fue de 50 megatones (la bomba del Zar, de la desaparecida URSS), con una bola de fuego de 4.6 km. Como comparativo, la bomba detonada en Nagasaki (llamada Fat Man) fue de 20 kilotones, una bola de fuego de 0.2 km y un radio de destrucción de 1.6 kilómetros. La bomba nuclear más grande construida por EUA fue la B41, de 15 megatones y una bola de fuego de 2.84 km. Por lo tanto, los 90,000 GJ de 1 gramo de antimateria pueden producir una explosión de 21 kilotones, apenas poco más que la bomba Fat Man, y casi 2,400 veces menos intensa que la bomba jamás construida por el hombre. Fat Man pesaba 4 toneladas y media, comparado con solo 1 gramo de antimateria para producir la mis-ma fuerza de destrucción. Por su parte, la bomba del Zar pesaba 27 toneladas, en tanto que una bomba de antimateria con la misma fuerza de destrucción solo debería pesar 2 kilogramos y medio.

Algunos datos

1.- Conseguir 1 gr de antima-teria demandaría 1,000 millones de años con la tecnología actual del CERN.

2.- El transporte de antimateria demandaría dispositivos sumamente pesados debido a los imanes y a la fuente de energía de los mismos.

3.- 1 gramo de antimateria supondría una explosión con una fuerza similar a la bomba nuclear detonada en Nagasaki.

4.- La antimateria no es la llamada particula de Dios. El apodo pertenece al bosón de Higgs, una hipotética partícula responsable de brindar la masa a los fermiones.

5.- La única antimateria que puede almacenarse por escaso tiempo son los positrones o los antiprotones. Partículas neutras como los antiátomos o los antineutrones son imposibles de almacenar con las trampas a base de imanes.

6.- En toda la historia del CERN, solo se ha producido 10 nano-gramos (0.000,000,01 gr) de antimateria, suficiente para encender una bombilla eléctrica por pocas horas.

¿La antimateria es la partícula de Dios?

El término de “la partícula de Dios” fue acuñado en 1993 por el físico Leon Lederman en su libro “La partícula de Dios: Si el Universo es la respuesta, ¿Cuál es la pregunta?”. En dicho libro, Lederman hace referencia al bosón de Higgs. Esta partícula fue teorizada en 1964 y nunca ha sido observada. Sin embargo, es una pieza perdida dentro del Modelo Estándar, la rama de la física encargada de describir las partículas elementales y sus interacciones. Dentro de este Modelo, se ha sugerido que poco después del Big Bang todas las partículas no tenían masa y que al ir disminuyendo la temperatura se fue creando un campo conocido como el “campo de Higgs” junto con su partícula asociada, el “bosón de Higgs”. Las partículas que interactuaron con el bosón de Higgs adquirieron masa en forma proporcional: Aquellas con mucha interacción vinieron a ser partículas con mayor masa, en tanto las que no tuvieron interacción no adquirieron masa.

Aunque señalada como la partícula de Dios, sólo se trata de un término elegante para ilustrar el efecto ubicuo del campo de Higgs así como su importancia en determinar la masa de lar partículas subatómicas. Por lo tanto, la antimateria no tiene que ver directamente con la mencionada partícula de Dios.

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Para la elaboración de este articulo se utilizaron las siguientes fuentes:
http://www.tauzero.org/2009/05/antimateria-lo-que-no-se-vio-en-angeles-y-demonios/
http://www.revista.dominicas.org/antimateria.htm

 

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"La incompatibilidad entre ciencia y religión es simplemente ésta: un científico no creerá nada hasta que lo vea; un hombre religioso no verá nada hasta que no crea en ello."         Charles J. C. Lyell

22 comentarios:

  1. Muy interesante...
    No conocía estos datos sobre la anti-materia, pensé que era solo ficción...

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  2. Este es un muy buen post. Saludos.

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  3. lo de los 250 gramos eso es mentira son miligramos lo que se necesita para viajar a marte, ademas que eso es imposible de hacer no hay ni suficiente dinero ni suficiente energia.

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  4. Este comentario ha sido eliminado por un administrador del blog.

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  5. Disculpa pero tuve que eliminar tu comentario, no admito ni Spam, ni Trolls, ni Insultos subidos de tono. Si no te gusta el artículo, simplemente no lo leas y si no estas conforme con los datos aportados, verifica las fuentes.

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  6. tengo una duda ?
    EN E=mc2 energia(E en la formula) se refiere al choque de la materia y la antimateria

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  7. creo que la capacidad del hombre por crear es ilimiada pero si el cern no cuenta con los medios suficientes para realizar el experimento es mejor que no juege con los recursos de la humanidad
    la antimateria como los agujeros negro pesentan en sus teorias una amenaza para la sociedad mundial y por ende se debe implementar una politica mas rigida a nivel cientifico que nos garantize la existencia

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  8. El avance de la ciencia es inevitable y si no fuera por la iglesia catolica y en si la religion estariamos mas avanzados tecnologicamente. Maldita inquisision y quema de libros

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  9. El trabajo cientifico y el conocimiento van de la mano, la religion no tiene nada que ver....lo mismo es en la religion catolica, en la cual se hace mucho enfacis aki, como con la religion judia y la musulmana......el hombre necesita de las dos....religion y ciencia...sin ciencia no hay conocimiento y sin conocimiento no hay verdad....asi como tambien necesita de la religion para su existencia intima.......le podemos llamar como kieran...desde que el hombre existe ha tenido conocimiento de algo mas alla de su su ser......y siempre ha luchado x el conocimiento......las religiones no son malas...las veraderas......la interpretacion k les damos....los hombres, es lo k las distorciona y las fanatiza...pero el ser humano no es perfecti o si?....tiene la capacidad de distinguir entre el bien y el mal...eso es lo k los hace humanos.........la ciencia solo da conocimiento

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  10. Dices que no existe antimateria disponible. Pero desde hace poco eso ha cambiado. Se han encontrado antiprotones en el cinturón de Van Allen y más específicamente en la Anomalía del atlántico sur.

    Los problemas derivan de la forma de transportarlo que es muy engorrosa. Pero si ya nosotros sabemos que ya hay antimateria disponible. Que sabrá la NASA o el CERN

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  11. @Anónimo

    Saludos Anónimo…

    Bueno… Muy, muy disponible tampoco lo está.

    Pero me parece interesante tu comentario.

    Serías tan amable de dejarnos algún enlace de tan interesante noticia.

    Gracias por comentar.


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  12. Que existía antes del famoso Big –Bang? En los confines del infinitos de la nada o de la eternidad absoluta, en donde el tiempo y el espacio simplemente no existía?
    Puede el razonamiento del hombre moderno llegar a explicar la formación del primer protón o electrón con sus teorías, antes de la famosa super explosión es decir antes de que todo fuese?
    Puede un hombre de hace 6.000 años escribir:
    1. En el principio creó Dios el cielo y la tierra. (Antes del Big-Bang) la antimateria y la materia como el principio de todo y posteriormente redactar una serie de acontecimientos sin tener conocimientos científicos, de la siguiente manera:
    2. Y la tierra estaba desordenada y vacía, (Antes del Big-Bang) es decir que la materia y antimateria se relacionaban entre sí pero en desorden o caos en probable relación a la formación de nubes de gases protónicas como las llamamos ahora, de neutrones, helio y otras, desde ese acontecimiento (El poder de verbo), posteriormente se forman miles de millones de pequeños átomos. Podemos deducir que desde ese momento la antimateria (o sustancia divina) queda dentro de los átomos primitivos dando el movimiento a esos elementos, o sea protones, neutrones, electrones, y partículas como los conocemos ahora. Posteriormente escribir:
    3. Y dijo Dios: Sea la luz; y fue la luz, Esas gigantescas nubes, con sus millones y millones de átomos, se fueron concentrando en un punto con una energía poderosa, para explotar y recién ahí, nace el famoso Big- Bang, nombrado en nuestros días.

    Yo lo que puedo interpretar es que probablemente los creadores de esta teoría se hayan copiado en las escrituras Bíblicas (Sabiduría divida o inspirada por un ser superior hace unos 6.000 años) o simple casualidad??
    Cierta y Científicamente pueden existir planetas de antimateria, en nuestro sistema solar? con seres formados de antimateria ? y en muchos lugares del universo.( El Reino de Los Cielos).

    Somos los seres Humanos solo materia? Y si esta deja de funcionar (muerte física) la antimateria de esa persona continua funcionado teniendo conciencia de todo sin ser afectadas por las leyes físicas conocidas? (Vida Eterna)

    Entonces el SEÑOR Dios formó al hombre del polvo de la tierra (materia), y sopló (antimateria divina- alma y espíritu) en su nariz el aliento de vida; y fue el hombre un ser viviente. Génesis 2:7

    Sabemos que la unión y la formación del ADN están dadas por 4 amino ácidos y en todos los millones de acciones por segundos que las células realizan forman las moléculas, las proteínas y las enzimas, etc., que contribuyeren con el sostén del la vida de ese ser viviente, de este modo toda célula utiliza a la antimateria para la formación de la vida física, de los seres vivientes en nuestro planeta. Sin embargo el Hombre o se Humano a diferencia de otros seres tiene Voluntad, conciencia y sentimientos que so propiedades atribuidas a Alma (antimateria divina) o existen otros seres en el reino animal capaz de hacerlo?

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  13. No se puede concebir que el ser humano, su organización, su resistencia, órganos, cerebro, ADN, energía y Vida, se desarrolle de una simple célula y que sus átomos puedan hacer solos el milagro de la vida.

    Como dijo: Mr, Remigio T Añón
    Cientifico. e-mail remigioanon@gmail.com

    Para mí en definitiva, creo en la potencia de la energía de la antimateria y de la interconexión de la materia con el universo. No creo equivocarme, es la partícula que falta para completar este rompecabezas del universo y de la vida... por ahora en nuestro planeta tierra.
    Por último creo que el alma y el espíritu, también están hecho de antimateria.




    La Antimateria divina es también el Hijo de Dios (El Cristo) que en esencia es espíritu, la cual está en perfecta interconexión con toda cosa creada. Es él quien posteriormente se hizo así mismo carne (materia en un cuerpo llamado Jesús) para traernos la verdad, la luz y la vida eterna espiritual para los que estamos en este plano material el cual es temporal y decirnos que El Reino de Dios se ha acercado (la antimateria divina es una realidad de vida eterna gubernamental) es decir que se trata de un GOBIERNO ESPIRITUAL y de NO una RELIGION.
    Las Religiones son partidos políticos creados por el hombre para sepárese mutuamente unos de otros. (Dios no es una religión ni una Religión es Dios)
    Las personas que no creen en Dios arremeten contra las religiones pensando que El está en ellas y solo son anti religionistas por decirlo de una manera, criticando a los sistemas político religiosos formados desde hace miles de años en base a costumbre, folklor y tradiciones en donde EL CREADOR DEL UNIVERSO no tiene nada que ver con toda confusión inventada por el Hombre en su libre albedrio.

    Y dijo Dios a Moisés: YO SOY EL QUE SOY. (Éxodo 3:14)

    En estos últimos días nos ha hablado por su Hijo, a quien constituyó heredero de todas las cosas, por medio de quien hizo también el universo. El es el resplandor de su gloria y la expresión exacta de su naturaleza, y sostiene todas las cosas por la palabra de su poder. Después de llevar a cabo la purificación de los pecados, se sentó a la diestra de la Majestad en las alturas,
    (Hebreos: 1: 2-3)

    Sera de este versículo Bíblico que los científicos sacaron la teoría del Buzón de Higgs?

    Julio

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  14. La biblia dice donde termina la sabiduria del hombre,la sabiduria de DIOS empiesa. La ciencia coexiste con DIOS desde el principio del tiempo, antes que el hombre fuese formado y caer de su gracia, genesis 3:6 Y vio la mujer que el árbol era bueno para comer, y que era agradable a los ojos, y árbol codiciable para alcanzar la sabiduría; y tomó de su fruto, y comió; Vivimos en una tercera dimencion mientras DIOS pertenece a la cuarta dimencion ,creados a imagen y semejanza y con un libre albedrio.

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  15. creo que el hombre crea a Dios al verse tan ignorante. Importante saber del experimento del acelerador de particulas ( particula de higgs) para saber como se formo la Materia y poco a poco ir uniendo el rompecabesas para de una vez por todas ir quitandonos esa venda de los ojos y entender muchas cosas que nos han inculcado los palabreros (pastores)que tienen sumido en la ignorancia a la mayoria de los homosapiens.

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  16. pienso que en un comienzo todo era incertidumbre esto ( particulas, galacias y luego la vida) se dio por error y acierto fueron tantas veces de error en el tiempo que hubo una de acierto y asi empezo ha formarse todo no tiene otra explicacion.

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  17. @AnónimoCreo que el universo no se pudo dar ese tipo de lujos, la prueba y el error no eran una opcion para crear todo lo que actualmente conocemos, desde lo mas simple hasta lo mas complejo. Es como si colocaramos en un lote, (toneladas de acero, plastico, cueros, cauchos, artefactos electronicos, etc), y de la nada o quizas por un tornado, o una explosion se formase un avion.

    En el Universo existen cosas mas complejas que un avion, que por simple logica no pudieron salir del azar. pues el azar no es mas que una pequeña probabilidad de que algo suceda, es como ganarse la loteria, (una en cientos de millones).

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  18. ¿CUAL DE TODOS CREO EL BIG BANG? ZEUS, MITRA, JESUS O EMANUEL, MONESVOL, BUDA, BACO, ALA, YUYICHUA CONIS, AFRODITA, POSEIDON, YAVE, PAPALOPULUS PRIMERO, HACHIS, JEHOVA, TLALOC, EL DIOS DEL FUEGO, YAKATEKUTLII, UNGAMON, MERCURIO, TEZCATLIPOCO, CERES, MARTE JUNO, XOLOTL, CARATAKAKA, HERMES, ARES, JUPITER, VULION, RA, BAL, EFESTOS...

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